psikometri teknik pendingin

1. Prinsip Dasar Pengkondisian Udara

Untuk mencapai kenyamanan, kesehatan dan kesegaran hidup dalam rumah tinggal atau bangunan – bangunan bertingkat, khususnya di daerah beriklim tropis dengan udara yang panas dan tingkat kelembaban tinggi, diperlukan usaha untuk mendapatkan udara segar baik udara segar dari alam dan aliran udaran buatan. Udara yang nyaman mempunyai kecepatan tidak boleh lebih dari 5 km/jam dengan suhu/ temperatur kurang dari 30°C dan banyak mengandung O2.

Daerah di Indonesia kebanyakan kurang memberikan kenyamanan karena udaranya panas (23 -34°C), kotor (berdebu, berasap) dan angin tidak menentu, khususnya pada bangunan tinggi dimana angin mempunyai kecepatan tinggi. Karena keadaan alam yang demikian, maka diperlukan suatu cara untuk mendapatkan kenyamanan dengan menggunakan alat penyegaran udara (air condition).

Pengkondisian udara adalah perlakuan terhadap udara untuk mengatur suhu, kelembaban, kebersihan dan pendistribusiannya secara serentak guna mencapai kondisi nyaman yang diperlukan oleh orang yang berada di dalam suatu ruangan. Atau dapat didefinisikan suatu proses mendinginkan udara sehingga mencapai temperatur dan kelembaban yang ideal. Sistem pengkondisian udara pada umumnya dibagi menjadi 2 golongan utama :

• Pengkondisian udara untuk kenyamanan kerja

• Pengkondisian udara untuk industri

Sistem pengkondisian udara untuk industri dirancang untuk memperoleh suhu, kelembaban dan distribusi udara yang sesuai dengan yang dipersyaratkan oleh proses serta peralatan yang dipergunakan di dalam ruangan. Dengan adanya pengkondisian udara ini, diharapkan udara menjadi segar sehingga karyawan dapat bekerja dengan baik, pasien di rumah sakit menjadi lebih nyaman dan penghuni rumah tinggal menjadi nyaman

1.b. Komposisi utama sistem pengkondisian udara

Gambar 9.1. Sistem pengkondisian udara

Gambar 9.1. memperlihatkan komponen utama dari skema sistem pengkondisian. Komponen sistem pengkondisian udara adalah: sistem pembangkit kalor, mesin refrigerasi, menara pendingin dan ketel uap sistem pipa: pipa air dan pipa refrigerasi dan pompa pengkondisian udara: saringan udara, pendingin udara, pemanas udara dan pelembab udara sistem saluran udara: kipas dan saluran udara

Komponen AC yang dilalui sirkkulasi udara

• Fan (kipas udara) menggerakkan udara dari atau ke dalam ruangan. Udara yang dialirkan fan dapat berupa udara luar, udara ruangan atau gabungan dari udara luar dan udara ruangan. Jumlah aliran udara dan kecepatan udara harus diatur, agar memperoleh sirkulasi udara yang baik
• Supply Duct (saluran udara keluar): untuk saluran udara dingin dari fan ke dalam ruangan
• Supply out let (lubang keluar): untuk megatur arah aliran udara dari fan, sehingga udara terdistribusi ke seluruh ruangan. Untuk kenyamanan, jumlah out let turut menentukan
• Ruangan yang didinginkan: ruangan harus tertutup, sehingga udara dingin dalam ruangan tidak terbuang keluar dan udara luar tidak masuk ke dalam ruangan.

Gambar 9.2 Diagram sistem pengkondisian udara

Prinsip pengkondisian udara adalah kondisi udara dalam ruangan dapat dalam keadaan sangat dingin, panas, lembab, kering, kecepatan udara tinggi atau tidak ada gerakan udara. Udara dingin digerakkan oleh Fan masuk reducting (saluran udara) dan melalui out let (lubang keluar) udara masuk ke dalam ruangan. Udara dari dalam ruangan kembali ke return out let (grile/ lubang isap) masuk ke ducting return (saluran kembali) dan melalui filter untuk pembersihan udara masuk melewati celah-celah/ permukaan coil evaporator (koil pendinginan) dan kembali digerakkan Fan (kipas udara).

2. Psikrometrik untuk Proses Air Conditioning

Psikometrik adalah ilmu yang mempelajari sifat-sifat termodinamika dari udara basah. Secara umum digunakan untuk mengilustrasikan dan menganalisis perubahan sifat termal dan karakteristik dari proses dan siklus sistem penyegaran udara (air conditioning). Diagram psikometrik adalah gambaran dari sifat-sifat termodinamika dari udara basah dan variasi proses sistem penyegaran udara dan siklus sistem penyegaran udara. Dari diagram psikometrik akan membantu dalam perhitungan dan menganalis kerja dan perpindahan energi dari proses dan siklus sistem penyegaran udara. Diagram psikrometrik ditunjukkan pada Gambar 9.3.

Gambar 9-3 Kurva Psikrometri

Proses yang terjadi pada udara dapat diganbarkan dalam bagan psikrometrik guna menjelaskan perubahan sifat-sifat udara yang penting seperti suhu, asio kelembaban dan entalpi dalm proses-proses tersebut. Beberapa proses dasar dapat ditunjukkan sebagai berikut

a. Proses Pemanasan dan pendinginan

Proses pemanasan dan pendinginan diartikan sebagai laju perpindahan kalor yang hanya disebabkan oleh perubahan suhu bola kering. Gambar 9.4. menunjukkan suatu perubahan suhu bola kering tanpa ada perubahan rasio kelembaban.

Gambar 9.4. Pemanasan dan pendinginan sensibel

b. Pelembaban adiabatik dan non adiabatik

Gambar 9.5. menunjukkan proses pelembaban yang dapat bersifat adiabatik (proses 1-2) atau dengan penambahan kalor (proses 1-3).

Gambar 9.5. Proses pelembaban udara

c. Pendinginan dan pengurangan kelembaban

Proses ini menurunkan suhu bola kering dan rasio kelembaban (Gambar 9.6). Proses ini terjadi pada koil pendingin atau alat penurun kelembaban.

Gambar 9.6. Pendinginan dan penurunan kelembaban

d. Pengurangan kelembaban kimiawi

Pada proses kimiawi (Gambar 9.7), uap air dari udara diserap atau diadsorbsi oleh suatu bahan higroskopik. Jika proses tersebut diberi penyekat kalor, sehingga entalpinya tetap, dan karena kelembabannya turun maka suhu udara tersebut harus naik.

Gambar 9.7. Proses penurunan kelembaban kimiawi

e. Pencampuran Udara

Campuran dua aliran udara adalah proses yang umum di dalam pengkondisian udara. Gambar 9.8 menunjukkan pencampuran udara antara w1 kg/detik udara dari keadaan 1 dengan w2 kg/detik udara dari keadaan 2. Hasilnya adalah kondisi 3, terlihat pada grafik psikrometrik dalam Gambar 9.9.

Gambar 9.8. Skema pencampuran udara Gambar 9.9. Proses pencampuran udara pada kurva psikrometrik

Persamaan dasar untuk proses pencampuran ini adalah persamaan kesetimbangan energi dan keseimbangan massa. Persamaan keseimbangan energi adalah:

	.........................................................................................	9-1

Dan persamaan kestimbangan massa air adalah:

	.........................................................................................	9-2

Persamaan 9.1 dan 9.2 menunjukkan bahwa entalpi dan rasio kelembaban akhir adalah rata-rata dari entalpi dan rasio kelembaban udara saat masuk. Suatu pendekatan yang dilakukan oleh para ahli adalah bahwa suhu dan rasio kelembaban merupakan harga rata-rata udara masuk. Dengan pendekatan ini, titik yang terdapat pada grafik psikrometrik di atas menyatakan hasil dari suatu proses pencampuran yang terletak pada garis lurus yang menghubungkan titik-titik dari kondisi-kondisi pemasukan. Selanjutnya perbandingan jarak pada garis 1-3 dan 2-3 sama dengan perbandingan laju aliran w2 dan w1.

3. Perhitungan Beban Pendinginan

Tujuan utama sistem pengkondisian udara adalah mempertahankan keadaan udara didalam ruangan dan meliputi pengaturan temperatur, kelembaban relatif, kecepatan sirkulasi udara maupun kualitas udara. Sistem pengkondisian udara yang dipasang harus mempunyai kapasitas pendinginan yang tepat dan dapat dikendalikan sepanjang tahun. Kapasitas peralatan yang dapat diperhitungkan berdasarkan beban pendinginan setiap saat yang sebenarnya. Alat pengatur ditentukan berdasarkan kondisi yang diinginkan untuk mempertahankan selama beban puncak maupun sebagian. Beban puncak maupun sebagian tidak mungkin dapat diukur sehingga diperlukan prediksi melalui perhitungan yang mendekati keadaan yang sebenarnya.

Untuk maksud perkiraan tersebut diperlukan survei secara mendalam agar dapat dilakukan analisis yang teliti terhadap sumber-sumber beban pendinginan. Pemilihan peralatan yang ekonomis dan perancangan sistem yang tepat dapat dilakukan juga beban pendinginan sesaat yang sebenarnya dapat dihitung secara teliti.

Beban pendinginan sebenarnya adalah jumlah panas yang dipindahkan oleh sistem pengkondisian udara setiap hari. Beban pendinginan terdiri atas panas yang berasal dari ruang dan tambahan panas. Tambahan panas adalah jumlah panas setiap saat yang masuk kedalam ruang melalui kaca secara radiasi maupun melalui dinding akibat perbedaan temperatur. Pengaruh penyimpanan energi pada struktur bangunan perlu dipertimbangkan dalam perhitungan tambahan panas. Perhitungan beban pendingin dapat diperoleh dari ASHRAE Handbook of Fundamentals. Tata cara perhitungan ini dapat menghasilkan sistem pengaturan udara yang terlalu besar yang mengakibatkan kurang efisien dalam pemakaian. Dengan makin besarnya biaya-biaya pemakaian energi maka makin dirasa perlu mengadakan optimasi sistem pengaturan udara suatu gedung atau bangunan yang harus dihitung dari waktu kewaktu secara dinamis.

Gambar 9.10. Perhitungan beban pendinginan

Didalam kenyataannya kalor yang masuk kedalam gedung tidak tetap, karena faktor-faktor yang mempengaruhi kalor tersebut juga berubah-ubah. Sebagai contoh temperatur udara luar (lingkungan) nilainya merupakan fungsi waktu, yaitu maksimum disiang hari rendah dipagi dan sore hari, sedang minimumnya dimalam hari. Demikian pula kelengasan udara luar maupun radiasi surya yang mengenai dinding bangunan nilainya berubah terhadap waktu.

Untuk memperhitungkan pengaruh dari perubahan tersebut sangatlah sulit, bahkan mungkin tidak praktis untuk dihitung. Oleh karena itu untuk menentukan keadaan tak lunak (transien) akan dipilih faktor-faktor yang dominan. Disamping itu akan diperhatikan adanya absorbsi oleh struktur bangunan.

Dasar perhitungan beban pendinginan dilakukan dengan dua cara, yaitu:

• perhitungan beban kalor puncak untuk menetapkan besarnya instalasi
• perhitungan beban kalor sesaat, untuk mengetahui biaya operasi jangka pendek dan jangka panjang serta untuk mengetahui karakteristik dinamik dari instalasi yang bersangkutan.

Beban pendinginan merupakan jumlah panas yang dipindahkan oleh suatu sistem pengkondisian udara. Beban pendinginan terdiri dari panas yang berasal dari ruang pendingin dan tambahan panas dari bahan atau produk yang akan didinginkan. Tujuan perhitungan beban pendinginan adalah untuk menduga kapasitas mesin pendingin yang dibutuhkan untuk dapat mempertahankan keadaan optimal yang diinginkan dalam ruang.

Aspek-aspek fisik yang harus diperhatikan dalam perhitungan beban pendingin antara lain :
1. Orientasi gedung dengan mempertimbangkan pencahayaan dan pengaruh angin
2. Pengaruh emperan atau tirai jendela dan pantulan oleh tanah
3. Penggunaan ruang
4. Jumlah dan ukuran ruang
5. Beban dan ukuran semua bagian pembatas dinding
6. Jumlah dan aktivitas penghuni
7. Jumlah dan jenis lampu
8. Jumlah dan spesifikasi peralatan kerja
9. Udara infiltrasi dan ventilasi

Beban pendinginan suatu ruang berasal dari dua sumber, yaitu melalui sumber eksternal dan sumber internal.
a. Sumber panas eksternal antara lain :

• Radiasi surya yang ditransmisikan melaui kaca
• Radiasi surya yang mengenai dinding dan atap, dikonduksikan kedalam ruang dengan memperhitungkan efek penyimpangan melalui dinding
• Panas Konduksi dan konveksi melalui pintu dan kaca jendela akibat perbedaan temperatur.
• Panas karena infiltrasi oleh udara akibat pembukaan pintu dan melalui celah-celah jendela.
• Panas karena ventilasi.

b. Sumber panas internal antara lain :

• Panas karena penghuni
• Panas karena lampu dan peralatan listrik
• Panas yang ditimbulkan oleh peralatan lain
  

Beban pendinginan total merupakan jumlah beban pendinginan tiap ruang. Beban ruang tiap jam dipengaruhi oleh perubahan suhu udara luar, perubahan intensitas radiasi, surya dan efek penyimpanan panas pada struktur/dinding bagian luar bangunan gedung.

Dalam sistem pendingin dikenal dua macam panas atau kalor yaitu panas sensible (panas yang menyebabkan perubahan temperatur tanpa perubahan fase). Setiap sumber panas yang dapat menaikkan suhu ruangan ditandai dengan naiknya temperatur bola kering (Tdb) akan menambah beban panas sensible.

Panas laten yaitu : panas yang menyebabkan perubahan fase tanpa menyebabkan perubahan temperatur misalnya : kalor penguapan. Setiap sumber panas yang dapat menambah beban laten. Udara yang dimasukkan kedalam ruangan harus mempunyai kelembaban rendah agar dapat menyerap uap air (panas laten) dan temperatur yang rendah agar dapat menyerap panas dari berbagai sumber panas dalam ruangan (panas sensible), agar kondisi ruangan yang diinginkan dapat dipercepat.

Beban ini dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

a. Penambahan beban sensible

• Transmisi panas melalui bahan bangunan, melewati atap, dinding, kaca, partisi, langit-langit dan lantai
• Radiasi sinar matahari
• Panas dari penerangan atau lampu-lampu
• Pancaran panas dari penghuni ruangan
• Panas dari peralatan tambahan dari ruangan
• Panas dari elektromotor

b. Penambahan panas laten

• Panas dari penghuni ruangan
• Panas dari peralatan ruangan

c. Ventilasi dan infiltrasi

• Penambahan panas sensible akibat perbedaan temperatur udara dalam dan luar
• Penambahan panas laten akibat kelembaban udara dalam dan luar

Beban pendinginan puncak (total heat load) adalah total panas yang harus diambil oleh suatu sistem pendingin. Secara umum terdiri dari

a. Panas konduksi (Q1)

Gambar 9.11. Skema perpindahan panas melalui dinding

Beban panas yang melalui dinding disebut sebagai beban kebocoran dinding, yaitu banyaknya panas yang bocor menembus dinding ruang dari bagian luar ke dalam. Karena tidak ada insulasi yang sempurna, maka akan selalu ada beban panas yang berasal dari luar ke dalam ruangan, karena suhu di dalam ruangan lebih rendah dari pada suhu di luar ruangan. Gambar 9.11. menunjukkan skema perpindahan panas melalui dinding..

Panas yang masuk melalui dinding dan atas:

	.......................................................................................	9-3

dimana Q = jumlah panas (W)
U = koefisien perpindahan panas total (W/m2 K)
A = luas permukaan (m2)
　(to-ti) = perbedaan suhu dalam dan luar ruang pendingin (K)

koefisien perpindahan panas total (U) dihitung dengan persamaan:

	..........................................	9-4

dimana x = tebal bahan insulasi (m)
k = konduktivitas termal bahan (W/m K)
h = koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2 K)

b. Field heat (Q2)

Beban kalor yang dibawa oleh produk yang akan didinginkan atau disimpan:

	.....................................................................................	9-5

dimana Q = jumlah panas (KJoule)
m = berat dari produk yang didinginkan (kg)
Cp= panas jenis dari produk di atas titik beku (KJoule/kg K)
ΔT= perubahan suhu produk (K)

c. Panas Respirasi (Q3)

Panas yang diperoleh dari produk sebagai akibat dari proses respirasi.

	.......................................................	9-6

d. Beban lampu (Q4)

	....................................................................................	9-7

e. Service load (Q5)

Service load adalah panas lain yang timbul dalam proses operasi pendinginan seperti kipas, operator, udara luar ketika pintu dibuka, motor listrik dan panas infiltrasi dari penyekat dan rak pendingin. Diperkirakan besarnya adalah sekitar 10% dari total konduksi panas, field heat dan panas respirasi.

kondensor

KONDENSOR

Kondensor ditempatkan di depan radiator. Kondensor berfungsi untuk mendinginkan gas refrigerant sehingga terkondensasi menjadi cair dengan tekanan yang tinggi.Set elah cair, refrigerant mengalir ke receiver dehidrator. Pendingin yang dilakukan kondensor berasal dari aliran udara oleh kipas radiator. Jumlah panas yang dilepaskan refrigerasi dalam kondensor sama dengan panas yang diserap dalam evaporator ditambah panas kerja yang diperlukan kompresor untuk menekan refrigrant.Semakin banyak panas yang dilepas dalam kondensor,maka semakin besar pula efek mendinginkan yang akan diperoleh dari evaporator.

Dalam kondensor akan terjadi perubahan bentuk zat pendingin, karena kondensasi yang dilakukan kondensor. Perubahan bentuk tersebut dari gas menjadi cair. Supaya pendinginan/kondensasi dari zat pendingin lebih sempurna, maka pemasangan kondensor perlu memperhatikan arah aliran udara yang membantu proses pendinginan kondensor. Pemasangan kondensor pada mobil biasanya ditempatkan di depan radiator supaya dapat dialiri udara waktu mobil berjalan.

Adakalanya pemasangan kondensor di depan radiator dilengkapi dengan dengan kipas-kipas pendingin, tetapi kipas pendingin mesin diganti dengan yang lebih besar supaya pendinginan mesin dapat dilaksanakan bersama-sama dengan pendinginan kondensor. Sistim ini merugikan bila sistim AC tidak dipakai , karena kipas yang besar akan menggunakan daya mekanis mesin, akibatnya boros bahan bakar. Untuk itu memakai kipas pendingin listrik tersendiri pada kondensor merupakan solusi lain meskipun kondensor dapat dipasang di depan radiator, di atas atap mobil, di bawah lantai, atau tempat lain yang memungkinkan.

Pipa-pipa kondensor ada yang berbentuk bulat ada juga yang seperti bayak lubang-lubang aliran zat pendingin. Pipa tersebut dilengkungkan secara paralel dari awal sampai keluarnya zat pendingin menuju saringan. Untuk memperluas pemukaan pendingin, diantara pipa yang dilengkungkan itu diberi kisi-kisi pendingin supaya sistem pendinginan lebih sempurna (panas diserap oleh kisi pendingin), sehingga kondensasi dan perubahan bentuk zat pendinginan dari gas menjadi cair akan terjadi.

kompresor

Refrigeration Compressor Performance Test Stand atau disebut juga Alat Uji Kinerja Kompresor Mesin Pendingin merupakan alat uji yang ada di laboratorium/bengkel refrigerasi Akademi Perikanan Sorong. Alat ini merupakan bantuan dari pemerintah Cina kepada Indonesia, lebih khusus lagi kepada Akademi Perikanan Sorong. Alat ini dapat digunakan antara lain :

1. Untuk mengetahui komposisi sistem sirkulasi refrigerasi pada suatu mesin pendingin.
2. Untuk mengukur kinerja suatu kompresor mesin pendingin, antara lain : kapasitas refrigerasi, daya kompresor dan lain-lain.
3. Untuk menganalisa faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja kompresor suatu mesin pendingin.

Dengan menggunakan alat uji ini kita bisa menganalisa kinerja suatu kompresor mesin pendingin dengan merubah-ubah beban pendinginan pada evaporator dan bukaan katup ekspansi. Pada alat ini beban pendinginan pada evaporator adalah air yang dipanaskan oleh heater.

Komponen-Komponen Alat Uji

Alat ini terdiri dari beberapa komponen, antara lain : kompresor, kondensor, receiver, filter drier, katup ekspansi, evaporator, dan komponen-komponen lain yang melengkapi yaitu heater dan pompa air. Selain komponen-komponen tersebut, pada alat uji ini juga dilengkapi dengan katup searah, alat ukur tekanan sisi hisap dan sisi buang kompresor, alat ukur tegangan pada kompresor dan heater, alat ukur arus pada kompresor dan heater, alat ukur temperatur, dan alat ukur debit aliran air. Pada alat uji ini juga terdapat komponen kontrol yaitu High Pressure Control (HPC) dan Low Pressure Control (LPC).

1. Kompresor

Kompresor mempunyai fungsi untuk menghisap bahan pendingin (refrigeran) kemudian memampatkan bahan pendingin tersebut sehingga bahan pendingin tersebut mempunyai tekanan dan temperatur yang tinggi. Jenis kompresor yang digunakan pada alat uji ini adalah kompresor jenis rotari.

2. Kondensor

Kondensor merupakan tempat untuk melepas kalor dari bahan pendingin ke media pendingin. Pada kondesor terjadi proses pengembunan bahan pendingin karena lepasnya kalor dari bahan pendingin ke media pendingin. Bahan pendingin setelah melewati kondensor akan berubah menjadi cair dengan tekanan yang masih tinggi. Tipe kondensor yang digunakan pada alat ini adalah kondensor dengan pendinginan air, jadi air digunakan sebagai media pendingin. Air sebagai pendingin kondensor disirkulasikan dengan menggunakan pompa air.

3. Receiver

Receiver digunakan untuk menampung sementara waktu bahan pendingin yang mengembun di dalam kondensor sebelum masuk ke katup ekspansi. Disamping itu, receiver juga berfungsi untuk menampung bahan pendingin dari mesin pendingin pada waktu mesin direparasi atau berhenti bekerja untuk suatu jangka waktu lama.

4. Filter Drier

Filter drier digunakan untuk menyaring kotoran yang mungkin terbawa di dalam bahan pendingin yang bersirkulasi dan menghilangkan uap air dari bahan pendingin sebelum masuk katup ekspansi. Kotoran tersebut dapat mengendap atau menempel di katup ekspansi dan katu hisap atau katup buang kompresor, sehingga dapat mengganggu kerja kompresor dan merusak bantalan dan penyekat poros.

5. Katup ekspansi

Katup ekspansi dipergunakan untuk mengekspansikan secara adiabatik cairan bahan pendingin yang bertekanan tinggi sampai mencapai tingkat keadaan tekanan dan temperatur rendah. Selain itu katup ekspansi mengatur pemasukan refrigeran sesuai dengan beban pendinginan yang harus dilayani oleh evaporator. Katup ekspansi yang digunakan pada alat ini adalah katup ekspansi manual.

6. Evaporator

Evaporator merupakan tempat untuk menyerap kalor dari produk untuk menguapkan bahan pendingin. Pada evaporator terjadi proses penguapan bahan pendingin, karena bahan pendingin tersebut menyerap kalor dari produk, sehingga ketika keluar dari evaporator bahan bahan pendingin berubah fase menjadi uap bertekanan dan bertemperatur rendah. Produk pada alat uji ini yang kalornya diserap oleh bahan pendingin adalah air.

7. Pompa air

Pompa air berfungsi untuk mesirkulasikan air di dalam kondensor dan di dalam evaporator.

8. Pemanas

Pemanas digunakan untuk memanaskan air sebelum masuk evaporator. Air yang dipanaskan tersebut berfungsi sebagai variasi beban pendinginan pada evaporator.

9. Katup searah

Katup searah berfungsi untuk mencegah terjadinya aliran balik pada sistem.

Siklus Pendinginan Pada Alat Uji

Gambar Skema Alat Uji Kinerja Kompresor Mesin Pendingin

Keterangan gambar :

1. Kompresor 2. Kondensor 3. Receiver 4. Filter Drier 5. Titik pengukuran temperatur sebelum katup ekspansi 6. Katup ekspansi 7. Evaporator 8. Titik pengukuran temperatur sisi hisap kompresor 9. Alat ukur tekanan sisi hisap kompresor 10. Katup searah pada sisi hisap kompresor 11. Katup searah pada sisi buang kompresor 12. Alat ukur tekanan sisi buang kompresor 13. Titik pengukuran temperatur sisi buang kompresor 14. Titik pengukuran temperatur setelah katup ekspansi 15. Pompa air pada evaporator 16. Tangki air pemanas 17. Alat ukur debit air 18. Katup pengatur 19. Titik pengukuran temperatur sebelum evaporator 20. Titik pengukuran temperatur setelah evaporator 21. Pompa air pendingin kondensor 22. Alat ukur debit air 23. Katup pengatur 24. Titik pengukuran temperatur sebelum kondensor 25. Titik pengukuran temperatur setelah kondensor 26 dan 27. Bak air 28. Katup buang

Siklus pendinginan pada alat uji ini dimulai dari kompresor (1) menghisap bahan pendingin kemudian memampatkan bahan pendingin tersebut hingga bahan pendingin tersebut bertekanan dan bertemperatur tinggi. Bahan pendingin keluar dari kompresor dalam bentuk uap dengan tekanan dan temperatur yang tinggi dan mengalir menuju kondensor (2). Ketika melewati kondensor, bahan pendingin bertemu dengan air pendingin yang temperaturnya lebih rendah, sehingga bahan pendingin melepas kalor ke air pendingin tersebut. Oleh karena bahan pendingin melepas kalor ke air pendingin, maka bahan pendingin tersebut mengalami pengembunan dan keluar dari kondensor dalam bentuk cair dengan tekanan yang tinggi. Setelah dari kondensor, bahan pendingin mengalir ke receiver (3). Di dalam receiver, bahan pendingin ditampung sementara sebelum masuk ke katup ekspansi. Dari receiver bahan pendingin mengalir ke filter drier (4) untuk disaring dan diserap uap air yang terkandung dalam bahan pendingin. Keluar dari filter drier bahan pendingin mengalir menuju ke katup eksapansi (6). Ketika melewati katup ekspansi, bahan pendingin dicekik (dithrottle), sehingga bahan pendingin mengalami penurunan tekanan dan temperatur. Bahan pendingin yang keluar dari katup ekspansi berwujud campuran cair dan uap dengan tekanan dan temperatur rendah. Setelah keluar dari katup ekspansi, bahan pendingin mengalir ke evaporator (7). Di evaporator bahan pendingin bertemu dengan air yang merupakan produk dengan temperatur lebih tinggi dari bahan pendingin tersebut, sehingga bahan pendingin tersebut menyerap kalor dari air. Dengan penyerapan kalor tersebut maka bahan pendingin akan menguap, sehingga bahan pendingin keluar dari evaporator dalam bentuk uap dengan tekanan dan temperatur rendah. Bahan pendingin yang keluar dari evaporator akan kembali dihisap oleh kompresor dan siklus akan berulang. Bahan pendingin yang bersirkulasi di dalam sistem alat uji ini adalah freon R-12.

Pengikut

komponen komponen refrigerasi

mengenal komponen-komponen utama sebuah sistem refrigerasi mekanik

1.Kondenser
Kondenser adalah komponen di mana terjadi proses perubahan fasa refrigeran, dari fasa uap menjadi fasa cair. Dari proses kondensasi (pengembunan) yang terjadi di dalamnya itulah maka komponen ini mendapatkan namanya. Proses kondensasi akan berlangsung apabila refrigeran dapat melepaskan kalor yang dikandungnya. Kalor tersebut dilepaskan dan dibuang ke lingkungan. Agar kalor dapat lepas ke lingkungan, maka suhu kondensasi (T_kd) harus lebih tinggi dari suhu lingkungan (T_ling). Karena refrigeran adalah zat yang sangat mudah menguap, maka agar dapat dia dikondensasikan haruslah dibuat bertekanan tinggi. Maka, kondenser adalah bagian di mana refrigeran

bertekanan tinggi (P_kd = high pressure–HP).

II.4.2. Piranti ekspansi(expansiondevice–EXD)

Piranti ini berfungsi seperti sebuah gerbang yang mengatur banyaknya refrigeran cair yang boleh mengalir dari kondenser ke evaporator. Oleh sebab itu piranti ini sering juga dinamakan refrigerant flow controller. Dalam berbagai buku teks Termodinamika, proses yang berlangsung dalam piranti ini biasanya disebut throttling process. Besarnya laju aliran refrigeran merupakan salah satu faktor yang menentukan besarnya kapasitas refrigerasi. Untuk sistem refrigerasi yang kecil, maka laju aliran refrigeran yang diperlukan juga kecil saja. Sebaliknya unit atau sistem refrigerasi yang besar akan mempunyai laju aliran refrigeran yang besar pula. Terdapat beberapa jenis piranti ekspansi. Di bawah ini diterakan beberapa di antaranya.

a. Pipa kapiler (capillary tube – CT).

Berupa pipa kecil dari tembaga dengan lubang berdiameter sekitar 1 mm, dengan panjang yang disesuaikan dengan keperluannya hingga beberapa meter. Pada berbagai unit refrigerasi yang menggunakannya pipa ini biasanya diuntai agar terlindung dari kerusakan dan ringkas penempatannya. Lubang saluran yang sempit dan panjangnya pipa kapiler ini merupakan hambatan bagi aliran refrigeran yang melintasinya; hambatan itulah yang membatasi besarnya aliran itu. Pipa kapiler ini menghasilkan aliran yang konstan.

b. Katup ekspansi tangan (hand/manual expansion valve – HEV).

Adalah pengatur aliran yang berupa katup atau keran biasa, yang dioperasikan untuk mengatur bukaannya secara manual.

c. Katup ekspansi termostatik (Thermostatic expansion valve – TEV).

Pada piranti ini terdapat bagian yang dapat bekerja secara termostatik, yaitu mempunyai sensor suhu yang dilekatkan pada bagian keluaran evaporator. Perubahan suhu yang terjadi pada keluaran evaporator itu menjadi indikator besar-kecilnya beban refrigerasi. Variasi suhu itu dimanfaatkan untuk mengatur bukaan TEV, sehingga besarnya laju aliran melintasinya juga menjadi terkontrol.

d. Katup pelampung (float valve – FV).

Piranti ekspansi jenis ini biasanya dirangkaikan dengan evaporator jenis ‘genangan’ (flooded evaporator, wet evaporator). Ketinggian muka (level) cairan dalam tandon (reservoir) cairan evaporator menjadi pendorong pelampung yang menjadi

pengatur besarnya bukaan katup.

3. Evaporator (evaporator – EV)

Evaporator adalah komponen di mana cairan refrigeran yang masuk ke dalamnya akan menguap. Proses penguapan (evaporation) itu terjadi karena cairan refrigeran menyerap kalor, yaitu yang merupakan beban refrigerasi sistem. Terdapat dua jenis

Evaporator yaitu:

· Evaporator ekspansi langsung (direct/dry expansion type - DX).

Pada evaporator ini terdapat bagian, yaitu di bagian keluarannya, yang dirancang selalu terjaga ‘kering’, artinya di bagian itu refrigeran yang berfasa cair telah habis menguap sebelum terhisap keluar ke saluran masuk kompresor.

· Evaporator genangan (flooded/wet expansion type).

Pada evaporator jenis ini seluruh permukaan bagian dalam evaporator selalu dibanjiri, atau bersentuhan, dengan refrigeran yang berbentuk cair. Terdapat sebuah tandon (reservoir, low pressure receiver), di mana cairan refrigeran terkumpul, dan dari bagian atas tandon tersebut uap refrigeran yang terbentuk dalam evaporator tersebut dihisap masuk ke kompresor.

4. Kompresor (compressor – CP)

Kompresor adalah komponen yang merupakan jantung dari sistem refrigerasi. Kompresor bekerja menghisap uap refrigeran dari evaporator dan mendorongnya dengan cara kompresi agar mengalir masuk ke kondenser. Karena kompresor mengalirkan refrigeran sementara piranti ekspansi membatasi alirannya, maka di antara kedua komponen itu terbangkitkan perbedaan tekanan, yaitu: di kondenser tekanan refrigeran menjadi tinggi (high pressure – HP), sedangkan di evaporator tekanan refrigeran menjadi rendah (low pressure – LP).

II.5. Diagram Siklus Kompresi Uap

Sistem pendingin siklus kompresi uap merupakan daur yang terbanyak digunakan dalam daur refrigerasi, pada daur ini terjadi proses kompresi (1 ke 2), pengembunan( 2 ke 3), ekspansi (3 ke 4) dan penguapan (4 ke 1)

Kompresi mengisap uap refrigeran dari sisi keluar evaporator, tekanan dan temperatur diusahakan tetap rendah agar refrigeran senantiasa berada dalam fase gas.

Didalam kompresor, uap refrigeran ditekan (dikompresi) sehingga tekanan dan temperatur tinggi. Energi yang diperlukan untuk kompresi diberikan oleh motor listrik atau penggerak mula lainnya. Jadi, dalam proses kompresi energi diberikan kepada uap refrigeran. Pada waktu uap refrigeran dihisap masuk ke dalam kompresor, temperature masih rendah akan tetapi selama proses kompresi berlangsung, temperatur dan tekanan naik. Setelah proses kompresi, uap refrigeran (fluida kerja) mengalami proses kondensasi pada kondensor. Uap refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi pada akhir kompresi dapat dicairkan dengan media pendinginnya fluida air atau udara. Dengan kata lain, uap refrigeran memberikan panasnya (kalor laten pengembunan) kepada air pendingin atau udara pendingin melalui dinding kondensor.

Karena air atau udarapendingin menyerap panas dari refrigeran, maka temperaturnya menjadi lebih tinggi pada waktu keluar dari kondensor. Selama refrigeran mengalami perubahan dari fase gas (uap) ke fase cair, tekanan dan temperatur konstan, oleh karena itu pada proses ini refrigeran mengeluarkan energi dalam bentuk panas.

aplikasi teknik pendinginan

Refrigerasi (pendinginan) adalah suatu sistem yang mengambil panas dari suatu benda atau ruangan yang bersuhu lebih rendah dari lingkungan alamiahnya. Bangsa Romawi dan Cina mengambil es dan salju untuk digunakan sebagai penyejuk udara saat musim panas. Bangsa Mesir meletakkan bejana air di atap rumah pada malam hari untuk mendinginkannya. Terlihat bahwa usaha untuk mendinginkan bahan atau udara telah ada sejak dahulu. Peradaban yang maju membuat teknik pendinginan semakin berkembang

Terdapat dua bidang pendinginan yang saling terkait dalam pendinginan yaitu bidang refrigerasi dan pengkondisian udara. Aplikasi teknik pendinginan dapat dijumpai di berbagai bidang. Di bidang industri, pengkondisian udara digunakan untuk mendapatkan suhu dan kelembaban yang nyaman bagi pekerja.

Gambar 1-7. AC untuk tranportasi

Beberapa sistem dirancang untuk mendapatkan kondisi udara dimana debu hampir tidak ada (ruang steril) seperti pada industri elektronika. Industri percetakan perlu udara dengan tingkat kelembaban tertentu sehingga kertas tidak menggumpal dan tinta cepat kering. Kelembaban yang tinggi juga dapat menyebabkan terjadinya korsleting. Perkantoran dan perumahan saat ini umum menggunakan AC untuk menambah kenyamanan ruangan.

Gambar 1-8. AC untuk Gimnaisum

Di negara sub-tropis, pengkondisian juga meliputi pemanasan ruangan saat musim dingin. Keinginan manusia untuk berkendara dengan nyaman membuat sistem pendinginan juga dijumpai di mobil dan kendaran angkutan lainnya. Industri pertanian saat ini umum menggunakan sistem cold chain untuk menjaga mutu produk. Sistem pendinginan ini biasanya digunakan untuk produk yang mudah busuk dan banyak mengandung air, seperti daging, sayur dan buah. Untuk mendapatkan umur simpan yang lebih lama, pembekuan digunakan untuk membekukan produk.

Gambar 1-8. Pendinginan buah

Produk yang dibekukan dapat kembali ke keadaan semula umumnya dengan perlakuan panas. Di toko-toko, bahan pertanian ini juga ditampilkan pada rak berpendingin Pendinginan juga dikenal dalam proses pengolahan makanan. Es krim, dibuat dengan membekukan susu setelah proses pasteurisasi dan pencampuran dilakukan.

Gambar 1-9. Ice cream

Produk pangan lain yang membutukan pendinginan antara lain susu, keju, jus buah. Industri roti juga menggunakan pendinginan untuk menyimpan adonan roti sehingga roti lebih cepat disajikan dan mengurangi kerugian toko roti karena adanya adonan yang tidak dibakar. Industri kimia menggunakan teknik pendinginan untuk memisahkan gas, pengembunan gas, penghilangan kalor reaksi, pemisahan zat dari campurannya dan untuk menjaga tekanan. Teknik pendinginan juga digunakan pada bidang lainnya seperti konstruksi, pembuatan es batu, dan arena olahraga

Gambar 1-10. Produk horitultura di supermarket

sejarah teknik pendinginan

Sejarah teknik pendinginan berkembang sejalan dengan perkembangan peradaban manusia di wilayah sub-tropik. Secara alamiah, manusia yang tinggal di wilayah sub-tropik menyadari bahwa bahan pangan yang mudah rusak ternyata dapat disimpan lebih lama dan lebih baik pada saat musim dingin dibandingkan dengan pada saat musim panas. Kesadaran inilah yang memandu manusia pada saat itu mulai memanfaatkan “es alam” untuk memperpanjang masa simpan bahan pangan yang mudah rusak.

Penggunaan es alam ini bahkan masih dilakukan hingga abad ke-20, dan bahkan menurut catatan IIR (Intenational Institute of Refrigeration) hingga awal abad ke-20 penggunaan es alam masih lebih banyak dibandingkan “es buatan”. Es alam adalah es yang dihasilkan tanpa peralatan refrigerasi, baik yang diperoleh dari sungai atau danau yang membeku pada musim dingin atau yang sengaja dibekukan secara alamiah akibat radiasi termal dari permukaan air ke langit.

Gambar 1-1. Mesin pendingin evaporatif rancangan Leonardo da Vinci (Pita, 1981)

Di wilayah dengan kelembaban udara yang rendah, seperti Timur Tengah, sejarah pendinginan dimulai dengan pendinginan evaporatif, yaitu dengan menggantungkan tikar basah di depan pintu yang terbuka untuk mengurangi panasnya udara dalam ruangan. Pada abad ke-15, Leonardo da Vinci telah merancang suatu mesin pendingin evaporatif ukuran besar. Konon, mesin ini dipersembahkan untuk Beatrice d’Este, istri Duke of Milan (Pita, 1981). Mesin ini mempunyai roda besar, yang diletakkan di luar istana, dan digerakkan oleh air (sekali-sekali dibantu oleh budak) dengan katup-katup yang terbuka-tutup secara otomatis untuk menarik udara ke dalam drum di tengah roda. Udara yang telah dibersihkan di dalam roda dipaksa keluar melalui pipa kecil dan dialirkan ke dalam ruangan (Gambar 1-1).

Perkembangan teknik pendinginan selanjutnya masih terjadi secara tidak sengaja, yaitu penggunaan larutan air-garam untuk mendapatkan suhu yang lebih rendah. Menurut catatan Ibn Abi Usaibia, seorang penulis Arab, penggunaan larutan air-garam ini sudah dilakukan di India sekitar abad ke-4. Garam yang digunakan pada larutan tersebut adalah potasium nitrat, sebagaimana dicatat oleh seorang dokter Italia bernama Zimara pada tahun 1530 dan dokter Spanyol bernama Blas Villafranca pada tahun 1550. Fenomena pencampuran garam pada salju untuk mendapatkan suhu lebih rendah baru dapat dijelaskan oleh Battista Porta pada tahun 1589 dan Trancredo pada tahun 1607

refrigeran

Freon atau refrigeran R-22 banyak dipergunakan sebagai cairan pendingin pada AC (Air Conditioner) atau pendingin udara. Namun tahukah anda bahwa Freon merupakan salah satu bahan kimia yang menyebabkan menipisnya lapisan ozon?

Badan Pengawas Lingkungan Amerika atau EPA menyebutkan bahwa mulai tanggal 1 Januari 2010 Freon hanya boleh dipergunakan pada AC yang telah ada, bukan AC baru. Dan mulai tanggal 1 Januari 2020, produksi Freon secara resmi dilarang. Artinya AC yang masih menggunakan cairan pendingin Freon tidak akan dapat melakukan pengisian ulang apabila dibutuhkan.

Nah, bagi anda yang akan membeli AC baru atau mengganti AC yang sudah rusak sebaiknya memilih AC yang sudah menggunakan cairan pendingin atau refrigeran yang ramah lingkungan atau non-depleting ozone substance, seperti R-410A.

Selain ramah lingkungan, menggunakan AC dengan cairan pendingin seperti itu juga merupakan investasi jangka panjang, karena ketersediaan cairan pendingin untuk jangka waktu yang sangat lama.

Jadi, jangan lupa saat membeli AC baru, pastikan bahwa AC tersebut menggunakan cairan pendingin yang ramah lingkungan.