Bagian dan Cara Kerja pada Mesin Refrigerasi
Pada pembahasan kali ini akan dibahas jenis-jenis siklus refrigerasi, pengertian, karakteristik serta penerapan atau aplikasinya. Siklus Refrigerasi Kompresi uap yang paling banyak dipakai umumnya akan dibahas lebih rinci dibandingkan dengan jenis siklus refrigerasi yang lainnya.
Mesin Refrigerasi atau disebut juga mesin pendingin adalah mesin yang bisa menyebabkan efek refrigerasi tersebut. Sedangkan Refrigerant (freon) adalah zat yang dipakai sebagai fluida kerja pada saat proses penyerapan panas.
Secara umum bidang refrigerasi mencakup kisaran suhu atau temperatur hingga dengan 123 K. Sedangkan proses-proses kerja dan teknik yang beroperasi pada kisaran suhu temperatur di bawah 123 K disebut dengan Kriogenika (cryogenics).
Pembedaan tersebut disebabkan karena adanya fenomena-fenomena khas yang terjadi pada suhu temperatur dibawah 100 K yang mana pada kisaran suhu temperatur ini gas-gas seperti nitrogen, oksigen, hidrogen, dan helium bisa mencair.
Pada saat ini penerapan atau aplikasi refrigerasi meliputi bidang yang sangat luas, mulai dari keperluan rumah tangga, pertanian, hingga ke industri gas, petrokimia, perminyakan dan lainya. Berbagai macam jenis mesin refrigerasi yang bekerja berdasarkan dalam berbagai proses dan siklus bisa ditemui dalam praktek. Tetapi demikian mesin refrigerasi bisa dikelompokan berdasarkan jenis siklusnya dan jenis penggunaanya.
Tabel. Kelompok penerapan (aplikasi) mesin refrigerasi
Susunan empat komponen tersebut secara skematik ditunjukan pada gambar dibawah (a) dan sketsa proses untuk Siklus Kompresi Uap Standar dalam diagram T-s ditunjukan pada gambar dibawa juga (b). Kemudian pada siklus kompresi uap standar ini, refrigerant (freon) mengalami empat proses (mengacu pada gambar (b)), yaitu:
Kompresi ini dibutuhkan untuk menaikkan temperatur refrigerant (freon), sehingga temperatur refrigerant (freon) yang di dalam kondensor bisa menjadi lebih tinggi daripada temperatur lingkungan sekitar. Dengan begitu perpindahan panas bisa terjadi dari refrigerant (freon) ke lingkungan. Proses kompresi tersebut akan berlangsung secara isentropik (adiabatik dan reversibel).
Refrigerant (freon) yang mengalir melalui kondensor dan pada sisi lain dialirkan sebuah fluida pendingin (udara atau air) dengan suhu temperatur yang lebih rendah daripada temperatur refrigerant (freon). Oleh sebab itu kalor akan berpindah dari refrigerant (freon) ke fluida pendingin dan sebagai akibatnya refrigerant (freon) akan mengalami penurunan suhu temperatur dari kondisi uap panas lalu menuju kondisi uap jenuh, yang selanjutnya mengembun menjadi wujud cair.
Kemudian keluar dari kondensor dalam wujud cair jenuh. Proses kerja ini berlangsung secara reversibel pada tekanan yang konstan.
Sehingga bisa terjadi perpindahan panas dari media kerja ke dalam refrigerant (freon) tersebut. Kemudian refrigerant (freon) yang masih berwujud cair itu akan menguap di dalam evaporator lalu refrigerant (freon) akan meninggalkan evaporator dalam fasa uap jenuh. Proses penguapan tadi akan berlangsung secara reversibel pada tekanan yang konstan.
Pada sistem H2O - NH3, Air berfungsi sebagai absorben, kemudian Amonia berfungsi sebagai refrigerant (freon). Sedangkan pada sistem (LiBr2) - (H2O), LiBr2 berfungsi sebagai absorben dan H2O berfungsi sebagai refrigerant (freon).
Campuran refrigerant (freon) dan absorben dipanaskan di dalam generator sehingga refrigerant (freon) menjadi menguap dan terpisah dari absorben. Uap dari refrigerant (freon) tersebut selanjutnya dimurnikan dalam rectifier dengan mendinginkannya sehingga uap absorben yang terbawa akan menjadi mengembun dan mengalir kembali ke generator.
Uap refrigerant (freon) murni selanjutnya diembunkan di kondensor; kondensatnya lalu diekspansikan dan menyerap panas dengan penguapan di evaporator. Uap refrigerant (freon) yang keluar dari evaporator kemudian dicampur dengan absorben (larutan lemah) yang keluar dari generator; melewati katup ekspansi agar tekanannya menjadi sama dengan tekanan evaporator.
Pada proses absorbsi refrigerant (freon) biasanya akan berlangsung secara eksotermal; hasil dari proses ini akan menghasilkan sebuah campuran refrigerant (freon) dan absorben atau (larutan kuat) yang kemudian dipompakan ke generator.
Dan uap yang terbentuk akan tertarik oleh aliran uap yang berkecepatan tinggi dalam ejektor dan kemudian dibawa ke kondensor untuk diembunkan. Kondensat yang terjadi dalam sebuah kondensor sebagian akan dialirkan ke avaporator setelah melewati katup ekspansi dan untuk sisanya akan masuk ke dalam boiler untuk diuapkan kembali (gambar ke2).
Proses tersebut akan membuat temperatur dan tekanan udara menjadi meningkat, kemudian untuk menurunkan temperaturnya, Maka udara harus dilewatkan pada ekspander turbo sebelum memasuki kabin pesawat dan menyerap beban panas yang muncul di sana. Udara selanjutnya dialirkan ke luar pesawat dengan memakai kompresor.
Gas bertekanan akan dimasukan melalui nosel tangensial sehingga membentuk sebuah aliran vorteks dalam tabung. Vorteks pada bagian luar akan bertemperatur lebih tinggi dari pada temperatur masuk dan mengalir kearah kanan (ujung panas). Vorteks pada bagian dalam akan memiliki temperatur lebih rendah dari temperatur masuk, karena sudah kehilangan energi kinetik, akan mengalir ke kiri dan keluar melalui ofrifis.
Gas yang bertemperatur lebih rendah inilah yang akan selanjutnya dimanfaatkan. Pada bukaan katup trotel, disini akan mengatur temperatur dan banyaknya gas dingin yang keluar dari ujung kiri (ujung dingin). Semakin besar bukaan katup, maka semakin rendah temperatur gas dingin namun akan semakin sedikit jumlahnya, demikian juga dengan sebaliknya.
Kerja dari kompresi persatuan massa refrigerant (freon) ini ditentukan oleh perubahan dari entalpi pada saat proses 1-2 (perhatikan gambar diatas) dan bisa dinyatakan sebagai:
Hubungan tersebut diturunkan dari persamaan energi pada keadaan tunak, dalam proses kompresi adiabatik reversibel dengan perubahan energi kinetik dan juga energi potensial diabaikan. Perbedaan entalpinya yaitu merupakan besaran negatif yang menunjukkan bahwa kerja diberikan kepada sistem. Kalor yang dibuang melalui kondensor dari refrigerant (freon) ke sekitar yang lebih rendah pada suhu temperaturnya dan terjadi pada proses 2-3, yaitu:
Besaran ini akan bernilai negatif, karena kalor yang dipindahkan dari sistem refrigerasi ke lingkungan. Pada proses ke 3-4 merupakan sebuah proses ekspansi refrigerant (freon) yang menuju tekanan evaporator. Proses ini biasanya dimodelkan dengan proses cekik tanpa adanya perpindahan pada kalor (adiabatik) dan proses akan berlangsung tak-reversibel, sehingga akan diperoleh hubungan: h3 = h4.
Efek dari refrigerasi (qrc) adalah kalor yang diterima oleh sistem dari lingkungan melalui evaporator dalam per satuan laju massa refrigerant (freon). Efek refrigerasi juga merupakan parameter penting, karena merupakan efek yang sangat berguna dan dibutuhkan oleh suatu sistem refrigerasi.
Sedangkan untuk kapasitas refrigerasi (Qrs) yaitu merupakan perkalian antara laju massa refrigerant (freon) dengan efek refrigerasi. Koefisien performansi, COP, adalah besarnya sebuah energi yang diinginkan, yaitu efek refrigerasi, dibagi dengan kerja yang dibutuhkan sistem, yaitu kerja kompresi.
&space;=}\tfrac{\textrm{efek&space;refrigerasi}}{\textrm{kerja&space;kompresi}}=\frac{h_{1}-&space;h_{4}}{h_{2}-h_{1}})
Pada kompresor jenis terbuka, motor terpisah dengan kompresor kemudian daya dari motor ditransmisikan melalui sabuk (belt) atau dengan sistem transmisi daya yang lainnya. Sedangkan pada kompresor hermetik, motor dan kompresor berada dalam satu wadah (selubung) yang kedap udara.
Ada juga jenis kompresor yang lain yaitu sermi hermetik. Berbeda dengan kompresor hermetik yang pada selubungnya disambung dengan las. Pada kompresor semi hermetik ini selubungnya terhubung dengan baut sehingga dapat dibuka untuk berbagai kebutuhan service termasuk juga untuk menggulung ulang kumparan motor listrik.
Pada mesin refrigerasi yang umum dipakai atau dalam rumah tangga jenis kompresor yang banyak dipakai adalah jenis kompresor hermenik. Kompresornya bisa memakai kompresor jenis torak, atau rotari seperti pada kompresor sudu (vane type), roller atau schroll.
Untuk melindungi pada bagian-bagian yang bergesekan seperti pada bagian torak dan dinding selinder juga pada bantalan, maka kompresor harus diberi pelumas. Pelumas tersebut bisanya akan bercampur dengan refrigerant (freon). Pada kompresor hermetik yang dipakai untuk mesin refrigerasi komersial dan rumah tangga, kebanyakan memakai pelumas yang larut dengan baik dalam refrigerannya (freon).
Jenis kondensor yang banyak dipakai pada mesin refrigerasi komersial dan rumah tangga, kebanyakan adalah yang berjenis pipa polos dengan pendinginan alami. Dalam hal ini panas akan berpindah secara alami dari refrigerant (freon), dan akan mengembun ke udara sekitar akibat adanya perbedaan suhu temperatur.
Evporator adalah sebuah alat tempat refrigerant (freon) menguap. Panas yang dibutuhkan untuk penguapan didapat dari bendaI-media yang akan didinginkan. Proses penyerapan panas tersebut membuat penurunan temperatur pada bendaI-media yang akan didinginkan. Jenis evaporator yang banyak dipakai adalah jenis evaporator permukaan plat dan pipa polos.
Perhatikan gambar sebelumnya diatasnya atas, diperlihatkan contoh-contoh kondensor dan evaporator yang dibahas. Kemudian pada mesin dengan kapasitas yang lebih besar menggunakan kondensor pipa yang bersirip.
Ada dua jenis filter drier yaitu alumina aktif atau (bukan silica gel) dan molecular sieve.
Alumina aktif terbuat dari Al203 bisa menyerap uap air lebih banyak dari silica gel dan juga bisa menyerap asam baik dari refrigerant (freon) maupun pelumas.
Molecular sieves terbuat dari sebuah logam alumina silikat, yang mempunyai kemampuan menyerap uap air yang sangat tinggi. Pada saat ini filter-drier yang banyak dipakai adalah yang ber jenis molecular sieves. Berdasarkan pada tingkatan kemampuannya dalam menyerap uap air molecular sieve dibuat dalam 3 grade yaitu: XH-5, XH-7, XH-9.
Semakin tinggi gradenya maka akan semakin tinggi kemampuannya dalam menyerap uap air. Pada mesin dengan refrigerant (freon) R-12 bisanya memakai XH-5 sedangkan mesin dengan refrigerant (freon) R-134a memakai XH-7 atau XH-9.
Pipa kapiler disini berfungsi untuk menurunkan tekanan dari refrigerant (freon) agar bisa menguap di evaporator pada suhu temperatur yang rendah. Tekanan dari refrigerant (freon) bisa diturunkan sebagai akibat adanya gesekan pada pipa kapiler yang panjang dan yang berdiameter kecil.
Untuk ukuran pipa kapiler biasanya dinyatakan dengan angka 10, 20 dan seterusnya sampai 90. Angka tersebut menunjukkan diameter dari pipa, untuk grade 10 menunjukkan diameter dari pipa 0,010 inci.
Refrigerasi
Refrigerasi adalah sebuah proses penyerapan panas dari suatu zat atau produk sehingga suhu atau temperaturnya berada dibawah temperatur lingkungan sekitar.Mesin Refrigerasi atau disebut juga mesin pendingin adalah mesin yang bisa menyebabkan efek refrigerasi tersebut. Sedangkan Refrigerant (freon) adalah zat yang dipakai sebagai fluida kerja pada saat proses penyerapan panas.
Secara umum bidang refrigerasi mencakup kisaran suhu atau temperatur hingga dengan 123 K. Sedangkan proses-proses kerja dan teknik yang beroperasi pada kisaran suhu temperatur di bawah 123 K disebut dengan Kriogenika (cryogenics).
Pembedaan tersebut disebabkan karena adanya fenomena-fenomena khas yang terjadi pada suhu temperatur dibawah 100 K yang mana pada kisaran suhu temperatur ini gas-gas seperti nitrogen, oksigen, hidrogen, dan helium bisa mencair.
Pada saat ini penerapan atau aplikasi refrigerasi meliputi bidang yang sangat luas, mulai dari keperluan rumah tangga, pertanian, hingga ke industri gas, petrokimia, perminyakan dan lainya. Berbagai macam jenis mesin refrigerasi yang bekerja berdasarkan dalam berbagai proses dan siklus bisa ditemui dalam praktek. Tetapi demikian mesin refrigerasi bisa dikelompokan berdasarkan jenis siklusnya dan jenis penggunaanya.
Berdasarkan jenis siklusnya mesin refrigerasi bisa dikelompokan menjadi:
- Mesin refrigerasi siklus termo-dinamika.
- Mesin refrigerasi siklus termo-elektrik.
- Mesin refrigerasi siklus termo-magnetik.
Kemudian yang termasuk mesin refrigerasi siklus termo-dinamika yaitu:
- Mesin refrigerasi Siklus Kompresi Uap (SKU).
- Mesin refrigerasi Siklus Absorbsi (SA).
- Mesin refrigerasi Siklus Jet Uap (SJU) atau Siklus kompresi Jet.
- Mesin refrigerasi Siklus Udara (SU).
- Mesin refrigerasi Pipa Vorteks atau Tabung Vorteks (TV).
Tabel. Kelompok penerapan (aplikasi) mesin refrigerasi
Jenis Mesin Refrigerasi
|
Contoh
|
Refrigerasi Domestik
|
Lemari Es, Dispenser Air
|
Refrigerasi Komersial
|
Pendingin minuman botol, box es krim, lemari pendingin supermarket
|
Refrigerasi Indrustri
|
Pabrik es, cold storage, mesin pendingin untuk industri proses
|
Refrigerasi Transport
|
Refrigerasi truk, kereta api dan kontainer
|
Pengkondisian udara domestik dan komersial
|
AC jendela, split dan package
|
Chiller
|
Water cooled and air cooler chillers
|
Mobile Air Condition (MAC)
|
AC Mobil
|
A. Prinsip Cara Kerja Mesin Refrigerasi Kompresi UAP
Mesin refrigerasi Siklus Kompresi Uap yaitu merupakan jenis mesin refigerasi yang paling banyak dipakai pada saat ini. Mesin refrigerasi UAP terdiri dari empat komponen utama, yaitu kompresor, kondensor, alat ekspansi dan evaporator.Susunan empat komponen tersebut secara skematik ditunjukan pada gambar dibawah (a) dan sketsa proses untuk Siklus Kompresi Uap Standar dalam diagram T-s ditunjukan pada gambar dibawa juga (b). Kemudian pada siklus kompresi uap standar ini, refrigerant (freon) mengalami empat proses (mengacu pada gambar (b)), yaitu:
a. Proses 1-2:
Refrigerant (freon) meninggalkan evaporator dalam bentuk uap jenuh dengan suhu temperatur dan tekanan yang rendah. Kemudian oleh kompresor uap tersebut tekanannya dinaikkan menjadi uap dengan tekanan yang lebih tinggi atau (tekanan kondensor).Kompresi ini dibutuhkan untuk menaikkan temperatur refrigerant (freon), sehingga temperatur refrigerant (freon) yang di dalam kondensor bisa menjadi lebih tinggi daripada temperatur lingkungan sekitar. Dengan begitu perpindahan panas bisa terjadi dari refrigerant (freon) ke lingkungan. Proses kompresi tersebut akan berlangsung secara isentropik (adiabatik dan reversibel).
b. Proses 2-3:
Setelah mengalami proses kompresi, refrigerant (freon) berada pada fasa panas lanjut dengan tekanan dan temperatur yang cukup tinggi. Untuk mengubah wujud-nya menjadi cair, kalor harus dilepaskan ke lingkungan. Hal tersebut dilakukan pada penukar kalor yang disebut dengan kondensor.Refrigerant (freon) yang mengalir melalui kondensor dan pada sisi lain dialirkan sebuah fluida pendingin (udara atau air) dengan suhu temperatur yang lebih rendah daripada temperatur refrigerant (freon). Oleh sebab itu kalor akan berpindah dari refrigerant (freon) ke fluida pendingin dan sebagai akibatnya refrigerant (freon) akan mengalami penurunan suhu temperatur dari kondisi uap panas lalu menuju kondisi uap jenuh, yang selanjutnya mengembun menjadi wujud cair.
Kemudian keluar dari kondensor dalam wujud cair jenuh. Proses kerja ini berlangsung secara reversibel pada tekanan yang konstan.
c. Proses 3-4:
Refrigerant (freon), dalam wujud cair jenuh mengalir melalui alat ekspansi. Refrigerant (freon) akan mengalami ekspansi pada entalpi konstan dan berlangsung secara tidak reversibel. Kemudian refrigerant (freon) keluar dari alat ekspansi yang berwujud campuran uap-cair pada tekanan dan temperatur yang sama dengan tekanan serta temperatur evaporator.d. Proses 4-1:
Refrigerant (freon), dalam fasa campuran uap-cair, akan mengalir melalui sebuah penukar kalor yang disebut dengan evaporator. Dan pada tekanan evaporator, titik didih refrigerant (freon) haruslah lebih rendah daripada temperatur lingkungan sekitar (media kerja atau media yang didinginkan).Sehingga bisa terjadi perpindahan panas dari media kerja ke dalam refrigerant (freon) tersebut. Kemudian refrigerant (freon) yang masih berwujud cair itu akan menguap di dalam evaporator lalu refrigerant (freon) akan meninggalkan evaporator dalam fasa uap jenuh. Proses penguapan tadi akan berlangsung secara reversibel pada tekanan yang konstan.
B. Prinsip Cara Kerja mesin Refrigerasi Absorbsi
Komponen utama pada mesin refrigerasi absorbsi terdiri dari enam buah yaitu seperti yang ditunjukan pada gambar dibawah. Fungsi dari kompresor pada mesin refrigerasi SKU digantikan oleh absorber, pompa dan generator. Kemudian Fluida kerja yang dipakai adalah campuran tidak bereaksi seperti air (H2O) ammonia (NH3), atau Lithium Bromida (LiBr2) - Air (H2O).Pada sistem H2O - NH3, Air berfungsi sebagai absorben, kemudian Amonia berfungsi sebagai refrigerant (freon). Sedangkan pada sistem (LiBr2) - (H2O), LiBr2 berfungsi sebagai absorben dan H2O berfungsi sebagai refrigerant (freon).
Campuran refrigerant (freon) dan absorben dipanaskan di dalam generator sehingga refrigerant (freon) menjadi menguap dan terpisah dari absorben. Uap dari refrigerant (freon) tersebut selanjutnya dimurnikan dalam rectifier dengan mendinginkannya sehingga uap absorben yang terbawa akan menjadi mengembun dan mengalir kembali ke generator.
Uap refrigerant (freon) murni selanjutnya diembunkan di kondensor; kondensatnya lalu diekspansikan dan menyerap panas dengan penguapan di evaporator. Uap refrigerant (freon) yang keluar dari evaporator kemudian dicampur dengan absorben (larutan lemah) yang keluar dari generator; melewati katup ekspansi agar tekanannya menjadi sama dengan tekanan evaporator.
Pada proses absorbsi refrigerant (freon) biasanya akan berlangsung secara eksotermal; hasil dari proses ini akan menghasilkan sebuah campuran refrigerant (freon) dan absorben atau (larutan kuat) yang kemudian dipompakan ke generator.
Prinsip Cara Kerja Mesin Refrigerasi Ejektor UAP
Pada mesin refrigerasi ejektor uap, air dipakai sebagai refrigerant (freon). Air akan dididihkan di boiler, uap yang terbentuk dilewatkan pada ejektor. Seksi tekanan rendah dalam ejektor kemudian dihubungkan dengan evaporator dengan begitu tekanan pada evaporator menjadi rendah.Dan uap yang terbentuk akan tertarik oleh aliran uap yang berkecepatan tinggi dalam ejektor dan kemudian dibawa ke kondensor untuk diembunkan. Kondensat yang terjadi dalam sebuah kondensor sebagian akan dialirkan ke avaporator setelah melewati katup ekspansi dan untuk sisanya akan masuk ke dalam boiler untuk diuapkan kembali (gambar ke2).
Prinsip Cara kerja Mesin Refrigerasi Siklus Udara
Pada mesin refrigerasi siklus udara biasanya banyak dipakai pada pesawat terbang, dan sistem ini baru akan bekerja jika pesawat telah terbang. Udara luar dengan kecepatan tinggi ditangkap oleh difusor sehingga kecepatannya menjadi lebih lambat pada saat memasuki sistem.Proses tersebut akan membuat temperatur dan tekanan udara menjadi meningkat, kemudian untuk menurunkan temperaturnya, Maka udara harus dilewatkan pada ekspander turbo sebelum memasuki kabin pesawat dan menyerap beban panas yang muncul di sana. Udara selanjutnya dialirkan ke luar pesawat dengan memakai kompresor.
Prinsip Cara Kerja Tabung Vorteks
Tabung vorteks biasanya disebut juga Tabung Ranque-Hilsch. Peralatan ini terdiri dari sebuah tabung lurus yang salah satu ujungnya dipasang orifis (orifice). Sedangkan pada ujung lainnya dipasang katup trotel (throttle valve). Nosel tangensial dipasang pada dinding luar pipa, diujung pipa yang dipasang orifis (perhatikan gambar dibawah)Gas bertekanan akan dimasukan melalui nosel tangensial sehingga membentuk sebuah aliran vorteks dalam tabung. Vorteks pada bagian luar akan bertemperatur lebih tinggi dari pada temperatur masuk dan mengalir kearah kanan (ujung panas). Vorteks pada bagian dalam akan memiliki temperatur lebih rendah dari temperatur masuk, karena sudah kehilangan energi kinetik, akan mengalir ke kiri dan keluar melalui ofrifis.
Gas yang bertemperatur lebih rendah inilah yang akan selanjutnya dimanfaatkan. Pada bukaan katup trotel, disini akan mengatur temperatur dan banyaknya gas dingin yang keluar dari ujung kiri (ujung dingin). Semakin besar bukaan katup, maka semakin rendah temperatur gas dingin namun akan semakin sedikit jumlahnya, demikian juga dengan sebaliknya.
Analisis Kinerja Mesin Refrigerasi Kompresi UAP
Parameter-parameter kinerja dari mesin refrigerasi kompresi uap, antara lain: kerja kompresi, efek refrigerasi, laju pengeluaran kalor, dan koefisien performansi (coefficient of performance, COP). Kemudian untuk penentuan parameter-parameter tersebut bisa dibantu dengan pemakaian sketsa proses pada diagram tekanan-entalpiKerja dari kompresi persatuan massa refrigerant (freon) ini ditentukan oleh perubahan dari entalpi pada saat proses 1-2 (perhatikan gambar diatas) dan bisa dinyatakan sebagai:
Hubungan tersebut diturunkan dari persamaan energi pada keadaan tunak, dalam proses kompresi adiabatik reversibel dengan perubahan energi kinetik dan juga energi potensial diabaikan. Perbedaan entalpinya yaitu merupakan besaran negatif yang menunjukkan bahwa kerja diberikan kepada sistem. Kalor yang dibuang melalui kondensor dari refrigerant (freon) ke sekitar yang lebih rendah pada suhu temperaturnya dan terjadi pada proses 2-3, yaitu:
Besaran ini akan bernilai negatif, karena kalor yang dipindahkan dari sistem refrigerasi ke lingkungan. Pada proses ke 3-4 merupakan sebuah proses ekspansi refrigerant (freon) yang menuju tekanan evaporator. Proses ini biasanya dimodelkan dengan proses cekik tanpa adanya perpindahan pada kalor (adiabatik) dan proses akan berlangsung tak-reversibel, sehingga akan diperoleh hubungan: h3 = h4.
Efek dari refrigerasi (qrc) adalah kalor yang diterima oleh sistem dari lingkungan melalui evaporator dalam per satuan laju massa refrigerant (freon). Efek refrigerasi juga merupakan parameter penting, karena merupakan efek yang sangat berguna dan dibutuhkan oleh suatu sistem refrigerasi.
Sedangkan untuk kapasitas refrigerasi (Qrs) yaitu merupakan perkalian antara laju massa refrigerant (freon) dengan efek refrigerasi. Koefisien performansi, COP, adalah besarnya sebuah energi yang diinginkan, yaitu efek refrigerasi, dibagi dengan kerja yang dibutuhkan sistem, yaitu kerja kompresi.
Siklus Kompresi UAP Aktual
Pada kenyataannya siklus kompresi uap akan mengalami penyimpangan dari kompresi uap standar,. Perbedaan penting pada siklus kompresi uap aktual dari siklus standar, yaitu:- Terjadi penurunan tekanan pada sepanjang pipa kondensor dan evaporator.
- Adanya proses kerja pembawah-dinginan (sub-cooling) cairan yang meninggalkan kondensor sebelum masuk ke alat ekspansi
- Pemanasan dari uap yang meninggalkan evaporator sebelum masuk ke kompresor.
- Terjadi sebuah kenaikan entropi ketika proses kompresi (kompresi tak isentropik).
- Proses ekspansi berlangsung non-adiabatik
Mesin Refrigerasi Siklus Kompresi UAP (SKU)
Susunan pada komponen mesin refrigerasi ini secara skematik diperlihatkan pada gambar dibawah. Komponen utama yang akan kita dibahas adalah:- Kompresor
- Kondensor
- Filter-drier
- Pipa kapiler
- Evaporator.
1. Kompresor
Kompresor yaitu berfungsi untuk mensirkulasikan refrigerant (freon) dan juga menaikan tekanan refrigerant (freon) agar bisa mengembun pada kondensor dalam suhu temperatur di atas temperatur udara lingkungan. Berdasarkan pada letak motornya kompresor bisa dikelompokan menjadi dua jenis yaitu kompresor jenis terbuka dan kompresor jenis hermetik.Pada kompresor jenis terbuka, motor terpisah dengan kompresor kemudian daya dari motor ditransmisikan melalui sabuk (belt) atau dengan sistem transmisi daya yang lainnya. Sedangkan pada kompresor hermetik, motor dan kompresor berada dalam satu wadah (selubung) yang kedap udara.
Ada juga jenis kompresor yang lain yaitu sermi hermetik. Berbeda dengan kompresor hermetik yang pada selubungnya disambung dengan las. Pada kompresor semi hermetik ini selubungnya terhubung dengan baut sehingga dapat dibuka untuk berbagai kebutuhan service termasuk juga untuk menggulung ulang kumparan motor listrik.
Pada mesin refrigerasi yang umum dipakai atau dalam rumah tangga jenis kompresor yang banyak dipakai adalah jenis kompresor hermenik. Kompresornya bisa memakai kompresor jenis torak, atau rotari seperti pada kompresor sudu (vane type), roller atau schroll.
Untuk melindungi pada bagian-bagian yang bergesekan seperti pada bagian torak dan dinding selinder juga pada bantalan, maka kompresor harus diberi pelumas. Pelumas tersebut bisanya akan bercampur dengan refrigerant (freon). Pada kompresor hermetik yang dipakai untuk mesin refrigerasi komersial dan rumah tangga, kebanyakan memakai pelumas yang larut dengan baik dalam refrigerannya (freon).
2. Kondensator dan Evaporator
Kondensor adalah alat yang mana refrigerant (freon) didinginkan sehingga akan mengembun. Pada mesin refrigerasi komersial dan rumah tangga, panas dari pengembunan akan dibuang ke udara sekitar secara alami karena adanya perbedaan suhu temperatur refrigerant (freon) dengan udara sekitar.Jenis kondensor yang banyak dipakai pada mesin refrigerasi komersial dan rumah tangga, kebanyakan adalah yang berjenis pipa polos dengan pendinginan alami. Dalam hal ini panas akan berpindah secara alami dari refrigerant (freon), dan akan mengembun ke udara sekitar akibat adanya perbedaan suhu temperatur.
Evporator adalah sebuah alat tempat refrigerant (freon) menguap. Panas yang dibutuhkan untuk penguapan didapat dari bendaI-media yang akan didinginkan. Proses penyerapan panas tersebut membuat penurunan temperatur pada bendaI-media yang akan didinginkan. Jenis evaporator yang banyak dipakai adalah jenis evaporator permukaan plat dan pipa polos.
Perhatikan gambar sebelumnya diatasnya atas, diperlihatkan contoh-contoh kondensor dan evaporator yang dibahas. Kemudian pada mesin dengan kapasitas yang lebih besar menggunakan kondensor pipa yang bersirip.
3 Filter-drier, Pipa Kapiler
Fungsi utama dari Filter-drier adalah menyerap uap air yang sudah terlarut dalam refrigerant (freon) dan kemudian menyaring padatan terlarut bila ada. Air akan dicegah masuk ke dalam pipa kapiler dan evaporator, karena bisa menimbulkan penyumbatan oleh air yang bisa menjadi es pada suhu temperatur evaporator yang rendah.Ada dua jenis filter drier yaitu alumina aktif atau (bukan silica gel) dan molecular sieve.
Alumina aktif terbuat dari Al203 bisa menyerap uap air lebih banyak dari silica gel dan juga bisa menyerap asam baik dari refrigerant (freon) maupun pelumas.
Molecular sieves terbuat dari sebuah logam alumina silikat, yang mempunyai kemampuan menyerap uap air yang sangat tinggi. Pada saat ini filter-drier yang banyak dipakai adalah yang ber jenis molecular sieves. Berdasarkan pada tingkatan kemampuannya dalam menyerap uap air molecular sieve dibuat dalam 3 grade yaitu: XH-5, XH-7, XH-9.
Semakin tinggi gradenya maka akan semakin tinggi kemampuannya dalam menyerap uap air. Pada mesin dengan refrigerant (freon) R-12 bisanya memakai XH-5 sedangkan mesin dengan refrigerant (freon) R-134a memakai XH-7 atau XH-9.
Pipa kapiler disini berfungsi untuk menurunkan tekanan dari refrigerant (freon) agar bisa menguap di evaporator pada suhu temperatur yang rendah. Tekanan dari refrigerant (freon) bisa diturunkan sebagai akibat adanya gesekan pada pipa kapiler yang panjang dan yang berdiameter kecil.
Untuk ukuran pipa kapiler biasanya dinyatakan dengan angka 10, 20 dan seterusnya sampai 90. Angka tersebut menunjukkan diameter dari pipa, untuk grade 10 menunjukkan diameter dari pipa 0,010 inci.