BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Refrigerasi merupakan suatu kebutuhan dalam kehidupan saat ini terutama bagi

masyarakat perkotaan. Karena itu kita perlu mempelajari sitem kerja refrigerasi dan sekaligus

mengenal komponen-komponen refrigerasi. Refrigerasi dapat berupa lemari es pada rumah

tangga, mesin pembeku (freezer), pendingin sayur dan buah-buahan pada super market dan

sebagainya. Peralatan ini dapat dijumpai mulai dari skala kecil pada rumah tangga hingga

skala besar pada aplikasi di industri. Sistem refrigerasi kompressi uap juga digunakan pada

aplikasi tata udara (air condition). Aplikasi tata udara untuk hunian manusia, mesin yang

digunakan dapat ditemui mulai dari skala kecil seperti AC window dan AC spilit dan skala

besar seperti air cooled chiller. Pada suatu alat refrigrasi terdapat sebuah komponen penting

yang berfungsi sebagai penyerap panas panas dari udara atau suatu ruangan yang akan

didinginkan oleh alat refrigerasi tersebut yang dinamakan evaporator. Evaporator adalah

komponen yang digunakan untuk mengambil kalor dari suatu ruangan atau suatu benda

yang bersentuhan dengannya. Pada evaporator terjadi pendidihan (boiling) atau penguapan

(evaporation), atau perubahan fasa refrigran dari cair menjadi uap. Refrigeran pada

umumnya memiliki titik didih yang rendah. Sebagai contoh, refrigeran 22 (R22) memiliki titik

didih -41° C. Dengan demikian, refrigeran mampu menyerap kalor pada temperatur yang

sangat rendah.

B. Tujuan

Tujuan penulisan makalah ini adalah :

- Untuk memenuhi Tugas mata kuliah Teknik Pendingin

- Untuk menjelaskan Definisi dan fungsi dari evaporator

- Untuk menjelaskan jenis-jenis evaporator

BAB II

EVAPORATOR

A. Definisi Evaporator

Evaporator juga disebut: Boiler, freezing unit, low side, cooling unit atau nama

lainnya yang menggambarkan fungsinya atau lokasinya. Fungsi dari evaporator adalah untuk

menyerap panas dari udara atau benda di dalam ruangan yang didinginkan. Kemudian

membuang kalor tersebut melalui kondensor di ruang yang tidak didinginkan. Kompresor

yang sedang bekerja menghisap refrigeran gas dari evaporator, sehingga tekanan di dalam

evaporator menjadi rendah. Evaporator fungsinya kebalikan dari kondensor. Tidak untuk

membuang panas ke udara di sekitarnya, tetapi untuk mengambil panas dari udara di

dekatnya. Kondensor ditempatkan di luar ruangan yang sedang didinginkan, sedangkan

evaporator ditempatkan di dalam ruangan yang sedang didinginkan. Kondensor tempatnya

diantara kompresor dan alat ekspansi, jadi pada sisi tekanan tinggi dari sistem. Evaporator

tempatnya diantara alat ekspansi dan kompresor, jadi pada sisi tekanan rendah dari sistem.

Evaporator adalah jaringan atau bentuk pipa yang dikonstruksi sedemikian rupa.

Fungsinya sebagai alat pendingin. Pipa evaporator ada yang terbuat dari bahan tembaga,

besi, alumanium atau dari kuningan. Namun kebanyakan terbuat dari alumanium dan besi.

Kerusakan yang sering dijumpai pada evaporator adalah kebocoran pipa. Hamper semua

kerusakan terjadi karena kebocoran sehingga mesin pendingin tidak mampu mendinginkan

ruangan (pada kulkas adalah ruang pendingin). Adapun cara kerja evaporator adalah

menguapkan gas yang masuk dari pipa condenser. Gas refrigerant dari kompresor masih

dalam temperatur yang sangat tinggi. Artinya kalorinya (panasnya) dinaikkan. Setelah itu

karena dorongan dari kompresor, ia mengalir masuk ke pipa pipa kondensor. Di dalam pipa‐

condenser ini, gas mengalami perubahan menjadi dingin. Selanjutnya mengalir terus

menuju pipa kapiler. Dari pipa kapiler merambat menuju pipa evaporator.

Gambar 1. Pipa Evaporator pada mesin pendingin /kulkas

Evaporator dibuat dari bermacam-macam logam, tergantung dari refrigeran yang dipakai

dan pemakaian dari evaporator sendiri. Logam yang banyak dipakai: besi, baja, tembaga,

kuningan dan aluminium. Evaporator pendingin cairan umumnya digunakan untuk

mendinginkan air, susu, jus, dan kegunaan industri lainnya. Jenis evaporator yang sering

digunakan adalah evaporator bare-tube karena proses pengambilan panas terjadi langsung

dari bahan ke ferigeran. Terdapat bebrapa tipe evaporator yang sering digunakan, seperti

pipa ganda, Baudelot cooler, tipe tank, shell and coil cooler dan shell and tube cooler.

B. Jenis Evaporator

1. Jenis evaporator berdasrkan konstruksinya

a. Bare tube evaporator

Gambar 2. Bare Tube Evaporator

Evaporator jenis bare-tube pada Gambar 2, terbuat dari pipa baja atau pipa tembaga.

Penggunaan pipa baja biasanya untuk evaporator berkapasitas besar yang menggunakan

refrigerant ammonia. Pipa tembaga biasa digunakan untuk evaporator berkapasitas rendah

dengan refrigeran selain ammonia.

b. Finned tube evaporator

Evaporator jenis finned tube pada Gambar 3 adalah evaporator bare-tube tetapi dilengkapi

dengan sirip-sirip yang terbuat dari plat tipis alumunium yang dipasang disepanjang pipa

untuk menambah luas permukaan perpindahan panas. Sirip-sirip alumunium ini berfungsi

sebagai permukaan transfer panas sekunder. Jarak antar sirip disesuaikan dengan kapasitas

evaporator, biasanya berkisar antara 40 sampai 500 buah sirip per meter. Evaporator untuk

keperluan suhu rendah, jarak siripnya berkisar 80 sampai 200 sirip per meter. Untuk

keperluan suhu tinggi, seperti room AC, jarak fin berkisar 1,8 mm.

Gambar 3. Finned Tubed Evaporator

c. Plate surface evaporator

Evaporator permukaan plat atau plate-surface pada Gambar 4, dirancang dengan berbagai

jenis. Beberapa diantaranya dibuat dengan menggunakan dua plat tipis yang dipres dan

dilas sedemikian sehingga membentuk alur untuk mengalirkan refrigeran.. Cara lainnya,

menggunakan pipa yang dipasang diantara dua plat tipis kemudian dipress dan dilas.

Gambar 4. Plated Surface Evaporator

2. Jenis evaporator berdasarkan metoda pemasokan refrigerannya

a. Dry expansion evaporator

Pada jenis expansi kering ditunjukkan oleh Gambar 5, cairan refrigerant yang diexpansikan

melalui katup expansi, pada waktu masuk ke dalam evaporatot sudah dalam keadaan

campuran cair dan uap, sehingga keluar dari evaporator dalam keadaan uap kering. Oleh

sebagian besar dari evaporator terisi oleh uap refrigerant, maka perpindahan kalor yang

terjadi tidak begitu besar, jika dibandingkan dengan keadaan dimana evaporator terisi oleh

refrigerant cair. Akan tetapi, evaporator jenis expansi kering tidak memerlukan refrigerant

dalam jumlah yang besar. Disamping itu, jumlah minyak pelumas yang tertinggal di dalam

evaporator sangat kecil.

Gambar 5. Dry Expansion Evaporator

b. Flooded evaporator

Pada evaporator tipe banjir ditunjukkan oleh Gambar 6, gelembung refrigerant yang terjadi

karena pemanasan akan naik kemudian pecah pada cair atau terlepas dari permukaannya.

Sebagian refrigeran kemudian masuk ke dalam akumulator yang memisahkan uap dari

cairan maka refrigerant yang ada dalam bentuk uap sajalah yang masuk ke dalam

kompresor. Bagian refrigerant cair yang dipisahkan di dalam akumulator akan masuk

kembali ke dalam evaporator, bersama-sama dengan refrigerant (cair) yang berasal dari

kondensor. Jadi tabung evaporator terisi oleh cairan refrigeran. Cairan refrigeran menyerap

kalor dari fluida yang hendak digunakan (air larutan garam, dsb), yang mengalir di dalam

pipa uap refrigeran yang terjadi dikumpulkan di bagian atas dari evaporator sebelum masuk

ke kompresor.

Gambar 6. Flooded Evaporator

3. Jenis evaporator berdasarkan sirkulasi udaranya

a. Natural convection evaporator

Natural convection evaporator adalah evaporator yang aliran udaranya mengalir secara

alami tanpa adanya dorongan atau paksaan dari kipas atau blower. Pada evaporator jenis ini

udara yang telah didinginkan akan jatuh ke bawah karena massa jenisnya yang lebih berat

dari udara yang lebih panas.

Gambar 7. Natural Convection Evaporator

b. Forced convection evaporator

Pada Forced convection evaporator ditunjukkan oleh Gambar 8, udara yang mengalir melalui

evaporator dihembuskan secara paksa menggunakan kipas atau blower. Sehingga sirkulasi

udara berlangsung secara cepat dan lebih efektif. Pada beberapa jenis sistem refrijerasi dan

tata udara, kecepatan aliran udara dapat diatur dengan mengatur hembusan dari kipas atau

blower tersebut.

Gambar 8. Forced Convection Evaporator

4. Jenis evaporator berdasarkan fluida yang didinginkan

a. Air cooling evaporator

Evaporator jenis air cooling, adalah evaporator yang mendinginkan produk dengan udara

dingin yang telah melawati evaporator tersebut, udara yang telah didinginkan

didistribusikan untuk mendinginkan benda atau udara yang akan dikondisikan, penggunaan

evaporator jenis ini biasanya seperti AC split, Cold storage room dan lemari es.

b. Liquid chilling evaporator

Liquid chilling evaporator mendinginkan fluida cair biasanya berupa air atau larutan ari

dengan garam. Air yang telah didinginkan nantinya akan didistribusikan pada wadah yang

dinamakan AHU (khusus untuk AC) untuk mendinginkan ruangan, atau didistribusikan ke

dalam pipa ganda yang memiliki dua lubang untuk mendinginkan produk cair seperti susu.

Penggunaan liquid chilling evaporator biasanya pada AC central, pabrik susu dan pabrik es

komersial. Liquid chilling evaporator ada beberapa jenis yaitu:

1) Double pipe cooler (tube in tube cooler)

Gambar 9. Tube in Tube Cooler

Tube in tube cooler seperti Nampak pada Gambar 9 adalah evaporator yang pipanya terdiri

dari dua lubang yang salurannya berbeda, saluran yang satu biasanya adalah untuk saluran

refrigeran, sedangkan saluran yang satunya lagi biasanya untuk fluida yang akan

didinginkan, biasanya air. Selain itu, pada tube in tube cooler saluran pertama biasanya

untuk aliran air dingin dan saluran yang satunya lagi untuk produk yang akan didinginkan

seperti susu. Aliran kedua fluida yang mengalir biasanya berlawanan arah supaya

perpindahan kalor menjadi lebih efektif.

2) Baudelot cooler (falling film surface)

Pada baudelot cooler yang ditunjukkan oleh Gambar 10, air diguyurkan melalui pipa-pipa

evaporator. Sehingga, pada lapisan pipa tersebut membentuk lapisa es yang tipis, kemudian

air yang jatuh ditampung pada panampungan air dan selanjutnya didistribusikan untuk

mendinginkan benda atau ruangan.

Gambar 10. Baudelot cooler

3) Shell and coil evaporator

Shell and coil evaporator pada Gambar 11, terbuat dari sebuat tabung yang besar. Pada

bagian dala tabung tersebut terdapat pipa yang berbentuk seperti lilitan atau coil. Pada coil

tersebut dialirkan refrigeran, sedangkan pada bagian tabung/shell dialirkan air.

Gambar 11. Shell coil evaporator

4) Shell and tube evaporator

Shell and tube evaporator yang nampak pada Gambar 12, terdiri dari sebuah tabung besar

yang di dalamnya dipasang pipa-pipa. Pada pipa-pipa tersebut dialirkan air yang akan

didinginkan, selanjutnya air tersebut digunakan untuk mendinginkan ruangan atau benda.

Penggunaan shell and tube evaporator biasanya pada chiller.

Gambar 12. Shell and tube evaporator

5. Jenis evaporator berdasarkan sistem kontak refrigerannya

a. Direct system

Direct system adalah jenis evaporator yang proses pendinginannya langsung mendinginkan

produk atau ruangan yang akan dikondisikan, refrigeran yang menguap pada evaporator

langsung mengambil kalor dari produk atau ruangan yang akan dikondisikan.

b. Indirect system

Pada indirect system, uap refrigeran yang menguap mengambil kalor dari fluida yang

didinginkan, fluida tersebut biasanya disebut dengan secondary refrigerant. Refrigeran

sekunder tersebut nantinya akan mendinginkan ruangan atau produk yang akan

dikondisikan. Sistem yang biasanya menggunakan indirect system adalah water chiller dan

pabrik es komersial.

C. Beda Temperatur Rata-rata Logaritma ( LMTD )

Faktor perhitungan pada alat penukar kalor adalah masalah perpindahan panasnya.

Apabila panas yang dilepaskan besarnya sama dengan Q peratuan waktu, maka panas itu

diterima fluida yang dingin sebesar Q tersebut dengan persamaaan :

Q = U. A. ∆ Tlm

Dimana :

Q = kalor yang dilepaskan / diterima

U = Koefisien perpindahan panas menyeluruh

A = Luas permukaan

∆ Tlm = selisih temperatur rata-rata

Sebelum menentukan luas permukaan kalor (A), maka terlebih dahulu ditentukan nilai dari

LMTD. Hal ini berdasarkan selisih temperature dari fluida uang masuk dan keluar dari kalor.

Untuk aliran pararel arah aliran fluida berbeda, dimana

Untuk aliran fluida berlawanan, maka :

Dimana :

LMTD = Selisih temperature rata-rata logaritmik

T1 = Temperatur fluida msuk kedalam shell

T2 = Temperatur fluida keluar shell

t1 = Temperatur fluida masuk ke dalam tube

t2 = Temperatur fluida keluar tube

Dalam perencanaan alat penukar kalor harus dicari selisih temperature rata-rata sebenarnya,

yaitu dengan menggunakan faktor koreksi (Ft).

D. Fouling Factor (Faktor Pengotoran)

Faktor pengotoran ini sangat mempengaruhi perpindahan panas pada evaporator.

Pengotoran ini dapat terjadi endapan dari fluida yang mengalir, juga disebabkan oleh korosi pada

komponen dari evporator akibat pengaruh dari jenis fluida yang dialirinya. Selama evaporator ini

dioperasikan pengaruh pengotoran pasti akan terjadi. Terjadinya pengotoran tersebut dapat

menganggu atau memperngaruhi temperatur fluida mengalir juga dapat menurunkan ataau

mempengaruhi koefisien perpindahan panas menyeluruh dari fluida tersebut.

Beberapa faktor yang dipengaruhi akibat pengotoran antara lain :

Temperatur fluida

Temperatur dinding tube

Kecepatan aliran fluida

Faktor pengotoran (fouling factor) dapat dicari persamaan :

E. Evaporator pada mesin pendingin

Pada banyak system pendinginan, refrigerant akan menguap di evaporator dan

mendinginkan fluida yang melalui evaporator. Evaporator ini disebut sebagai direct-

expansion evaporator. Berdasarkan zat yang didinginkan, evaporator rdibedakan menjadi

evaporator pendingin udara dan pendingin cairan. Pada umumnya evaporator pendingin

udara menggunakan jenis plat, bare tube, dan finned evaporator. Evaporator plat biasa

digunakan pada kulkas rumah. Evaporator pendingin udara ini umumnya digunakan untuk

system pengkondisian udara (AC).

Evaporator pendingin cairan umumnya digunakan untuk mendinginkan air, susu, jus,

dan kegunaan industry lainnya. Jenis evaporatoryang sering digunakan adalah evaporator

bare-tube karena proses pengambilan panas terjadi langsung dari bahan ke refrigerant.

Terdapat beberapa tipe evaporator yang sering digunakan, seperti : pipa ganda, Baudelot

cooler, tipe tank, shell and coil cooler dan shell and tube cooler.

Pada mesin pendingin seperti AC atau kulkas pada umumnya juga menggunakan

Forced convection evaporator (evaporator konveksi paksa), udara yang mengalir melalui

evaporator dihembuskan secara paksa menggunakan kipas atau blower. Sehingga sirkulasi

udara berlangsung secara cepat dan lebih efektif. Pada beberapa jenis sistem refrijerasi dan

tata udara, kecepatan aliran udara dapat diatur dengan mengatur hembusan dari kipas atau

blower tersebut.

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Evaporator adalah alat penukar kalor yang digunakan untuk penguapan cairan

menjadi uap. Dimana pada alat ini menjadi proses evaporasi (penguapan) suatu zat dari fasa

cair menjadi uap. Yang dimanfaatkan alat ini adalah panas latent dan zat yang digunakan

adalah air atau refrigerant cair. Jenis Evaporator antara lain :

1. Jenis evaporator berdasarkan konstruksinya

Bare tube evaporator

Finned tube evaporator

Plate surface evaporator

2. Jenis evaporator berdasarkan metoda pemasokan refrigerannya :

Dry expansion evaporator

Flooded evaporator

3. Jenis evaporator berdasarkan sirkulasi udaranya :

Natural convection evaporator

Forced convection evaporator

4. Jenis evaporator berdasarkan fluida yang didinginkan :

Air cooling evaporator

Liquid chilling evaporator, Liquid Chilling evaporator dibedakan lagi menjadi :

Double pipe cooler (tube in tube cooler)

Baudelot cooler (falling film surface)

Shell and coil evaporator

Shell and tube evaporator

5. Jenis evaporator berdasarkan sistem kontak refrigerannya

Direct system

Indirect system

DAFTAR PUSTAKA

Modul Teknik Pendingin. Chapter II. Universitas Sumatera Utara

Evaporator dan katup Ekspansi. Bahan Ajar Teknik Pendingin.

Kusuma, Yuliadi. Bahan Ajar Teknik Pendingin. Pusat Pengembangan bahan Ajar. Universitas

Mercu Buana

Adjiz, Adrijal. Desain Evaporator Jenis Shell dan Tube Pada Mesin Refrigerasi Siklus Kompresi

Uap Hibrida. Universitas Riau.