Modul Teknik Pendingin

8/12/2019 Modul Teknik Pendingin

1/200

MODUL PLPG

TEKNIK PENDINGIN

KONSORSIUM SERTIFIKASI GURU2013


2/200

ii

KATA PENGANTAR

Puji serta syukur kami panjatkan kepada Illahi Robbi yang telah memberikan

kekuatan dan kelapangan kepada kami, sehingga kami mampu menyusun buku ajar ini.

Buku ajar ini berisi tentang pengetahuan teknik pendingin yang meliputi: dasar-dasar

refrigerasi dan tata udara, komponen utama refrigerasi dan tata udara, refrigeran dan

minyak pelumas, sistem kompresi uap, psychrometric, estimasi beban pendingin, sistem

air conditioning, dan peralatan kerja refrigerasi dan tata udara.

Buku ajar tentang teknik pendingin yang diperlukan di Indonesia masih langka,

apalagi yang ditulis dalam bahasa Indonesia lebih sukar lagi mendapatkannya.

Berdasarkan hal tersebut penulis menyusun buku ajar tentang teknik pendingin guna

menambah perbendaharaan buku tentang teknik pendingin dalam bahasa Indonesia.

Buku ajar ini dipersiapkan dalam waktu yang relatif singkat dan juga karena

keterbatasan pada kemampuan dan pengalaman yang dimiliki penulis, sehingga isi buku

ini masih jauh dari baik dan sempurna. Namun demikian penulis telah berusaha sekuat

tenaga agar dapat menyajikan sesuatu yang kiranya cukup memadai untuk dibaca. Besar

harapan penulis agar buku ini dapat menambah pengetahuan, meningkatkan kecerdasan

dan memperdalam kepandaian kita dalam bidang teknik pendingin.

Kepada semua pihak yang telah memberikan dorongan dan bantuan sehingga

buku ini dapat tersusun dengan rapih, penulis mengucapkan terima kasih sebesar-

besarnya. Segala saran dan kritik demi kesempurnaan buku ini akan penulis terima

dengan senang hati.

Jakarta , 27 April 2013

Penulis,

Ega Taqwali Berman


3/200


4/200

iv

Q. Gas ideal atau gas sempurna 16

R. Proses-proses untuk gas ideal 16

1. Proses volume konstan 17

2. Proses tekanan konstan 18

3. Proses temperatur konstan 18

4. Proses adiabatik 18

5. Proses politropik 20

6. Hubungan PVT selama proses adiabatik 21

S. Titik didih 21

T. Temperatur jenuh 22

U. Uap Jenuh 22

V. Uap panas lanjut dan Cairan dingin lanjut 23

W. Pengaruh tekanan pada temperatur jenuh 24

BAB II KOMPONEN UTAMA REFRIGERASI DAN TATA UDARA 27

A. Kompresor 27

1. Jenis kompresor berdasarkan letak motornya 27

a. Kompresor open type 27

b. Kompresor semi hermetic 29

c. Kompresor hermetic 30

2. Jenis kompresor berdasarkan cara kerjanya 30

a. Kompresor Reciprocating (Torak) 30

b. Kompresor rotary centrifugal 31

c. Kompresor helical-rotary screw 33

d. Kompresor scroll 34

B. Kondensor 35

1. Air Cooled Condenser 36a. Remote condenser 37

b. Condensing unit 38

2. Water Cooled Condenser 39

a. Shell and Tubes Condenser 40

b. Shell and Coil Condenser 41

c. Tubes in Tube Condenser 41

3. Evaporative Condenser 42


5/200


6/200

vi

3. Refrigerant R-22, CHCLF 2 Chloro Difluoro Methane 61

4. Refrigerant R-113, C 2Cl2F3, Trichloro Trifluoro Ethane 62

5. Refrigerant R-114 C 2Cl2F4, Dichloro Tetrafluoro Ethane 62

6. Refrigerant R-500, CCL 2F2/CH 3-CHF 2 Azeotrope 63

7. Refrigerant R-502, ChCLF 2/CClF 2-CF 3 Azeotrope 64

8. Amonia R-717. NH3 65

9. Carbon Dioxide, R-744, CO 2 66

10. Sulfur Dioxide, R-764, SO 2 67

11. Methylchloride, R-40, CH 3CL 67

C. Minyak Pelumas 68

D. Kekentalan (Viscosity) Minyak Pelumas 69

BAB IV SISTEM KOMPRESI UAP 71

A. Siklus kompresi uap 71

B. Model siklus kompresi uap 72

C. Diagram tekanan-entalpi 73

D. Proses pendinginan 75

1. Proses ekspansi 76

2. Proses evaporasi 77

3. Proses kompresi 77

4. Proses kondensasi 77

E. Pengaruh superheating refrigeran uap pada siklus refrigerasi 78

F. Pengaruh subcooling refrigerant cair pada siklus refrigerasi 80

BAB V PSYCHROMETRIC 83

A. Definisi Psychrometric 83

B. Letak Garis dan Skala Pada Grafik 85

C. Hubungan antara Bagian-bagian Psychrometric 87D. Penggunaan Praktis Kandungan Uap Air (Humidity) 96

1. Pengkondisian Udara Di Musim Dingin 96

2. Pengkondisian Udara Di Musin Panas 98

3. Kondensasi atau Pengembunan Di Musim Dingin 99

E. Aplikasi Term Pengembunan/Kondensasi Secara Praktis 100


7/200

vii

BAB VI ESTIMASI BEBAN PENDINGINAN 103

A. Macam-macam beban pendinginan 103

B. Waktu operasi (equipment running time) 103

C. Perhitungan beban pendinginan 105

1. Beban panas dari dinding (the wall gain load) 105

2. Beban panas dari pertukaran udara (the air change load) 105

3. Beban panas dari produk 106

4. Beban panas dari alat-alat (beban tambahan) 107

D. Faktor perpindahan panas melalui dinding (wall gain load) 107

E. Menentukan harga faktor U (determination of the U faktor) 108

F. Perbedaan temperatur diantara dinding ruangan pendingin 111

G. Perbedaan temperatur diantara lantai dan langit-langit 111

H. Pengaruh radiasi matahari 112

I. Perhitungan beban panas dari dinding 112

J. Perhitungan beban panas dari udara 115

K. Perhitungan beban panas dari produk 117

L. Faktor pendinginan mula (chilling rate faktor) 119

M. Panas respirasi 120

N. Beban panas dari pembungkus produk 121

O. Perhitungan beban tambahan (miscellaneous load) 121

P. Penggunaan faktor keselamatan (safety faktor) 121

Q. Cara pendek untuk menghitung beban pendinginan 122

BAB VII SISTEM AIR CONDITIONING 123

A. Gambaran umum Air Conditioning 123

B. Jenis-jenis Air Conditioning 124

1. AC Window 1242. AC Mini split 124

3. AC Split Duct 125

4. VRV System 126

C. Prinsip Kerja Air Conditioning 127

1. Siklus Aliran Refrigeran 127

2. Siklus Aliran Udara 129


8/200


9/200

ix

K. Swaging Copper Tubing 149

L. Bending Copper Tubing 150

M. Brazing Copper Tubing 150

N. Dental Mirror 151

O. Alat Pembuntu pipa (Pinch-Off tool) 151

1. Pembuntu pipa jenis Vise-Grip 151

2. Pembuntu pipa jenis plat (Imperial) 152

3. Pembuntu pipa jenis ragum (Robin air) 152

P. Katup Servis (Service Valve) 153

DAFTAR PUSTAKA 154

GLOSSARY 155

LAMPIRAN 159


10/200

x

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1 Skala temperatur 1

Gambar 1.2 Proses perpindahan kalor 2

Gambar 1.3 Proses penambahan kalor 2

Gambar 1.4 Nilai Kalor sensibel dan laten 3

Gambar 1.5 Perubahan wujud zat dari cair ke gas 4

Gambar 1.7 Tekanan atmosfir 6

Gambar 1.8 Skala pengukuran tekanan atmosfir dan manometer 6

Gambar 1.9 Skala pengukuran tekanan absolut 7

Gambar 1.10 Kandungan uap air relativ 10

Gambar 1.11 Proses tekanan konstan 11

Gambar 1.12 Proses temperatur konstan 12

Gambar 1.13 Proses volume konstan 13

Gambar 1.14 Hubungan tekanan-volume pada proses adiabatik 19

Gambar 1.15 Hubungan tekanan-volume pada proses politropik 20

Gambar 1.16 Uap jenuh (saturated vapor) 22

Gambar 1.17 Uap panas lanjut (superheated vapor) 23

Gambar 1.18 Grafik hubungan tekanan dan temperatur uap jenuh air 24

Gambar 1.19 Pengaruh tekanan pada temperatur jenuh cairan 25

Gambar 2.1 Kompresor Open-Type 28

Gambar 2.2 Kompresor Semi hermetic 29Gambar 2.3. Hermetic-Type Compressor 30

Gambar 2.4 Kompresor resiprocating 31

Gambar 2.5 Rotary-Centrifugal Compressor 31

Gambar 2.6 Impeller blade, passage, diffuser passage dan volute 32

Gambar 2.7 Multistage Centrifugal Compressor 32

Gambar 2.8 Kompresor twin screw dan single screw 33

Gambar 2.9 Mekanisme refrigeran di kompresor 34


11/200


12/200

xii

Gambar 4.8 Ph diagram untuk perbandingan siklus satarusi dengansiklus superheated

79

Gambar 4.9 Ph diagram untuk perbandingan siklus satarusi dengansiklus subcooled

80

Gambar 5.1 Grafik psychrometric 83Gambar 5.2 Ilustrasi Grafik psychrometric 86

Gambar 5.3 Garis temperatur kering dan basah 86

Gambar 5.4 Garis temperatur kondensasi dan kanduangan uap air relatif 87

Gambar 5.5 Garis tetes uap air (grains of moisture) 87

Gambar 5.6 Cara menentukan kandungan uap air relatif (RH) 88

Gambar 5.7 Cara menentukan temperatur basah 89

Gambar 5.8 Cara menentukan temperatur kering 90Gambar 5.9 Cara menentukan temperatur pengembunan kesatu 91

Gambar 5.10 Cara menentukan temperatur pengembunan kedua 92

Gambar 5.11 Cara menentukan temperatur pengembunan ketiga 93

Gambar 5.12 Cara menentukan jumlah tetes air 94

Gambar 5.13 Cara menentukan jumlah tetes air per ft udara 95

Gambar 5.14 Cara menentukan kondisi nyaman di musim dingin 97

Gambar 5.15 Cara menentukan kondisi nyaman di musim panas 98

Gambar 5.15 Cara menentukan temperatur pengembunan di musim dingin 100

Gambar 5.16 Cara menentukan temperatur pengembunan pada permukaan saluran udara (duct)

101

Gambar 6-1 blok beton 109

Gambar 6.2 Denah toko 113

Gambar 7.1 Skema sistem air conditioning 123

Gambar 7.2. AC windows 124

Gambar 7.3 AC Split 125

Gambar 7.4 AC Split Duct 125

Gambar 7.5 VRV system 126

Gambar 7.6 siklus air conditioning 128

Gambar 7.7 siklus aliran udara 129

Gambar 7.8 Tampilan Precision Air Conditioning (PAC) 129

Gambar 7.9 PAC tipe Air cooled system 132

Gambar 7.10 PAC tipe Water cooled system 133


13/200

xiii

Gambar 7.11 PAC tipe Glycool system 133

Gambar 7.12 PAC tipe Chilled water system 134

Gambar 7.13 Dual cooling system 134

Gambar 7.14 Arah Aliran udara PAC 135

Gambar 7.15 AC Sentral 136

Gambar 7.16 Chiller 137

Gambar 7.16 Air Coold Chiller 138

Gambar 7.17 Water coold chiller 138

Gambar 7.18 Absoption Chiller 139

Gambar 7.19 Air Handling Unit 140

Gambar 7.19 Cooling Tower 141

Gambar 7.20 Natural draft 141

Gambar 7.21 Force Draft 141

Gambar 8.1 Manifold gauge 142

Gambar 8.2 Pompa vakum 143

Gambar 8.3 Elektronik Leak Detector 144

Gambar 8.4 Thermometer 145

Gambar 8.5 Multitester 145

Gambar 8.5 Tang ampere 146

Gambar 8.6 Capasitor Tester 147

Gambar 8.7 Mesin 3R 148

Gambar 8.8 Tubing Cutter 148

Gambar 8.9 Flaring Tools 149

Gambar 8.10 Swaging Tools 149

Gambar 8.11 Bending 150

Gambar 8.12 Brazzing Tools 151Gambar 8.13 Dental Mirror 151

Gambar 8.14 Pembuntu pipa jenis vise grip 152

Gambar 8.15 Pembuntu pipa jenis plat 152

Gambar 8.16 Pembuntu pipa jenis ragum 152

Gambar 8.17 Katup servis 153


14/200

xiv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Kelebihan dan kekurangan kompresor open type 28

Tabel 2.2 Kelebihan dan kekurangan kompresor semi hermetic 29

Tabel 2.3 Kelebihan dan kekurangan kompresor hermetic 30

Tabel 2.4 Patokan penentuan suhu kondensasi 43

Tabel 3.1 Beberapa Merk dagang refrigeran 58

Tabel 3.2 Warna tabung Refrigeran 58

Tabel 3.3 Pedoman Kekentalan Minyak Pelumas 70


15/200

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Tabel 6.1 Heat transfer coefficient (U) for cold storage rooms 159



Lampiran 4 Tabel 6.4 Thermal conductivity of materials used in cold storagerooms

162

Lampiran 5 Tabel 6.5 Faktor U untuk kaca atau gelas dan Tabel 6.5A SurfaceConductance (f) for building structures

163

Lampiran 6 Tabel 6.6 Refrigerations design ambient temperature guide 164

Lampiran 7 Tabel 6.7 Allowance for solar radiation 170

Lampiran 8 Tabel 6.8A Btu/ft of air removed in cooling to storage conditionsabove 30 0F dan Tabel 6.8B Btu/ft 3 of air removed in cooling tostorage conditions below 30 0F

171

Lampiran 9 Tabel 6.9A Average air changes per 24 hours for storage roomsabove 32 0F due to door opening and infiltration dan Tabel 6.9BAverage air changes per 24 hours for storage rooms below 32 0Fdue to door opening and infiltration

172

Lampiran 10 Tabel 6.10 Design data for fruit storage 173

Lampiran 11 Tabel 6.11 Design data for vegetable storage 175

Lampiran 12 Tabel 6.12 Design data for meat storage 177

Lampiran 13 Tabel 6.13 Design data for miscellaneous storage 179

Lampiran 14 Tabel 6.14 Reaction heat from fruits and vegetables 181Lampiran 15 Tabel 6.15 Heat equivalent of electric motors 182

Lampiran 16 Tabel 6.16 Heat equivalent of occupancy 183

Lampiran 17 Tabel 6.17 Usages heat gain, Btu/24 Hr for one cubic feetinterior capacity

184

Lampiran 18 Tabel 6.18 Wall heat gain 185


16/200

1

BAB I

DASAR-DASAR REFRIGERASI DAN TATA UDARA

A. Kalor

Kalor adalah salah satu bentuk energi yang tidak dapat diciptakan atau

dimusnahkan. Kalor dapat diubah bentuknya menjadi energi lain. Kalor adalah energi

yang berpindah jika terdapat perbedaan temperatur. Kalor akan mengalir dari benda

yang bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah. Kejadian ini akan terus

berlangsung sampai diperoleh keseimbangan temperatur (termal).

Gambar 1.1 Skala temperaturSumber : http://www.nc-climate.ncsu.edu/edu/k12/.Temperature

Temperatur adalah tingkatan atau derajat panas atau dingin dari suatu benda yang

umumnya diukur dalam satuan derajat Fahrenheit ( 0F) atau Celcius ( 0C), seperti

ditunjukkan oleh Gambar 1.1. Jika kalor ditambahkan pada suatu benda maka

temperatur benda itu akan naik. Begitu pula sebaliknya jika kalor dikurangi/dipindahkan

dari suatu benda maka temperatur benda itu akan turun atau menjadi rendah.

Temperatur rendah itulah yang disebut dingin.


17/200

2

Gambar 1.2 Proses perpindahan kalorSumber: https://www.educate-sustainability.eu

Sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 1.2, proses perpindahan kalor pada suatuzat terjadi dengan tiga cara yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Perpindahan kalor

secara konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat yang sama tanpa disertai

perpindahan bagian-bagian dari zat itu. Contoh: besi yang dipanaskan. Konveksi adalah

perpindahan kalor melalui media gas atau cairan, sebagai contoh udara di dalam lemari

es dan air yang dipanaskan di dalam cerek. Radiasi adalah perpindahan kalor dari suatu

bagian yang yang lebih tinggi suhunya ke bagian lain yang lebih rendah suhunya tanpa

melalui zat perantara, contohnya: cahaya matahari, panas lampu dan tungku api.

Perpindahan kalor secara radiasi hanya dapat terjadi melalui gas, benda yang transparan,

dan ruang yang hampa udara ( vacum ).

Pada sistem refrigerasi dan air conditioning, satuan energi kalor dinyatakan

dalam British Thermal Unit (BTU) . BTU adalah sejumlah kalor yang diperlukan untuk

menaikkan temperatur 1 pon air sebesar 1 0F. Air digunakan sebagai standar untuk

menghitung jumlah kalor. Pada gambar 1.3 ditunjukkan ilustrasi dari proses

penambahan kalor pada air.

Gambar 1.3 Proses penambahan kalor
https://www.educate-sustainability.eu/https://www.educate-sustainability.eu/https://www.educate-sustainability.eu/https://www.educate-sustainability.eu/


18/200


19/200


20/200

5

berupa fluida yang digunakan untuk menyerap kalor melalui perubahan phasa cair ke

gas (menguap) dan membuang kalor melalui perubahan phasa gas ke cair (mengembun).

C. Gaya (Force)

Gaya didefinisikan sebuah dorongan atau tarikan. Sesuatu yang cenderung

mendorong benda untuk melakukan suatu gerakan atau untuk membantu gerakan benda

untuk berhenti, atau untuk mengubah arah gerakan. Gaya juga dapat merubah ukuran

atau bentuk sebuah benda. Benda tersebut dapat berupa belitan, belokan, rentangan,

yang ditekan atau yang lainnya yang berubah bentuk oleh gerakan akibat sebuah gaya.

Gaya lebih dikenal sebagai berat (weight). Berat suatu benda dapat diukur dengan gaya

yang didesakan pada benda oleh tarikan gravitasi bumi (Gambar 1.7). Ada banyak gaya

selain gaya gravitasi, semua gaya diukur dengan satua berat. Namun demikian,

kebanyakan gaya diberi satuan dalam pound (lb) dan satuan lain juga dapat digunakan.

D. Tekanan

Cara memahami air conditioning terlebih dahulu harus memahami tekanan.

Tekanan adalah gaya per satuan luas. Semua benda padat, cair dan gas mempunyai

tekanan. Benda padat memberikan tekanan kepada benda lain yang menunjangnya.

Misalnya kaki lemari es memberikan tekanan kepada lantai. Cairan di dalam bejana

memberikan tekanan kepada dinding dan alas bejana itu. Gas di dalam tabung

memberikan tekanan kepada tabung. Tekanan gas di dalam tabung dipengaruhi oleh

suhu dan jumlah gasnya. Kerja suatu AC sebagian besar tergantung dari perbedaan

tekanan di dalam sistem. Kita harus mengerti arti macam-macam tekanan yang

berhubungan dengan air conditioning. Tekanan tersebut ada tiga macam yaitu tekanan

atmosfir, tekanan manometer (pengukuran) dan tekanan absolut (mutlak).

1. Tekanan AtmosfirBumi kita diselimuti udara (21% oksigen, 78% nitrogen dan 1% unsur lain) yang

disebut atmosfir, yang tebalnya diperkirakan lebih dari 600 mil (965,6 km) diukur dari

permukaan bumi. Udara itu mempunyai berat dan berat itulah yang dikenal sebagai

tekanan atmosfir. Besarnya tekanan atmosfir diukur mulai dari permukaan air laut,

besarnya kira-kira 14,7 psi, seperti ditunjukkan oleh Gambar 1.7.


21/200

6

Gambar 1.7 Tekanan atmosfirSumber : http://hendrix2.uoregon.edu/~imamura/102/section2/chapter14.html

2. Tekanan Manometer (Pengukuran)

Manometer adalah alat untuk mengukur tekanan uap air dalam ketel atau

tekanan gas dalam suatu tabung. Tekanan yang ditunjukkan oleh jarum manometer

disebut tekanan manometer (pengukuran). Sebagai standar tekanan manometer, tekanan

atmosfir pada permukaan air laut diambil sebagi 0, dengan satuan psig atau kg/cm 2. jadi

pada permukaan air laut tekanan atmosfir 14,7 psi = 0 psig tekanan manometer,

sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 1.8.

Gambar 1.8 Skala pengukuran tekanan atmosfir dan manometer

3. Tekanan Absolut

Tekanan absolut adalah tekanan yang sesungguhnya. Jumlah tekanan manometer

dan tekanan atmosfir pada setiap saat disebut tekanan absolut. Titik nol (0) pada tekanan
http://hendrix2.uoregon.edu/~imamura/102/section2/chapter14.htmlhttp://hendrix2.uoregon.edu/~imamura/102/section2/chapter14.htmlhttp://hendrix2.uoregon.edu/~imamura/102/section2/chapter14.htmlhttp://hendrix2.uoregon.edu/~imamura/102/section2/chapter14.html


22/200


23/200

8

W : Kerja yang dilakukan

F : Gaya

I : Jarak sejauh gaya yang bekerja

Kerja yang dilakukan selalu dinyatakan dalam bentuk satuan yang sama dengan yang

digunakan untuk menyatakan besarnya gaya dan jarak. Untuk jarak, jika gaya

dinyatakan dalam pound (lb) dan jarak dinyatakan dalam feet (ft), kerja yang dilakukan

dnyatakan dalam foot-pound (ft-lb). Foot-pound satuan yang sering digunakan untuk

mengukur kerja.

F. Daya

Daya adalah jumlah kerja yang dilakukan. Daya adalah kerja yang dilakukan

yang didapat dari waktu yang dibutuhkan untuk melakukan kerja. Satuan daya adalah

tenaga kuda (Horsepower, Hp). Satu tenaga kuda didefinisikan daya yang diperlukan

untuk melakukan kerja sejumlah 33.000 ft-lb per menit atau 33.000/60 sama dengan

550 ft-lb per detik. Daya yang dibutuhkan dalam tenaga kuda dapat ditentukan dengan

persamaan 1-2.

Hp = xt

W

000.33 (1-2)

dimana :Hp : Tenaga kuda

W : Kerja yang dilakukan (foot-pound)

t : Waktu (menit)

G. Hukum konservasi energi

Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa energi tidak dapat

diciptakan ataupun dimusnahkan, tapi dapat diubah bentuknya menjadi bentuk energilain. Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa perpindahan energi panas

berlangsung jika terdapat perbedaan-perbedaan temperatur. Panas itu akan mengalir dari

benda bertemperatur tinggi ke benda bertemperatur rendah, kejadian ini akan

berlangsung sampai dicapai keseimbangan temperatur.

H. Jumlah panas

Ukuran jumlah panas dinyatakan dalam British thermal unit (Btu). Air

digunakan sebagai standar untuk menghitung jumlah panas, karena untuk menaikkan


24/200

9

temperatur 1 0 F untuk tiap 1 lb air diperlukan panas 1 Btu (pada permukaan air laut).

Dua Btu artinya menaikkan temperatur air sebanyak 1 lb untuk 2 0 F atau menaikkan

temperatur air sebanyak 2 lb sebesar 1 0 F. Oleh karenanya untuk menghitung jumlah

panas yang dibutuhkan/dibuang digunakan persamaan1-3.

Btu = W x t (1-3)

Di mana:

W : jumlah air (lb)

t : perbedaan temperatur ( 0F)

I. Panas jenis

Panas jenis suatu benda artinya jumlah panas yang diperlukan benda itu agar

temperaturnya naik 1 0 F. Panas jenis air adalah 1, untuk mendapatkan panas jenis benda

lain panas jenis air dijadikan sebagai pembanding. Harga panas jenis benda tentu saja

tergantung pada perubahan temperaturnya. Berdasarkan hal itu maka jumlah panas yang

diberikan/dibuang dari suatu benda dapat dihitung dari persamaan1-4.

Btu = W x c x t (1-4)

Di mana c : panas jenis benda.

Panas jenis benda akan berubah jika fase benda itu berubah. Air adalah salah

satu contoh yang baik dimana kita dapat lihat perubahan panas jenisnya pada fase yang

lain. Air pada fase cair panas jenisnya 1, tetapi pada fase gas dan padat nilai panas

jenisnya hampir 0,5. udara bila dipanaskan dan bergerak bebas pada tekanan tetap panas

jenisnya 0,24. uap refrigeran R-12 pada tekanan konstan dan temperatur 70 0 F

mempunyai panas jenis 0,148, padahal pada temperatur 86 0 F adalah 0,24. untuk

menghitung jumlah perpindahan panas yang terjadi pada kombinasi beberapa benda

digunakan persamaan1-5.

Btu = (W 1 x c 1 x t1) + (W 2 x c 2 x t2) + (W 3 x c 3 x t3) + ..... (1-5)

J. Humidity (Kelembaban)

Tetes air di udara diukur dengan istilah (terminologi) humidity (kelembaban)

atau kandungan uap air di udara. Sebagai contoh pada Gambar 1.10, kandungan uap air

relativ ( relativ humidity ) 50% artinya udara itu mengandung tetes air sebanyak 50%

dibanding jumlah total yang mampu dikandungnya secara maksimal berdasarkan

temperatur yang diberikannya. Kandungan uap air relativ yang rendah memungkinkan


25/200

10

T ruang 70 F

4 tetes/ft3

T ruang 70 F

8 tetes/ft3a b

tubuh kita untuk mengeluarkan kalor dengan cara penguapan (evaporasi). Karena

kelembaban yang rendah berarti udara itu cenderung kering, sehingga ia dapat dengan

mudah menyerap uap air. Jika kandungan uap air relativ itu tinggi, maka akan berakibat

sebaliknya. Proses penguapan akan berjalan lambat pada kondisi lembab,sehingga

kecepatan pengeluaran kalor dari tubuh melalui proses penguapan akan menurun sampai

akhirnya berhenti. Kondisi nyaman yang dapat diterima oleh tubuh manusia berada pada

kisaran temperatur 72 0 80 0 F (22,2 0 26,6 0 C) dan 45% - 50% kelembaban relativ.

Gambar 1.10 Kandungan uap air relativ. a) RH 50% dan b) RH 100%

K. Hubungan temperatur-volume pada tekanan konstan

Jika gas dipanaskan di bawah satu kondisi dimana tekanan dijaga agar tetap,

maka volume akan meningkat 1/492 dari volume semula pada temperatur 32 0F untuk

setiap peningkatan temperatur 1 0F. Demikian juga, jika suatu gas didinginkan pada

tekanan konstan, maka volume akan menurun 1/492 dari volume semula pada

temperatur 32 0F untuk setiap penurunan temperatur 1 0F. Supaya penggambaran

perubahan kondisi pada tekanan konstan lebih baik, diasumsikan bahwa gas disimpandalam silinder dilengkapi dengan alat yang benar-benar pas, seperti ditunjukkan

Gambar 1.11a. Tekanan gas adalah tekanan yang dihasilkan oleh berat piston dan oleh

berat atmosfir pada bagian atas piston. Karena piston bebas bergerak ke atas dan ke

bawah dalam silinder, maka gas dapat mengembang atau mengkerut, yaitu mengubah

volume dengan cara temperatur gas tetap konstan. Pada waktu gas dipanaskan,

temperatur dan volume meningkat dan piston bergerak naik dalam silinder. Pada waktu

gas didinginkan, temperatur dan volume menurun dan piston bergerak turun dalam


26/200

11

silinder. Pada kasus lain, tekanan gas tetap sama atau berubah selama proses pemanasan

atau pendinginan.

Gambar 1.11 Proses tekanan konstan. (a) Gas di dalam selinder. (b) Gasdipanaskan sehingga temperatur dan volumenya naik. (c) Gas didinginkan

sehingga temperatur dan volumenya turun.

L. Hukum Charles untuk proses tekanan konstan

Hukum Charles untuk proses tekanan konstan mempunyai pengaruh, yaitu

ketika tekanan gas tetap konstan, volume gas langsung berubah dengan temperatur

absolut. Kemudian, jika temperatur absolut gas digandakan pada waktu tekanan dijaga

tetap konstan, maka volume juga akan digandakan. Demikian juga, jika temperatur

absolut gas dikurangi setengah kali pada waktu tekanan konstan, maka volume juga

akan berkurang setengah kali. Persamaan ini diilustrasikan dalam Gambar 1.11b dan

1.11c. Hukum Charles untuk proses tekanan konstan ditulis pada persamaan 1-6, jika

tekanan dijaga tetap konstan, maka :

T1 V2 = T 2 V1 (1-6)

Dimana :

T1 = Temperatur awal gas (o Rankine)

T2 = Temperatur akhir gas ( o Rankine)

V1 = Volume awal gas (cu ft)

V2 = Volume akhir gas (cu ft)

Jika tiga macam nilai lebih dahulu diketahui, maka yang keempat dapat dihitung

dengan menggunakan persamaan 1.6.


27/200


28/200

13

tumbukan menjadi besar. Sebaliknya keadaan akan terjadi ketika gas mengembang pada

temperatur konstan. Pada beberapa proses termodinamika yang terjadi seperti hal di atas

yaitu temperatur tidak berubah selama proses disebut proses isothermal (temperatur

konstan).

Hukum Boyle untuk proses temperatur konstan ditunjukkan oleh persamaan 1-7.

P1V1 = P 2V2 (1-7)

dimana :

P1 = Tekanan absolut awal

P2 = Tekanan absolut akhir

V1 = Volume awal (cu ft)

V2 = Volume akhir (cu ft)

Contoh 2:

5 lb udara mengembang pada temperatur konstan dan volume awal 4 cu ft sampai

volume akhir 10 cu ft. Jika tekanan awal udara 20 psia, berapa tekanan akhir dalam psia

?

Jawab : Gunakan persamaan 1-7

Tekanan akhir P 2 =2

11

V

xV P =

10520 x

= 10 psia

N. Hubungan tekanan-temperatur pada volume konstan

Gambar 1.13 Proses volume konstan. (a) Kondisi awal. (b) Tekanan absolut naik berbanding lurus dengan kenaikan temperatur absolut. (c) Tekanan absolut turun

berbanding lurus dengan penurunan temperatur absolut.


29/200

14

Diasumsikan bahwa suatu gas disimpan dalam silinder tertutup sehingga

volumenya tidak akan berubah pada waktu dipanaskan atau didinginkan (Gambar

1.13a). Ketika temperatur gas meningkat oleh penambahan kalor, tekanan absolut akan

naik berbanding lurus dengan kenaikan temperatur absolut (Gambar 1.13b). Jika gas

didinginkan, tekanan absolut gas akan menurun berbanding lurus dengan penurunan

temperatur absolut (Gambar 1.13c). Pada saat temperatur (kecepatan molekul) gas

ditingkatkan sedangkan volume gas (ruang pada molekul terbatas) tetap sama, besarnya

tekanan (gaya dan frekuensi molekul menubruk dinding silinder) meningkat.

Sedangkan, ketika gas didinginkan pada volume konstan, gaya dan frekuensi molekul

menimpa dinding wadah berkurang dan tekanan gas akan berkurang dari sebelumnya.

Penurunan gaya dan frekuensi tumbukan molekul disebabkan oleh penurunan kecepatan

molekul.

O. Hukum Charles untuk proses volume konstan

Hukum Charles menguraikan bahwa ketika gas didinginkan atau dipanaskan di

bawah satu kondisi dimana volume gas tetap tidak berubah atau konstan, tekanan

absolut berbanding lurus dengan temperatur absolut. Hukum Charles dapat ditulis pada

persamaan 1-8 jika volumenya sama, maka :

T1 P2 = T 2 P1 (1-8)

Dimana :

T1 = Temperatur awal (o Rankine)

T2 = Temperatur akhir ( o Rankine)

P1 = Tekanan awal (psia)

P2 = Tekanan akhir (psia)

Contoh 3:

Sejumlah berat suatu gas disimpan dalam tangki yang mempunyai temperatur awal 80oF dan tekanan awal 30 psig. Jika gas dipanaskan sampai akhir tekanan ukur yaitu 50

psi, berapakah temperatur akhir dalam derajat Fahrenheit ?

Jawab : Gunakan persamaan 1-8.

T2 =1

21

P

xP T =

7,1430)7,1450()46080( x

= 782 oR

Konversi oR ke oF = 782 460 = 322 oF


30/200

15

P. Hukum Gas Umum

Kombinasi dari Hukum Charles dan Boyle menghasilkan persamaan 1-9.

1

11

T

V P =

2

22

T

V P (1-9)

Persamaan 1-9 adalah pernyataan bahwa untuk beberapa berat suatu gas

dihasilkan tekanan psfa dan volume dalam cu ft dibagi oleh temperatur absolut dalam

derajat Rankine akan selalu konstan. Konstan di sini akan berbeda untuk setiap gas yang

berbeda dan untuk gas yang lain akan memberikan berat yang berbeda-beda pada setiap

gas. Jika suatu gas digunakan berat pound, kemudian V aka n menjadi volume spesifik ,

dan persamaan 1-9 dapat ditulis menjadi:

T

Pv

= R

Di mana : R = konstanta gas (berbeda untuk setiap gas).

Jika kedua ruas pada persamaan 1-9 dikalikan dengan M, maka berubah menjadi

persamaan 1-10:

PM = MRT

Tetapi karena : M = V

Maka PV = MRT (1-10)

Di mana :P = Tekanan (psfa)

V = Volume (cu ft)

M = Massa (lb)

R = Konstanta gas

T = Temperatur ( oR)

Persamaan 1.10 disebut Hukum Gas Umum dan sering digambarkan dalam

menyelesaikan beberapa persoalan menyangkut gas. Karena nilai R untuk beberapa gasdapat dicari dalam tabel, jika tiga variabel dari empat variabel P, V, M dan T diketahui,

maka bentuk keempat dapat ditentukan oleh persamaan 1.10. Catatan bahwa tekanan

harus dalam pound per square foot absolut (psfa).

Contoh 4:

Tangki udara kompresor mempunyai volume 5 cu ft dan diisi oleh udara pada

temperatur 100 oF. Jika alat ukur pada tangki terbaca 151,1 psia, berapakah berat udara

dalam tangki ?

Jawab :


31/200


32/200

17

1) Volume konstan (isometerik)

2) Tekanan konstan (isobar)

3) Temperatur konstan (isothermal)

4) Adiabtik

5) Proses politropik.

Upaya menggambarkan gas ideal dapat dikatakan bahwa molekul gas selalu

terpisah dan molekul teersebut tidak mempunyai gaya tarik satu sama lain, dan tidak ada

energi yang diserap oleh gas ideal dan tidak mempunyai pengaruh pada energi potensial

internal. Jelaslah bahwa, ketika panas diserap oleh gas ideal akan menaikan energi

kinetik internal (temperatur) gas atau akan meninggalkan gas sebagai kerja eksternal

atau keduanya. Karena perubahan pada energi potensial internal, P, akan selalu

menjadi nol, persamaan umum energi untuk gas ideal dapat ditulis seperti pada

persamaan 1-11.

Q = K + W (1-11)

Supaya dapat dimengerti lebih baik, perubahan energi terjadi selama berbagai proses

harus selalu diingat bahwa perubahan pada temperatur gas menunjukkan perubahan

pada energi kinetik internal gas, sebaliknya, perubahan pada volume gas menunjukkan

kerja telah dilakukan oleh atau pada gas.

1. Proses volume konstan

Ketika gas dipanaskan pada saat itu juga gas ditahan dan volume tidak berubah,

tekanan dan temperatur akan merujuk pada hukum Charles (Gambar 1.13). Karena

volume gas tidak berubah, maka tidak ada kerja eksternal yang dilakukan dan W sama

dengan nol. Karena itu, untuk proses volume konstan ditunjukkan oleh huruf v kecil.

Q v = K v (1-12)

Persamaan 1-12 dapat dinyatakan selama proses volume konstan semua energidipindahkan pada gas sehingga energi kinetik internal gas meningkat. Tidak ada energi

yang hilang pada waktu gas sedang bekerja. Ketika gas didinginkan (kalor dibuang)

pada waktu volume konstan, semua energi dibuang secara efektif pada pengurangan

energi kinetik internal gas. Telah ditulis pada persamaan 1-11 , Q menunjukkan panas

dipindahkan pada gas, K menunjukkan meningkatnya energi kinetik internal, dan W

menunjukkan kerja yang dilakukan oleh gas. Karena itu, jika panas diberikan oleh gas,

maka Q negatif. Sebaliknya, jika energi kinetik internal gas menurun, maka K


33/200

18

negatif, dan jika kerja dilakukan pada gas, maka W negatif. Sebab itu, dalam

persamaan 1-12 , ketika gas didinginkan Q dan K negatif.

2. Proses tekanan konstan

Jika temperatur gas meningkat oleh penambahan panas pada waktu gas mulai

mengembang dan tekanan dijaga tetap konstan, volume gas akan meningkat sesuai

dengan hukum Charles (Gambar 1.11). Karena volume gas meningkat selama proses,

maka kerja dilakukan oleh gas pada waktu yang sama sehingga energi internal

meningkat. Sebab itu, pada waktu satu bagian dipindahkan, energi meningkat dan

disimpan sebagai energi kinetik internal. Untuk proses tekanan konstan, ditunjukkan

oleh huruf p kecil, persamaan energi dapat ditulis seperti pada persamaan 1-13.

Q p = K p + W p (1-13)

3. Proses temperatur konstan

Menurut hukum Boyle, ketika gas ditekan atau mengembang pada temperatur

konstan, tekanan akan berbanding terbalik dengan volume. Tekanan meningkat pada

waktu gas ditekan dan tekanan akan menurun pada waktu gas mengembang. Karena gas

akan melakukan kerja pada waktu mengembang, jika temperatur tetap konstan, energi

akan melakukan kerja yang harus diserap dari sumber luar (Gambar 1.12b). karena

temperatur gas tetap konstan, semua energi diserap oleh gas, selama proses gas ke luar

sebagai kerja, tidak ada yang disimpan oleh gas yang akan meningkatkan energi

internal. Ketika gas ditekan, kerja dilakukan pada gas, dan jika gas tidak didinginkan

selama kompresi, energi internal gas akan meningkat oleh sejumlah yang sama dengan

kerja kompresi. Oleh karena itu, jika temperatur gas tetap konstan selama kompresi, gas

harus membuang panas ke luar (lingkungan), sejumlah panas yang sama dengan jumlah

kerja yang dilakukan pada gas selama kompresi (Gambar 1.12c). Tidak ada perubahan

pada energi kinetik internal selama proses temperatur konstan. Oleh karena itu, dalam

persamaan 1-13 , K sama dengan nol dan persamaan umum energi untuk proses

temperatur konstan dapat ditulis seperti pada persamaan 1-14.

Q t = W t (1-14)

4. Proses adiabatik

Proses adiabatik digambarkan sebagai satu perubahan gas pada kondisi di mana

tidak ada penyerapan atau pembuangan panas, seperti dari atau ke luar benda selama


34/200

19

proses. Selanjutnya, tekanan, volume dan temperatur gas semuanya selama proses

adiabatic tidak ada yang konstan. Ketika mengembang secara adiabatik, gas melakukan

kerja eksternal dan energi dibutuhkan untuk melakukan kerja. Pada proses sebelumnya

digambarkan, gas menyerap energi untuk melakukan kerja dari sumber luar. Karena

selama proses adiabatik tidak ada panas yang diserap dari sumber luar, maka gas harus

melakukan kerja eksternal pada energinya sendiri. Ekspansi adiabatik selalu disertai

oleh penurunan temperatur gas pada waktu gas memberikan energi internalnya untuk

melakukan kerja (Gambar 1.14).

Gambar 1.14 Hubungan tekanan-volume pada proses adiabatik

Ketika gas ditekan secara adiabatik, kerja dilakukan pada gas oleh benda luar.Energi gas meningkat yang jumlahnya sama dengan yang diberikan oleh gas pada benda

luar selama kompresi, energi panas ekivalen dengan kerja yang dilakukan pada gas

sehingga meningkatkan energi internal dan temperatur gas meningkat. Karena tidak ada

panas, seperti yang dipindahkan ke atau dari gas selama proses adiabatik, Q a selalu nol

dan persamaan energi untuk proses adiabatik dapat ditulis seperti pada persamaan 1-15.

K a + W a = 0 (1-15)

Oleh karena itu ;

W a = - K a dan K a = - W a


35/200


36/200

21

memindahkan jumlah panas yang banyak dari gas melewati dinding silinder ke

sekelilingnya. Pemberian water jacket pada silinder biasnya akan meningkatkan jumlah

panas yang dibuang keluar dari kompresi mendekati isothermal.

6. Hubungan PVT selama proses adiabatik

Karena tekanan, volume dan temperatur semuanya berubah selama proses

adiabatik, semuanya tidak akan sesuai dengan hukum Charles dan hukum Boyle.

Hubungan antara tekanan, temperatur dan volume selama proses adiabatik dapat

dihitung oleh persamaan 1-16 sampai dengan 1-21.

T2 = T 1 x 1)-(k 2

1)-(k 1

V V

(1-16)

T2 = T 1 x (1

2

PP

)1)/k -(k

(1-17)

P2 = P 1 x (2

1

VV

)k

(1-18)

P2 = P 1 x (1

2

TT

)1)-k/(k

(1-19)

V2 = V 1 x (2

1

TT )

1)-1/(k

(1-20)

V2 = V 1 x (2

1

PP

)1/k

(1-21)

S. Titik didih

Hal yang paling penting pada sistem pendingin adalah pengertian tentang titik

didih cairan refrigeran dalam sistem. Dengan menurunkan titik didih, refrigeranmengambil panas sambil berubah wujud dan sebaliknya dengan menaikkan titik

pengembunannya, uap refrigeran menyerahkan panas yang dikandungnya sambil

berubah wujud pula. Pada dasarnya teknik pendingin bekerja hanya dengan menyetel

titik didih dari refrigeran. Titik didih dinyatakan sebagai temperatur di mana cairan

berubah jadi uap atau uap air jadi air kembali, tergantung pada arah mana enegri panas

itu mengalir.


37/200

22

T. Temperatur jenuh

Pada bagian yang lalu telah dibahas bahwa titik didih dan temperatur

pengembunan suatu cairan pada tekanan kerja tertentu adalah sama. Ini berarti bahwa

cairan itu telah mencapai suatu titik di mana ia akan mulai berubah wujudnya menjadi

uap, temperatur inilah yang disebut temperatur jenuh cairan ( saturated liquid ) atau

temperatur didih atau temperatur penguapan. Sebaliknya jika uap didinginkan sampai

dicapai suatu keadaan uap jadi semakin merapat, akhirnya jadi tetes air, temperatur

inilah yang disebut temperatur jenuh uap ( saturated vapor ).

U. Uap Jenuh

Uap lanjut dari penguapan cairan disebut uap jenuh sepanjang temperatur dan

tekanan uap sama seperti cairan jenuh yang terjadi. Uap jenuh dapat digambarkan juga

sebagai uap pada temperatur dimana pendinginan uap lanjut disebabkan oleh sebagian

uap mengembun dan dengan cara tersebut struktur molekul cairan kembali lagi. Hal

tersebut penting untuk dipahami bahwa temperatur jenuh benda cair (temperatur pada

waktu cairan akan menguap jika panas ditambahkan) dan temperatur jenuh uap

(temperatur pada saat uap akan mengembun jika panas dibuang) akan memberikan

tekanan yang sama dan cairan tidak akan cair lagi pada temperatur di atas temperatur

jenuh, sedangkan uap tidak akan tetap uap pada temperatur di bawah temperatur jenuh.

Gambar 1.16 Uap jenuh ( saturated vapor )


38/200

23

Contoh dalam Gambar 1.16, air dalam bejana yang dipanaskan akan jenuh dan

menguap pada 212 oF sebagai panas laten penguapan yang disuplai oleh pemanas. Uap

(steam) meningkat dari air jenuh dan tetap pada temperatur jenuh (212 oF) sampai

mencapai kondenser. Uap jenuh memberikan panas pada air yang dingin dalam

kondenser, air tersebut mengembun kembali menjadi cairan. Karena pengembunan

terjadi pada temperatur konstan, maka air dihasilkan dari pengembunan uap juga pada

212 oF. Panas laten penguapan menyerap penguapan air ke dalam uap air (steam) yang

diberikan oleh uap air sebagai uap air pengembunan yang kembali menjadi air.

V. Uap panas lanjut dan Cairan dingin lanjut

Uap pada temperatur di atas temperatur jenuh adalah uap panas lanjut. Jika

setelah penguapan, uap dipanaskan sehingga temperatur naik di atas penguapan cairan,

uap dikatakan panas lanjut (superheated). Uap panas lanjut diperlukan untuk

memisahkan uap dari penguapan caiaran ditunjukkan dalam Gambar 1.17. Sepanjang

uap tetap berhubungan dengan cairan, maka akan tetap jenuh. Hal tersebut disebabkan

adanya penambahan panas pada campuran uap-cairan yang hanya akan menguap lebih

lanjut adalah ciaran dan tidak ada superheating yang terjadi.

Gambar 1.17 Uap panas lanjut ( superheated vapor )

Sebelum uap panas lanjut dapat mengembun, uap harus di desuperheated , yaitu

uap harus didinginkan sampai temperatur jenuh. Panas dibuang dari uap panas lanjut

yang akan menyebabkan temperatur uap menurun sampai temperatur jenuh tercapai.

Pada titik ini, pembuangan panas terus-menerus akan menyebabkan bagian dari uap

akan mengembun (kondensasi). Jika setelah kondensasi, cairan didinginkan sehingga


39/200

24

temperatur turun di bawah temperatur jenuh, cairan disebut dingin lanjut (subcooled).

Kemudian cairan pada temperatur di bawah temperatur jenuh dan di atas titik peleburan

adalah cairan dingin lanjut (subcooled).

W. Pengaruh tekanan pada temperatur jenuh

Temperatur jenuh cairan atau uap berbeda tekanannya. Meningkatnya tekanan

akan menaikan temperatur jenuh dan penurunan tekanan akan menurunkan temperatur

di bawah temperatur jenuh. Contoh : temperatur jenuh air pada tekanan atmosfir (0 psig

atau 14,7 psia) adalah 212 oF. Jika tekanan di atas air meningkat dari 0 psig sampai 5,3

psig (20 psia), temperatur jenuh air meningkat dari 212 oF sampai 228 oF. dilain pihak,

jika tekanan di atas air berkurang dari 14,7 psia menjadi 10 psia, maka temperatur jenuh

air yang baru akan menjadi 193,2 oF. Gambar 1.18 menunjukkan grafik hubungan

antara tekanan dan temperatur uap jenuh air.

Gambar 1.18 Grafik hubungan tekanan dan temperatur uap jenuh air

Guna menggambarkan pengaruh tekanan pada temperatur jenuh cairan,diasumsikan bahwa air disimpan dalam bejana tertutup yang dilengkapi dengan katup

penutup pada bagian atas (Gambar 1.19a). Alat ukur compound digunakan untuk

menentukan tekanan yang terjadi dalam bejana dan dua termometer dipasang untuk

mencatat temperatur air dan temperatur uap di atas air. Dengan katup penutup

membuka, tekanan terjadi di atas air yaitu pada tekanan atmosfir (0 psig atau 14,7 psia).

Karena temperatur jenuh air pada tekanan atmosfir 212 oF, maka temperatur air akan

meningkat pada waktu air dipanaskan sampai mencapai 212 oF. Pada titik ini, jika

dipanaskan lebih lanjut, air akan mulai menguap. Segera ruang di atas air akan terisi


40/200


41/200


42/200

27

BAB II

KOMPONEN UTAMA REFRIGERASI DAN TATA UDARA

A. Kompresor

Kompresor adalah bagian terpenting dari sistem refrigerasi. Pada tubuh manusia

kompresor dapat diumpamakan sebagai jantung yang memompa darah keseluruh tubuh

kita. Sedangkan kompresor menekan refrigeran ke semua bagian dari sistem. Pada

sistem refrigerasi kompresor bekerja membuat perbedaan tekanan, sehingga refrigeran

dapat mengalir dari satu bagian ke lain bagian dari sistem. Karena adanya perbedaan

tekanan antara sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah, maka refrigeran cair dapat

mengalir melalui alat ekspansi ke evaporator. Tekanan gas di dalam evaporator harus

lebih tinggi dari teklanan gas di dalam saluran hisap ( suction ), agar gas dingin dari

evaporator dapat mengalir melalui saluran hisap ke kompresor. Gas dingin tersebut di

dalam kompresor hermetik berguna untuk mendinginkan kumparan motor listrik dan

minyak pelumas kompresor. Kompresor pada sistem refrigerasi gunanya untuk:

1) Menurunkan tekanan di dalam evaporator, sehingga refrigeran cair di dalam

evaporator dapat mendidih/menguap pada suhu yang lebih rendah dan menyerap

panas lebih banyak dari ruang di dekat evaporator.

2) Menghisap refrigeran gas dari evaporator dengan suhu rendah dan tekanan rendah

lalu memampatkan gas tersebut sehingga menjadi gas suhu tinggi dan tekanan

tinggi. Kemudian mengalirkannya ke kondensor, sehingga gas tersebut dapat

memberikan panasnya kepada media pendingin kondensor lalu mengembun.

Pada sistem refrigerasi kompresi uap, terdapat beberapa macam kompresor yang sering

dipakai untuk mengkompresikan uap refrigeran. Kompresor dapat dibedakan berdasarkan letak motornya dan cara kerjanya.

1. Jenis kompresor berdasarkan letak motornya

a. Kompresor open type

Kompresor ini disebut juga kompresor tipe terbuka (Gambar 2.1) karena antara

penggerak eksternal dengan bagian pengkompresinya tidak satu rumah (tidak bersatu),

sehingga diperlukan belt/flexible coupling sebagai penyambung penggerak ke

compressor shaft. Penggerak eksternal bisa menggunakan motor listrik, turbin ataupun


43/200


44/200

29

b. Kompresor semi hermetic

Kompresor semi hermetic adalah kompresor yang motor penggeraknya berada

satu rumah dengan housing kompresornya serta didinginkan oleh refrigeran,

ditunjukkan oleh Gambar 2.2. Arti semi hermetic di sini adalah seal pada housing

compressor didesain supaya bisa dibuka untuk perbaikan dan overhaul kompresor atau

motornya. Sama halnya dengan kompresor hermetic, panas motor didinginkan melalui

refrigeran dari suction line , refrigeran dari injeksi liquid line dan oli kompresor.

Kelebihan dan kekurangan kompresor tipe ini ditunjukkan pada Tabel 2.2.

Gambar 2.2 Kompresor Semi hermetic

Tabel 2.2 Kelebihan dan kekurangan kompresor semi hermetic

No. Kelebihan kekurangan1. Memudahkan penggantian motor

karena seal antara motor dankompresor yang bisa dibuka.

Ketika terjadi kerusakan mekanis,maka semua sistem harus dibersihkan.

2. Harga lebih ekonomis dibandingkankompresor open type

Ketika terjadi pecah katup akibatliquid suction biasanya disertai motorterbakar akibat serpihan logam masukke dalam motor.

Discharge

Connecting

Crank Shaft

Oil Filter

Oil Reservoir

Cylinder

Piston

Suction

Stator Winding

Rotor

Housing

Crank Case


45/200

30

c. Kompresor hermetic

Kompresor hermetic adalah kompresor yang motor penggeraknya dipatenkan

berada satu rumah dengan housing kompresornya, sehingga tidak diperlukan shaft

coupling , seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.3. Panas motor didinginkan melalui

refrigeran dari suction line dan oli kompresor. Kelebihan dan kekurangan kompresor

tipe ini ditunjukkan pada Tabel 2.3.

Gambar 2.3. Hermetic-Type Compressor

Tabel 2.3 Kelebihan dan kekurangan kompresor hermetic

No. Kelebihan kekurangan1. Harga murah. Ketika motor terbakar, maka jarang

diservice biasanya langsung diganti.2. Noise level rendah. Level oli sulit dilihat.

2.

Jenis kompresor berdasarkan cara kerjanyaa. Kompresor Reciprocating (Torak)

Sesuai dengan namanya, kompresor ini menggunakan torak atau piston yang

diletakkan di dalam silinder. Piston dapat bergerak bebas turun naik untuk

menimbulkan efek penurunan volume gas yang berada di bagian atas piston. Di bagian

atas silinder diletakkan katup yang dapat membuka dan menutup karena mendapat

tekanan dari gas. Kebanyakan unit kompresor reciprocating memiliki lebih dari satu

piston-silinder yang berada pada satu crankshaft. Refrigeran yang paling banyak

digunakan untuk kompresor reciprocating diantaranya refrigeran 12, refrigeran 22,


46/200

31

refrigeran 500, refrigeran 502 dan refrigeran 717 (Ammonia). Motor pada kompresor

reciprocating didinginkan melalui gas refrigeran dari suction lain. Pada Gambar 2.4

ditunjukkan tipe kompresor reciprocating.

Gambar 2.4 Kompresor resiprocating

b. Kompresor rotary centrifugal

Pada Gambar 2.5 ditunjukkan tipe kompresor rotary centrifugal. Kompresi pada

kompresor sentrifugal menggunakan prinsip kompresi dinamik dengan melibatkan

perubahan energi untuk menaikkan tekanan dan temperatur refrigeran.

Gambar 2.5 Rotary-Centrifugal Compressor

Proses kompresi pada kompresor sentrifugal mengubah energi kinetik (kecepatan)

menjadi energi statik (tekanan). Pada kompresor sentrifugal penambahan tekanan gas

dilakukan dengan memutar impeller. Impeller mempunyai sudu-sudu (blade),

Discharge port

Discharge line

Inlet Guide VaneSuction Port

Volute Diffuser

RotorImpeller

Suction


47/200

32

ditunjukkan oleh Gambar 2.6. Akibat berputarnya impeller ini maka gas yang masuk

melalului sisi inlet akan menerima gaya sentrifugal, dengan bentuk sudu dan keluar dari

sekeliling impeller. Setelah gas tersebut keluar dari impeller maka gas yang sudah

mempunyai tekanan tersebut akan mengalir melalui diffuser dan volute.

Gambar 2.6 Impeller blade, passage, diffuser passage dan volute

Pada diffuser dan Volute ini kecepatan gas dikurangi dan akibatnya tekanan gas akan

bertambah besar. Gas yang sudah mempunyai tekanan tinggi dialirkan melalui keluar

(discharge line). Kalau tekanan yang keluar dari kompresor kurang besar seperti untuk

mendapatkan gas dengan tekanan yang tinggi maka dipakai multy-stage centrifugal

compressor, seperti Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Multistage Centrifugal Compressor

Pada kompresor multy-stage (bertingkat) centrifugal compressor ini gas dari

impeller pertama setelah melalui diffuser akan mengalir ke impeller berikutnya. Untuk


48/200

33

diperbesar tekanannya. Jadi pada setiap impeller gas akan memperoleh tambahan

tekanan. Makin banyak impeller maka makin besar tekanan didapatkan. Setiap tingkat

(stage ) mempunyai sebuah impeller dan diffuser. Kompresor sentrifugal dilengkapi

satu atau lebih impeller untuk mengkompresi refrigeran. Suatu multistage kompresor

akan menggunakan lebih dari satu impeller untuk menaikkan tekanan refrigeran.

Refrigeran yang telah dikompresi keluar dari outlet stage pertama impeller kompresor

dan kemudian masuk ke dalam inlet stage kedua impeller kompresor. Setelah

berakselarasi, uap refrigeran akan meninggalkan impeller terakhir dan terkumpul di

volute untuk disalurkan ke kondenser.

c. Kompresor helical-rotary screw

Pada Gambar 2.8 ditunjukkan tipe kompresor helical-rotary screw. Kompresor

tipe ini menggunakan 2 buah screw, seperti rotor, yang berfungsi sebagai alat

pengkompresi. Male screw merupakan screw yang digerakkan oleh motor, sedangkan

female screw bergerak mengikuti male screw. Namun ada juga kompresor screw yang

hanya menggunakan single screw dilengkapi dengan dua buah stargate (rotor gate)

sebagai alat pengkompresinya.

Gambar 2.8 Kompresor twin screw dan single screw

Pada umumnya jenis kompresor twin screw adalah yang lebih banyak digunakan

dalam sistem refrigerasi. Prinsip utama pengkompresian pada kompresor twin screw

adalah menjebak refrigeran pada celah-celah screw dengan menyempitkan volume


49/200

34

ruangnya. Langkah-langkah kompresi pada kompresor twin screw dapat dijelaskan

sebagai berikut:

1) sejumlah refrigeran masuk melalui intake port dari sebelah kanan, gas yang masih

bertekanan suction akan dibatasi oleh housing kompresor, seperti terlihat pada

Gambar 2.9.

2) Selanjutnya akibat putaran dari rotor akan menjebak uap refrigeran ke sebelah

kanan menuju meshing point (titik penjebakan).

3) Rotor masih terus berputar yang akan menyebabkan meshing point yang berisi uap

refrigeran bergerak menuju katup discharge diakhir dari kompresor.

4) Pada akhirnya, celah ulir yang terisi refrigeran yang sudah terkompresi keluar

menuju discharge port. Pada kompresor twin screw tidak ada katup yang digunakan

untuk memasukkan dan mengeluarkan refrigeran tetapi menggunakan port.

Kompresor dengan model ini disebut ported.

Gambar 2.9 Mekanisme refrigeran di kompresor

d. Kompresor scroll

Kompresor scroll bekerja dengan menggunakan prinsip menjebak uap refrigeran

dan mengkompresikannya dengan penyempitan volume refrigeran secara perlahan-

lahan. Kompresor scroll menggunakan konfigurasi dua scroll yang dipasang saling

berhadapan. Kompresor scroll biasanya digunakan untuk sistem heat pump, AC Split,

Windows AC, Split Duct dan Water Chiller berskala kecil. Sroll paling atas disebut

stationary scroll , dimana terdapat discharge port. Sedangkan scroll paling atas disebut

driven scroll , yang dihubungkan dengan motor melalui poros dan bearing . Stationary


50/200

35

Scroll adalah scroll yang diam sedangkan Driver scroll adalah scrol yang berputar.

Selengkapnya Gambar 2.10 menampilkan tipe kompresor scroll.

Gambar 2.10 Kompresor Scroll

B. Kondensor

Kondensor gunanya untuk membuang kalor dan mengubah wujud refrigeran dari

gas menjadi cair. Kondensor seperti namanya adalah alat untuk membuat kondensasi

refrigeran gas dari kompresor dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Refrigeran di

dalam kondensor dapat mengeluarkan kalor yang diserap dari evaporator dan panas

yang ditambahkan oleh kompresor. Kondensor ditempatkan antara kompresor dan alat

ekspansi, jadi pada sisi tekanan tinggi dari sistem. Kondensor ditempatkan di luar

ruangan yang sedang didinginkan, agar dapat membuang panasnya ke luar kepada

media pendinginnya. Pemilihan jenis dan ukuran kondensor untuk suatu sistem,

terutama didasarkan pada yang paling ekonomis, seperti: harga dari kondensor, jumlah

energi yang diperlukan, harga dan keadaan media pendingin yang akan dipakai untuk

mendinginkan kondensor. Selain itu tempat atau ruangan yang diperlukan oleh

kondensor juga harus diperhitungkan. Kondensor dapat dibagi menjadi tiga jenis

Stationary

Driven scroll

Suction

Discharge

Suction


51/200


52/200

37

Air cooled condenser biasanya didesain oleh pabrikannya agar suhu

kondensingnya berkisar antara 30 sampai 40 0F di atas suhu ambien (udara sekitar).

Salah satu kelemahan dari air cooled condenser adalah bila suhu ambien meningkat

tinggi, misalnya mencapai 110 oF, pada kondisi tersebut maka suhu kondensingnya

menjadi katakanlah 150 F. Untuk sistem yang menggunakan R12 maka tekanan

kondensingnya dapat mencapai 249 psia atau 369 psia bila menggunakan R22.

Dibandingkan dengan pemakaian water cooled condenser, pada suhu ambien 110 0F

maka suhu airnya katakanlah mencapai 75 oF, sehingga suhu dan tekanan kondensing

untuk R12 adalah 100 0F dan 130 psia atau 210 psia untuk R22, sehingga komsumsi

daya yang diambil kompresornya juga lebih rendah. Berikut ini diberikan sebuah contoh

kasus untuk lebih memperjelas untung rugi menggunakan air cooled condenser. Water

cooled condenser dengan suhu air 75 0F, memperlukan kompresor yang berkapasitas 5

Hp untuk menghasilkan efek refrigerasi sebesar 5 ton. Bila menggunakan air colled

condenser maka untuk menghasilkan efek refrigerasi yang sama diperlukan kompresor

yang berkapasitas 7,5 Hp.

Ada dua metoda mengalirkan udara pada jenis ini, yaitu konveksi alamiah dan

konveksi paksa dengan bantuan kipas. Konveksi secara alamiah mempunyai laju aliran

udara yang melewati kondenser sangat rendah, karena hanya mengandalkan kecepatan

angin yang terjadi pada saat itu. Oleh karena itu kondensor jenis ini hanya cocok untuk

unit-unit yang kecil seperti kulkas, freezer untuk keperluan rumah tangga, dan lain-lain.

Kondensor berpendingin udara yang menggunakan bantuan kipas dalam

mensirkulasikan media pendinginannya dikenal sebagai kondensor berpendingin udara

konveksi paksa. Secara garis besar, jenis kondensor dibagi menjadi dua kelompok,

yaitu:

a. Remote condenser

Jenis remote air cooled condenser, pada Gambar 2.12, yang dipasang di dalamruangan harus mendapat cukup sirkulasi udara luar. Untuk pemasangan di luar ruangan

harus diperhatikan orientasi matahari dan arah angin agar kondenser terlindung dan

mendapat sirkulasi udara yang cukup. Kapasitasnya berkisar antara 1 kW sampai 500

kW atau lebih. Rancangan yang baik dilihat dari kecepatan aliran udara minimum yang

menghasilkan aliran turbulen dan koefisien perpindahan panas yang tinggi. Kenaikan

laju aliran udara dari suatu titik dapat menyebabkan drop tekanan berlebihan sehinggga

daya motor kipas kondenser harus dinaikan agar sirkulasi udara bertambah besar.


53/200

38

Kecepatan aliran udara yang melewati sebuah air cooled condenser didefinisikan

sebagai berikut :

Kecepatan udara normal biasanya berkisar antara 2,5 m/s sampai dengan 6 m/s. Cp

adalah panas jenis udara sekitar kondensor, T adalah selisih temperatur udara

melewati kondensor, dan adalah rapat massa udara sekitar kondensor.

Gambar 2.12 Jenis remote air cooled condenser

b. Condensing unit.

Kapasitas kondensor jenis condensing unit pada Gambar 2.13 biasanya cocokuntuk beban mulai < 1 kW s/d 500 kW, bahkan kadang dapat lebih dari 500 kW.

Keuntungan dari air cooled condenser adalah tersedianya udara yang cukup sebagai

media pendingin tanpa memerlukan biaya tambahan. Sedangkan kerugiannya adalah

sistem refrigerasi beroperasi pada tekanan kerja yang lebih tinggi jika dibandingkan

dengan kondenser berpendingin air, akibatnya kompressor akan memerlukan daya yang

lebih besar sebagai kompensasi dari kenaikan tekanan dan temperatur kerjanya.

Gambar 2.13 Condensing unit.


54/200

39

2. Water Cooled Condenser

Kondeser dengan pendinginan air ( water-cooled condenser ) digunakan pada

sistem yang berskala besar untuk keperluan komersial di lokasi yang mudah

memperoleh air bersih. Water Cooled Condenser biasanya menjadi pilihan yang

ekonomis bila terdapat suplai air bersih secara mudah dan murah. Faktor lain yang perlu

mendapat pertimbangan adalah adanya tumpukan kotoran dan kerak air di dalam pipa-

pipa air pendingin bila kualitas airnya tidak bagus. Pada condenser jenis ini seperti

tampak pada Gambar 2.14, suhu dan banyaknya air sebagai media pendingin kondenser

akan menentukan suhu dan tekanan kondensing dari sistem refrigerasinya dan secara

tidak langsung juga akan menentukan kapasitas kompresinya.

Gambar 2.14 Water Cooled Condenser

Pada lokasi di mana air perlu dihemat karena kesulitan memperoleh air bersih,

maka biasanya digunakan Cooling Tower . Efek mengggunakan cooling tower , maka air

hangat yang keluar dari kondenser dapat didinginkan lagi sampai mendekati tingkat

suhu wet bulb ambient temperatur. Hal ini memungkinkan untuk terus mensirkulasi air

dan mengurangi komsumsi penggunaan air. Water cooled condenser dibedakan menjadidua macam, yaitu :

a. Sistem air buang, digunakan untuk sistem sangat kecil namun bersifat boros.

b. Sistem air tersirkulasi ulang.

Pengalaman menunjukkan bahwa laju aliran air untuk sistem air tersirkulasi ulang

antara 0,045 l/s sampai 0,06 l/s per kW adalah paling ekonomis dan seimbang antara

daya yang dibutuhkan kompresor dengan yang dibutuhkan pompa. Makin rendah laju

aliran air, maka makin tinggi kenaikkan temperatur, sehingga dibutuhkan rangkaian

pipa yang lebih panjang. Faktor yang harus diperhatikan adalah kecepatan air dan


55/200


56/200


57/200

42

3. Evaporative Condenser

Pada Gambar 2.18 ditunjukkan jenis evaporative condenser, pada sistem ini

panas dipindahkan dengan menggunakan air dan udara yang dimodifikasi sedemikian

rupa sehingga dapat menghasilkan efek yang baik bagi kapasitas kondenser. Kondenser

jenis ini didinginkan langsung dengan air yang disemburkan dan hembusan udara yang

menambah efek pendinginan kondenser. Tingkat keefektifan evaporative condenser

tergantung pada suhu wet bulb dari udara yang masuk ke dalam unitnya, di mana suhu

wet bulb tersebut ditentukan oleh suhu water spray-nya. Condensing unit dengan jenis

ini biasanya digunakan untuk sistem yang berkapsitas di atas 100 ton refrigerasi. Selama

operasinya pompa akan mensirkulasi air pendingin dari water pan menuju ke coil

condenser melalui spray nozzle, dalam hal ini diperlukan suplai air tambahan untuk

mencegah kotoran/lumpur masuk dan menempel pada permukaan coil condensernya

dan disamping itu juga digunakan untuk mengurangi efek keasaman air pendinginnya.

Gambar 2.18 Evaporative condenser

Centrifugal fan akan menghisap panas yang dikandung udara dan air. Udara

ditarik dari bagian bawah (dasar) menuju ke atas melalui rankaian pipa refrigeran

(condenser), eliminator dan fan. Pipa refrigerannya tidak dilengkapi dengan fin (non

finned tube) agar tidak terjadi penimbunan kotoran dan debu pada pipanya yang dapat


58/200

43

mengganggu aliran udaranya. Condenser ini dapat diletakkan di luar ( out door ) ataupun

di dalam ( indoor ) ruangan. Bila diletakkan di dalam ruangan harus dilengkapi dengan

sistem ventilasi yang baik dengan menggunakan duct untuk membuang udara panas di

mana tingkat humiditas relatifnya telah meningkat secara tajam ke luar ruangan.

Tekanan air yang disirkulasikan oleh suatu pompa biasanya sebesar 15 psi sedang

kecepatan udara yang melewati coil sebesar 600 fpm. Sebagian kecil airnya akan

menguap karena proses transfer panas. Air yang tidak menguap akan memperoleh

pendinginan karena panasnya ditarik oleh fan yang memproduksi adiabatic cooling

terhadap air tersebut sehingga suhu air dapat diturunkan hingga mencapai titik tertentu.

Gas panas refrigeran mengalir masuk ke condenser, selanjutnya gas panas tersebut akan

berubah wujud menjadi liquid refrigeran dan akan ditampung di receiver.

Gas refrigeran yang keluar dari sisi tekan kompresor disalurkan ke kondenser.

Gas tersebut mempunyai suhu dan tekanan tinggi dalam kondisi superheat. Selanjutnya

saat berada di kondenser gas panas lanjut tersebut mengalami penurunan suhu akibat

adanya perbedaan suhu antara gas dan medium lain yang ada disekitarnya, yang dapat

berupa udara atau air. Penurunan suhu gas refrigeran tersebut diatur sampai mencapai

titik embunnya. Akibatnya refrigerannya akan merubah bentuk dari gas menjadi liquid

yang masih bertekanan tinggi. Dari pengalaman, agar diperoleh performa yang optimal

dari mesin refrigerasi kompresi gas maka suhu kondensasinya diatur agar mempunyai

harga 6 sampai 17 derajat celsius di atas suhu ambien tergantung dari suhu

evaporasinya, seperti tampak pada Tabel 2.4.

Tabel 2.4 Patokan penentuan suhu kondensasi

Suhu Evaporasi(0C)

Suhu Kondensasi(Air Cooled Condenser)

Suhu Kondensasi(Water Cooled Condenser)

- 18 sampai -23 Suhu ambien + 9 0C Suhu air + 6 0C

- 10 sampai -17 Suhu ambien + 11 C Suhu air + 8 C- 4 sampai - 9 Suhu ambien + 14 C Suhu air + 11 C

di atas - 3 Suhu ambien + 17 C Suhu air + 14 C

Berdasarkan patokan di atas, maka suhu dan tekanan kondensasi dapat ditentukan

dengan cepat dan akurat.


59/200

44

C. 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 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.

1. Jenis evaporator berdasrkan konstruksinya

a. Bare tube evaporator

Evaporator jenis bare-tube pada Gambar 2.19, 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.

Gambar 2.19 Bare tube evaporator(Sumber: toolboxes.flexiblelearning.net.au)

b. Finned tube evaporator

Evaporator jenis finned tube pada Gambar 2.20 adalah evaporator bare-tube

tetapi dilengkapi dengan sirip-sirip yang terbuat dari plat tipis alumunium yang


60/200

45

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 2.20 Finned tube evaporator(Sumber: www.watcharaaircon.com )

c. Plate surface evaporator

Evaporator permukaan plat atau plate-surface pada Gambar 2.21, 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 2.21 Plate surface evaporator (Sumber: tommyji.en.made-in-china.com)

2. Jenis evaporator berdasarkan metoda pemasokan refrigerannya

a. Dry expansion evaporator

Pada jenis expansi kering ditunjukkan oleh Gambar 2.22, cairan refrigerant yang

diexpansikan melalui katup expansi, pada waktu masuk ke dalam evaporatot sudah
http://www.watcharaaircon.com/http://www.watcharaaircon.com/http://www.watcharaaircon.com/http://www.watcharaaircon.com/


61/200

46

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 2.22 Dry expansion evaporator(Sumber: www.tradekorea.com )

b. Flooded evaporator

Pada evaporator tipe banjir ditunjukkan oleh Gambar 2.23, 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 2.23 Flooded evaporator(Sumber: www.freepatentsonline.com )
http://www.tradekorea.com/http://www.tradekorea.com/http://www.tradekorea.com/http://www.freepatentsonline.com/http://www.freepatentsonline.com/http://www.freepatentsonline.com/http://www.freepatentsonline.com/http://www.tradekorea.com/


62/200

47

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 2.24 Natural convection evaporator(Sumber: www.scielo.br )

b. Forced convection evaporator

Pada Forced convection evaporator ditunjukkan oleh Gambar 2.25, 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 2.25 Forced convection evaporator (Sumber: ahmedabad.khojle.in)
http://www.scielo.br/http://www.scielo.br/http://www.scielo.br/http://www.scielo.br/


63/200

48

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)

Tube in tube cooler seperti Nampak pada Gambar 2.26 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.

Gambar 2.26 Tube in tube evaporator

(Sumber: www.packless.com )
http://www.packless.com/http://www.packless.com/http://www.packless.com/http://www.packless.com/


64/200

49

2) Baudelot cooler (falling film surface)

Pada baudelot cooler yang ditunjukkan oleh Gambar 2.27, 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 2.27 Baudelot cooler(Sumber: www.colmaccoil.com )

3) Shell and coil evaporator

Shell and coil evaporator pada Gambar 2.28, 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 2.28 Shell coil evaporator

4) Shell and tube evaporator

Shell and tube evaporator yang nampak pada Gambar 2.29, terdiri dari sebuah

tabung besar yang di dalamnya dipasang pipa-pipa. Pada pipa-pipa tersebut dialirkan air
http://www.colmaccoil.com/http://www.colmaccoil.com/http://www.colmaccoil.com/http://www.colmaccoil.com/


65/200

50

yang akan didinginkan, selanjutnya air tersebut digunakan untuk mendinginkan ruangan

atau benda. Penggunaan shell and tube evaporator biasanya pada chiller .

Gambar 2.29 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 waterchiller dan pabrik es komersial.

D. Alat ekspansi

Alat ekspansi ( metering device ) pada sistem refrigerasi merupakan suatu tahanan

yang tempatnya diantara sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah. Refrigeran cair

yang mengalir melalui alat ekspansi, tekanannya diturunkan dan jumlahnya diatur

sesuai dengan keperluan evaporator. Alat ekspansi harus memberikan kapasitas yang

maksimum kepada evaporator, tetapi tidak membuat beban lebih kepada evaporator.


66/200

51

Alat ekspansi bekerjanya atas dasar: 1) perubahan tekanan, 2) perubahan suhu, 3)

perubahan jumlah atau volume refrigeran, 4) gabungan dari perubahan tekanan, suhu

dan volume refrigeran. Kompresor harus mempunyai kapasitas yang cukup besar untuk

menghisap refrigeran dari evaporator. Refrigeran yang dihisap harus lebih besar

jumlahnya daripada yang dialirkan keluar dari alat ekspansi. Kompresor yang dapat

melaksanakan hal ini, dapat mempertahankan tekanan yang rendah atau vakum di

evaporator. Hal ini perlu untuk membuat refrigeran di evaporator menguap pada suhu

yang rendah. Untuk mengatur jumlah aliran refrigeran dan membuat perbedaan tekanan

pada sistem, dahulu sistem refrigerasi memakai alat eksapansi yang harus selalu diawasi

dan dapat diputar dengan tangan. Sekarang setelah mendapat banyak kemajuan dalam

bidang: perencanaan, pelaksanaan dan perawatan, telah dapat dibuat alat eksapansi pada

sistem refrigerasi yang bekerjanya: efisien, ekonomis dan otomatis.

Berdasarkan cara kerjanya alat ekspansi terbagi menjadi enam jenis yaitu:

1. Keran ekspansi yang diputar dengan tangan (manual)

Sistem refrigerasi yang memakai keran ekspansi yang diputar dengan tangan

ditunjukkan oleh Gambar 2.30, harus selalu diawasi oleh seorang penjaga agar dapat

memberikan jumlah refrigeran yang tertentu, sesuai dengan keperluan dan keadaan

sistem.

Gambar 2.30 keran ekspansi yang diputar dengan tangan(Sumber: Handoko, 1981:105)

Jumlah refrigeran yang mengalir ke evaporator, dapat ditambah atau dikurangi

dengan membuka atau menutup keran ekspansi tersebut. Jumlah refrigeran cair yang

mengalir melalui keran ekspansi tergantung dari perbedaan tekanan antara lubang

orifice dan besarnya lubang pembukaan keran. Besarnya lubang pembukaan keran dapat

diatur dengan tangan oleh penjaga. Misalkan beda tekanan diantara orifice tetap sama,


67/200


68/200

53

Sebaliknya jika pelampung diatur pada kedudukan terlalu tinggi, refigeran cair di dalam

tabung akan menjadi penuh dan dapat mengalir melalui saluran hisap ke kompresor.

Bagian luar dari saluran hisap akan menjadi es dan refrigeran cair akan masuk ke

kompresor. Dapat menyebabkan kerusakan pada kompresor.

3. Keran pelampung sisi tekanan tinggi

Alat ini disebut juga dengan istilah high pressure side float valve atau high side

float (HSF), seperti Nampak pada Gambar 2.32. Pelampung dan jarum ditempatkan

pada bagian sisi tekanan tinggi dari sistem, yaitu pada saluran liquid. Perbedaan dengan

keran pelampung sisi tekanan rendah, yaitu: tabung, pelampung dan keran ditempatkan

di luar evaporator, maka dapat diperoleh lebih banyak ruangan kosong di evaporator.

Alat ini berguna untuk mengatur atau mempertahankan tinggi permukaan refrigeran cair

pada sisi tekanan tinggi dari sistem. Mulai dipakai pada tahun 1925 oleh Servel. Pada

tahun 1930 telah menjadi sangat populer dan dianggap sebagai alat ekaspansi yang

terbaik pada waktu itu. Refrigeran cair dari kondensor mengalir masuk ke dalam tabung

( float chamber ). Permukaan cairan di dalam tabung akan naik, mengangkat pelampung

( float ball ) dan membuka jarum ( valve pin ), sehingga refrigeran cair mengalir ke luar

dari tabung lalu masuk ke evaporator.

Gambar 2.32 Keran pelampung sisi tekanan tinggi(Sumber: Handoko, 1981:108)

Sistem dengan keran pelampung sisi tekanan tinggi tidak boleh memakai

penampung cairan ( liquid receiver ), kecuali jika penampung cairan sendiri dipakai

sebagai tabung tempat pelampung. Penampung cairan dapat dipakai sebagai tabung

( float chamber ), atau memakai lain tabung sendiri. Keran pelampung sisi tekanan tinggi

ini hanya dipakai pada sistem yang mempunyai jumlah isi refrigeran yang kritis atau


69/200


70/200

55

tekanan di evaporator 10 psig. Jika hanya sedikit refrigeran yang menguap di evaporator

, tekanan di dalam evaporator akan turun, karena terus dihisap oleh kompresor. Keadaan

ini akan terus berlangsung sampai tekanan evaporator P 2 menjadi kurang dari 10 psig.

Tekanan dari pegas P 3 akan melebihi tekanan evaporator. Jarum akan bergerak kearah

membukanya lubang saluran refrigeran, sehingga refrigeran cair lebih banyak mengalir

ke evaporator lalu menguap. Tekanan evaporator akan bertambah sampai mencapai 10

psig dan membuat membram dalam keadaan seimbang lagi dengan tekanan dari pegas.

Apabila tekanan evaporator naik sampai lebih dari 10 psig, membram akan mendapat

tekanan ke atas, sehingga jarum bergerak ke atas menutup lubang saluran refrigeran ke

evaporator. Refrigeran yang menguap berkurang dan membuat tekanan di evaporator

menurun, sehingga terjadi kesimbangan lagi pada membram.

5. Keran ekspansi thermotatis

Alat ini juga disebut Thermostatic expansion valve , disingkat TEV atau TXV,

seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.34.

Gambar 2.34 Keran ekspansi thermostatis, Sporlan tipe G(Sumber: Handoko, 1981:111)

Keran ekspansi thermostatis adalah suatu alat yang secara otomatis mengukur jumlah

aliran refrigeran cair yang masuk ke evaporator, sambil mempertahankan gas panas

lanjut pada akhir evaporator seperti yang telah direncanakan. Karena tekanan di

evaporator rendah, maka sebagian refrigeran cair waktu melalui keran ekspansi masuk

ke dalam evaporator wujudnya berubah dari cair menjadi gas dingin. Keran ekspansi

thermostatis sampai saat ini merupakan alat ekspansi yang terbanyak dipakai untuk

refrigerasi dan air conditioning. Kapasitas keran ekspansi harus tepat. Keran ekspansi

dengan kapasitas yang terlalu besar, dapat menyebabkan control yang tidak menentu.


71/200

56

Kapasitas yang terlalu kecil, dapat menjadikan kapasitas dari sistem berkurang.

Perbedaannya dengan keran ekspansi otomatis dari luar keran ekspansi thermostatis

mempunyai sebuah thermal bulb yang dihubungkan dengan pipa kapiler kepada keran

tersebut.

6. Pipa kapiler

Alat ini disebut juga Impedance tube, Restrictor tube atau Choke tube . Pipa

kapiler dibuatdari pipa tembaga dengan lubang dalam yang sangat kecil. Panjang dan

lubang pipa kapiler dapat mengontrol jumlah refrigeran yang mengalir ke evaporator.

Pipa kapiler gunanya untuk :

a. Menurunkan tekanan refrigeran cair yang mengalir di dalamnya.

b. Mengatur jumlah refrigeran cair yang mengalir melaluinya.c. Membangkitkan tekanan refrigeran di kondensor.

Pipa kapiler banyak sekali macamnya dan ukurannya. Yang diukur diameter dalam

( Inside Diameter = ID ), lain dengan pipa tembaga yang diukur diameter luar ( outside

diameter ). Mula-mula dipakai pada tahun 1920 untuk lemari es dengan refrigeran

Methyl Chloride. Sekarang telah dipakai untuk semua sistem refrigerasi yang kecil

kapasitasnya, terutama lemari es untuk rumah tangga. Pipa kapiler dapat dipakai untuk

refrigeran R-12, R-22, R-500, R-502 dan lain-lain. Pipa kapiler tidak boleh dibengkokterlalu tajam, karena dapat menyebabkan lubang pipa kapiler tersebut menjadi buntu.

Pipa kapiler menghubungkan saringan dan evaporator, merupakan batas antara sisi

tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah dari sistem. Pada bagian tengahnya sepanjang

mungkin dilekaktkan dengan saluran hisap dan disolder. Bagian yang disolder ini

disebut penukar kalor ( Heat exchanger ).

Sistem yang memakai pipa kapiler berbeda dengan yang memakai keran

ekspansi atau keran pelampung. Pipa kapiler tidak dapat menahan atau menghentikanaliran refrigeran pada waktu kompresor sedang bekerja maupun waktu kompresor

sedang berhenti. Waktu kompresor dihentikan, refrigeran dari sisi tekanan tinggi akan

terus mengalir ke sisi tekanan rendah, sampai tekanan pada kedua bagian tersebut

menjadi sama disebut waktu penyama tekanan ( Equalization time ). Lemari es

memerlukan waktu lima menit untuk menyamakan tekanan tersebut. Keuntungan

penggunaan pipa kapiler adalah harganya murah dibandingkan dengan alat ekspansi

yang lain. Kerugiannya pipa kapiler tidak sensitif terhadap perubahan beban, seperti

pada alat ekspansi yang lain.


72/200


73/200


74/200

59

B. Jenis-jenis Refrigeran

1. Refrigerant R-11, CC1 3F, Trichloro Monofluora Methane

Kompresor: Sentrifugal yang besar sampai 100 ton lebih. Pemakaian: (0 0C s/d

20 0C) termasuk pada air conditioning yang besar dari 200 - 2000 TR, untuk kantor,

hotel, pabrik da lain-lain. Juga sebagai pembersih dan aerosol. Titik didih 23,8 0C pada

1 atmosfir, titik didih ini tinggi, maka tidak dapat dipakai untuk mendinginkan ruangan

di bawah 23,8 0C. Tekanan penguapan 24 in Hg vakum pada 5 0F dan tekanan

kondensasi hanya 3,5 psig pada 86 0F. Tekanan kondensasi ini rendah sekali. maka

R-11 hanya dapat dipakai untuk kompresor sentrifugal. kalor laten uap 78,3 Btu/lb pada

titik didih. R-11 juga disebut golongan fluorocarbon yang lain, sangat stabil, tidak

beracun, tidak korosif, tidak dapat terbakar atau meledak. R-11 dapat melarutkan karet

alam, tetapi tidak bereaksi dengan karet sintetis yang dipakai sebagai gasket. R-11 juga

dipakai sebagai bahan peniup (blowing agent) dalam pembuatan polystyrene,

polyurethane yang keras maupun lunak. R-11 adalah bahan isolator yang baik dan sifat

isalator ini masih ada busa dari polyurethane tersebut. R-11 mempunyai kekuatan

dielektronika yang besar. R-11 juga sering dipakai sebagai bahan pembersih (cleaning

solvents) atau flushing agent. Utuk membersihkan bagian dalam dari sistem yang

banyak airnya dan lain-lain. R-11 untuk aerosol sering dicampur dengan R-12, untuk

menaikan tekanan R-11 tersebut. Kebocoran dapat

Modul Teknik Pendingin

Documents

Transcript of Modul Teknik Pendingin