REFRIGERANT

Refrigeran adalah fluida kerja yang bersirkulasi dalam siklus refrigerasi. Refrigeran merupakan komponen yang terpenting siklus refrigerasi karena refrigeran yang menimbulkan efek pendinginan dan pemanasan pada mesin refrigerasi. ASHRAE (2005) mendefinisikan refrigeran sebagai fluida kerja di dalam mesin refrigerasi, pengkondisian udara, dan sistem pompa kalor. Refrigeran menyerap panas dari satu lokasi dan membuangnya ke lokasi yang lain, biasanya melalui mekanisme evaporasi dan kondensasi.Refrigeran yang pertama kali digunakan yaitu pada tahun 1834 adalah eter olehJacob Perkinspada mesin kompresi uap. Selanjutnya pada tahun 1874 digunakan sulfur dioksida (SO2), dan pada tahun 1875 mulai digunakan ethyl chloride (C2H5Cl) dan ammonia. Selanjutnya metil khlorida (CH3Cl) mulai digunakan tahun 1878 dan karbon dioksida (CO2) pada tahun 1881. Nitrogen oksida (N2O3) dan hidrokarbon (CH4, C2H6, C2H4, dan C3H8) banyak digunakan sekitar tahun 1910 sampai 1930. Dichloromethane (CH2Cl), dichloroethylene (C2H2Cl2) dan monobromomethane (CH3Br) juga digunakan sebagai refrigeran pada mesin sentrifugal.Pada tahun 1926,Thomas Midgelymengembangkan CFC pertama (Chlorofluorocarbon), R-12. CFC adalah nonflammable, tidak beracun (bila dibandingkan dengan Sulfur Dioksida) dan efisien. Produksi komersial dimulai pada 1931 dan dengan cepat dapat di temui di rumah-rumah berpendingin.Willis Carrier mengembangkan chiller sentrifugal pertama untuk penggunaan komersial dan era refrigerasi dan pengkondisian udara dimulai. Penggunaan refrigeran-refrigeran yang disebutkan diatas tersingkir setelah ditemukannya Freon (merek dagang) olehE.I. du Point de Nemours and Copada sekitar tahun 1930an, dan menjadi sangat populer sampai dengan tahun 1985. Refrigeran ini disebut sebagai refrigeran halokarbon (halogenated hydrocarbon) karena adanya unsur-unsur halogen yang digunakan (Cl, Br) atau kadangkala disebut sebagai refrigeran fluorokarbon (fluorinated hydrocarbon) karena danya unsur fluor (F) dalam senyawanya.

Gambar 1. Refrigeran (sumber : Prakarsa, 2010) Dalam pemilihan refrigeran, sifat refrigeran yang penting antara lain sifat termodinamika, kimia, dan fisik. Sifat termodinamika yang penting antara lain titik didih, tekanan penguapan dan pengembunan, tekanan dan suhu kritis, titik beku, volume uap, COP, tenaga per ton refrigerasi. Sifat kimia berhubungan dengan reaksi refrigeran terhadap keadaan sekitar, antara lain tidak mudah terbakar, tidak beracun, tidak bereaksi dengan air, minyak dan bahan konstruksi. Sedangkan sifat fisik refrigeran berhubungan dengan bahan itu sendiri,antara lain konduktivitas dan kekentalan. Adapun parameter yang harus diperhatikan adalah sebagai berikut :1) Tekanan penguapan harus cukup tinggi2) Sebaiknya refrigeran memiliki suhu pada tekanan yang lebih tinggi, sehingga dapat dihindari kemungkinan terjadinya vakum pada evaporator dan turunnya efisiensi volumetrik karena naiknya perbandingan kompresi3) Tekanan pengembunan yang tidak terlampau tinggi, apabila tekanan pengembunannya terlalu rendah, maka perbandingan kompresinya menjadi lebih rendah, sehingga penurunan prestasi kondensor dapat dihindarkan, selain itu dengan tekanan kerja yang lebih rendah, mesin dapat bekerja lebih aman karena kemungkinan terjadinya kebocoran, kerusakan, ledakan dan sebagainya menjadi lebih kecil.4) Kalor laten penguapan harus tinggi, refrigeran yang mempunyai kalor laten penguapan yang tinggi lebih menguntungkan karena untuk kapasitas refrigerasi yang sama, jumlah refrigeran yang bersirkulasi menjadi lebih kecil5) Volume spesifik ( terutama dalam fasa gas ) yang cukup kecil, Refrigeran dengan kalor laten penguapan yang besar dan volume spesifik gas yang kecil (berat jenis yang besar) akan memungkinkan penggunaan kompresor dengan volume langkah torak yang lebih kecil. Dengan demikian untuk kapasitas refrigerasi yang sama ukuran unit refrigerasi yang bersangkutan menjadi lebih kecil6) Koefisien prestasi harus tinggi, dari segi karakteristik termodinamika dari refrigeran, koefisien prestasi merupakan parameter yang terpenting untuk menentukan biaya operasi7) Konduktivitas termal yang tinggi, konduktivitas termal sangat penting untuk menentukan karakteristik perpindahan kalor8) Viskositas yang rendah dalam fasa cair maupun fasa gas, dengan turunnya tahanan aliran refrigeran dalam pipa, kerugian tekanannya akan berkurang9) Konstanta dielektrika dari refrigeran yang kecil, tahanan listrik yang besar, serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik10) Refrigeran hendaknya stabil dan tidak bereaksi dengan material yang dipakai, jadi juga tidak menyebabkan korosi11) Refrigeran tidak boleh beracun12) Refrigeran tidak boleh mudah terbakar dan mudah meledak13) Sebaiknya refrigeran menguap pada tekanan sedikit lebih tinggi dari pada tekanan atmosfir. Dengan demikian dapat dicegah terjadinya kebocoran udara luar masuk sistem refrigeran karena kemungkinan adanya vakum pada seksi masuk kompresor (pada tekanan rendah).Titik didih refrigeran merupakan salah satu faktor yang sangat penting: Refrigeran yang memiliki titik didih rendah biasanya dipakai untuk keperluan operasi pendinginan temperatur rendah (refrigerasi). Refrigeran yang memiliki titik didih tinggi digunakan untuk keperluan pendinginan temperatur tinggi (pendinginan udara). Titik didih refrigeran merupakan indikator yang menyatakan apakah refrigeran dapat menguap pada temperatur rendah yang diinginkan, tetapi pada tekanan yang tidak terlalu rendah. Dari segi termodinamika R12, R22, R500, R502, ammonia dapat dipakai untuk daerah suhu yang luas, dari keperluan pendinginan udara sampai ke refrigerasi. Sifat termofisik dari beberapa refrigeran disajikan pada tabel 5.1.Tabel 1. Sifat Termofisik Beberapa RefrigeranParameterR-12R-22R-114R-500R-502R-717R-718

Simbol KimiaCCl2F2CHClF2CClF2--NH3H2O

Berat Molekul120.986.5170.999.291121718

Td (C, 1 atm)-29.8-40.83.6-33.3-45.6-33.3100

Tb (C, 1 atm)-157.8-160.0-77.8

Cp/Cv (g)1.131.181.311.40

T kritis (C)112.296.1132.8

P kritis (kPa)4115.74936.11423.4

Panas laten penguapan (kJ/kg)161.7217.71314.2

(sumber : web.ipb.ac.id, 2008)Pengelompokan jenis refrigeran dapat dikelompokkan dari jenis senyawanya dan dari penggunaannya. Menurut jenis senyawanya, refrigeran dapat dikelompokkan menjadi : 1. Kelompok Refrigeran Senyawa HalokarbonKelompok refrigeran senyawa halokarbon diturunkan dari hidrokarbon (HC) yaitu metana (CH4), etana (C2H6), atau dari propana (C3H8) dengan mengganti atom-atom hidrogen dengan unsur-unsur halogen seperti khlor (Cl), fluor (F), atau brom (Br). Jika seluruh atom hidrogen tergantikan oleh atom Cl dan F maka refrigeran yang dihasilkan akan terdiri dari atom khlor, fluor dan karbon. Refrigeran ini disebut refrigeran chlorofluorocarbon (CFC). Jika hanya sebagian saja atom hidrogen yang digantikan oleh Cl dan atau F maka refrigeran yang terbentuk disebut hydrochlorofluorocarbon (HCFC). Refrigeran halokarbon yang tidak mengandung atom khlor disebut hydrofluorocarbon (HFC). CCl3F (trichlorofluoromethane) dituliskan sebagai R-11 atau CFC-11. CCl2F2 (Dichlorodifluoromethane) dituliskan sebagai R-12 atau CFC-12. CHClF2 (Chlorodifluoromethane) dituliskan sebagai R-22 atau HCFC-22. C2Cl3F3 dituliskan sebagai R-113 atau CFC-113. Metana (CH4) dituliskan sebagai R-50, etana (C2H6) adalah R-170, propane (C3H8) R-290 dan seterusnya.Refrigeran yang mempunyai banyak atom Cl cenderung beracun. Atom F ditambahkan agar senyawa menjadi stabil. Refrigeran yang mempunyai banyak atom Cl cenderung beracun. Atom F ditambahkan agar senyawa menjadi stabil.

Gambar 2. Contoh Refrigeran Halokarbon yang Biasa Digunakan(sumber : Ayfazema, 2012) 2.Kelompok Refrigeran Senyawa Organik CyclicKelompok refrigeran ini diturunkan dari butana. Aturan penulisan nomor refrigeran adalah sama dengan cara penulisan refrigeran halokarbon tetapi ditambahkan huruf C sebelum nomor. Contoh dari kelompok refrigeran ini adalah:R-C316 C4Cl2F6 1,2-dichlorohexafluorocyclobutaneR-C317 C4ClF7 chloroheptafluorocyclobutaneR-318 C4F8 octafluorocyclobutane 3.Kelompok Refrigeran Campuran ZeotropikKelompok refrigeran ini merupakan refrigeran campuran yang bisa terdiri dari campuran refrigeran CFC, HCFC, HFC, dan HC. Refrigeran yang terbentuk merupakan campuran tak bereaksi yang masih dapat dipisahkan dengan cara destilasi. Refrigeran ini diberi nomor dimulai dengan 4 sedangkan digit selanjutnya dibuat sesuai perjanjian. Contohnya :R-401A campuran R-22(53%) + R-152a(13%) + R-124(34%)R-402B campuran R-125(38%) + R-290(2%) + R-22(60%)R-403B campuran R-22(56%) + R-218(39%) + R-290(5%)Refrigeran campuran zeotropik akan menguap dan mengembun pada temperatur yang berbeda hal ini akan menyebabkan terjadinya temperature glide baik di evaporator maupun di kondensor, yaitu refrigeran mengalami perubahan fasa pada tekanan konstan tetapi temperaturnya terus berubah 4.Kelompok Refrigeran Campuran AzeotropikKelompok refrigeran Azeotropik adalah refrigeran campuran tak bereaksi yang tidak dapat dipisahkan dengan cara destilasi. Refrigeran ini pada konsentrasi, tekanan dan temperatur tertentu bersifat azeotropik, yaitu mengembun dan menguap pada temperatur yang sama, sehingga mirip dengan refrigeran tunggal. Namun demikian pada kondisi (konsentrasi, temperatur atau tekanan) yang lain refrigeran ini bisa saja menjadi bersifat zeotropik.Kelompok refrigeran ini diberi nomor dimulai dengan angka lima, sedangkan digit berikutnya dibuat sesuai perjanjian, sebagai contoh:R-500: R-12 (73.8%) + R-152a (26.2%), Temperatur azeotropik: 0oCR-502: R-22 (48.8%) + R-115 (51.2%), Temperatur azeotropik: 19oC 5.Kelompok refrigeran organik lainnyaKelompok refrigeran ini sebenarnya terdiri dari unsur C, H dan lainnya. Namun demikian cara penulisan nomornya tidak dapat mengikuti cara penomoran refrigeran halokarbon karena jumlah atom H nya jika ditambah dengan 1 lebih dari 10 sehingga angka kedua pada nomor refrigeran menjadi dua digit. Sebagai contoh butana (C4H10), jika dipaksakan dituliskan sesuai dengan cara penomoran refrigeran halokarbon, maka refrigeran ini akan bernomor R-3110, sehingga akan menimbulkan kerancuan.Nomor kelompok refrigeran ini dimulai dengan angka 6 dan digit lainnya dipilih sebarang berdasarkan kesepakatan. Contoh refrigeran dari kelompok ini adalah:R-600 : Butana, CH3CH2CH2CH3R-600a : Isobutana, CH(CH3)3R-610 : ethyl ether, C2H5OC2H5R-611 : methyl format, HCOOCH3R-630 : methyl amine, CH3NH2R-631 : ethyl amine, C2H5NH2 6.Kelompok refrigeran senyawa unorganikKelompok refrigeran ini diberi nomor yang dimulai dengan angka 7 dan digit selanjutnya menyatakan berat molekul dari senyawanya. Contoh dari refrigeran ini adalah:R-702 : hidrogenR-704 : heliumR-717 : amoniaR-718 : airR-720 : Neon (Ne)R-729 : UdaraR-732 : O2R-740 : ArgonR-744 : CO2R-744A : N20R-764 : SO2 7.Kelompok refrigeran senyawa organik tak jenuhKelompok refrigeran ini mempunyai nomor empat digit, dengan menambahkan angka kempat yang menunjukkan jumlah ikatan rangkap didepan ketiga angka yang sudah dibahas dalam sistem penomoran refrigeran halokarbon. Contoh dari jenis refrigeran ini adalah:R-1130 1,2-dichloroethylene (CHCl=CHCl)R-1150 Ethylene (CH2=CH2)R-1270 Propylene (C3H6)R- 50 Metane (CH4)R-170 Ethane (CH3CH3)Berdasarkan penggunaannya, refrigeran dibagi menjadi refrigeran primer dan sekunder. Refrigeran yang digunakan dalam sistem kompresi uap dikelompokkan menjadi refrigeran primer. Sedangkan jika fluida digunakan untuk memindahkan panas, maka fluida ini disebut sebagai refrigeran sekunder.1. Refrigeran PrimerRefrigeran primer adalah refrigeran yang digunakan pada sistem kompresi uap. Refrigeran yang digunakan pada sistem pendinginan kompresi uap harus mempunyai mempunyai sifat-sifat kimia, fisika, termodinamika tertentu yang sesuai dengan kondisi penggunaan. Jenis refrigeran yang digunakan adalah refrigeran dari golongan halokarbon, inorganik, hidrokarbon, dan azeotrop.2. Refrigeran SekunderRefrigeran sekunder merupakan fluida yang membawa panas dari benda yang didinginkan ke evaporator suatu sistem pendinginan. Suhu refrigeran sekunder akan berubah saat refrigeran mengambil panas namun tidak berubah fasa. Air dapat digunakan sebagai refrigeran sekunder, namun hanya untuk kondisi operasi di atas titik beku air. Refrigeran yang umum digunakan adalah campuran garam dan air (brine) atau anti beku yang mempunyai titik beku di bawah 00C. Beberapa anti beku yang umum digunakan adalah campuran air dengan etilen glikol, propiln glikol atau kalsium klorida. Etilen glikol dapat digunakan dalam industri makanan karena tidak beracun.

Daftar Pustaka

Anonim. 2015. Refrigerant. (Online). http://klinikac.com/index.php/tips/93- refrigerant. (Diakses pada 14 September 2015).Anonim. 2008. Teknik Pendinginan. (Online). http://web.ipb.ac.id/~tepfteta/elearning/media/Teknik%20Pendinginan/bab5.php. (Diakses pada 14 September 2015)Hundy, G.F. 2008. Refrigeration and Air Conditioning. United Kingdom : Elsevier Science and Technology