BAB II DASAR TEORI
2.1
Mesin Pendingin Ruangan Pengkondisian udara pada bangunan berukuran sedang dan besar. Kebanyakan urut pengkondisi udara digunakan untuk kenyamanan (comfort air conditioning), yaitu untuk menciptakan kondisi udara yang nyaman bagi orang yang berada di dalam suatu ruangan. Sistem pendingin di musim panas telah menjadi suatu kebutuhan pokok bagi bangunan besar di seluruh dunia, bahkan di seluruh dunia, bahkan di wilayah yang suhu musim panasnya tidak terlalu tinggi, bangunan besar perlu didinginkan untuk menyerap kalor yang dikeluarkan oleh orang, lampu-lampu, dan peralatan listrik lainnya. Di dalam wilayah beriklim panas, system pendingin menciptakan suasana kerja yang lebih efektif dibandingkan dengan yang tidak menggunakannya. Dengan berkembangnya informasi dan teknologi sekarang ini banyak dijumpai mesin pendingin ruangan dengan menggunakan hidrokarbon atau MUSIcool yang ramah lingkungan dan tidak merusak lapisan ozon dibandingkan Refrigeran Sintentik seperti R-22 (Ref.12 hal.2).
Gambar 2.1 AC Daikin Split
2.2
Prinsip Kerja Pendingin Ruangan
Gambar 2.2 Prinsip Kerja Mesin Pendingin Ruangan Compressor AC yang ada pada sistem pendingin dipergunakan sebagai alat untuk memampatkan fluida kerja (refrigent), jadi refrigent yang masuk ke dalam compressor AC dialirkan ke condenser yang kemudian dimampatkan di kondenser. Di bagian kondenser ini refrigent yang dimampatkan akan berubah fase dari refrigent fase uap menjadi refrigent fase cair, maka refrigent mengeluarkan kalor yaitu kalor penguapan yang terkandung di dalam refrigent. Adapun besarnya kalor yang dilepaskan oleh kondenser adalah jumlahan dari energi compressor yang diperlukan dan energi kalor yang diambil evaparator dari substansi yang akan didinginkan. Pada kondensor tekanan refrigent yang berada dalam pipa-pipa kondenser relatif jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigent yang berada pada pipi-pipa evaporator. Setelah refrigent lewat kondenser
dan melepaskan kalor penguapan dari fase uap ke fase cair maka refrigent dilewatkan melalui katup ekspansi, pada katup ekspansi ini refrigent tekanannya diturunkan sehingga refrigent berubah kondisi dari fase cair ke fase uap yang kemudian dialirkan ke evaporator, di dalam evaporator ini refrigent akan berubah keadaannya dari fase cair ke fase uap, perubahan fase ini disebabkan karena tekanan refrigent dibuat sedemikian rupa sehingga refrigent setelah melewati katup ekspansi dan melalui evaporator tekanannya menjadi sangat turun.
2.3
Analisa sistem Kompresi Uap 2.3.1
Siklus Kompresi Carnot Siklus Carnot secara thermodhinamika bersifat reversible secara skema siklus Carnot Diperlihatkan pada gambar 2,3 berikut ini: Kalor dari sumber bersuhu tinggi 2 3 Turbin
Kerja
Kompesor Kerja 1
4
Kalor ke penguap (lingkungan) bersuhu rendah
Suhu (˚K) 2
3 Kerja bersih
1
4 Entropi Kj/kg ˚K
Gambar 2.3 Skema mesin Kalor Carnot. (Ref. 12 hal.17) Mesin carnot menerima energy kalor pada suhu tinggi merubah sebagian menjadi kerja dan kemudian mengeluarkan sisanya sebagai kalor pada suhu yang lebih rendah. Siklus refrigerasi carnot merupakan kebalikan dari siklus mesin carnot. Karena siklus refrigerasi menyalurkan energy dari suhu rendah menuju suhu yang lebih tinggi siklus refrigerasi membutuhkan kerja luar untuk mendapatkan kerja. Diagram peralatan, diagram entalpi suhu dari siklus refrigerasi diperlihatkan pada gambar 2.4 berikut ini:
Diperlihatkan pada gambar 2,3 berikut ini: Kalor dari sumber bersuhu tinggi 3
2 Kondensor
Katup Ekspansi
Kompresor
Kerja
Kerja Evaporator 4
1
Kalor ke penguap (lingkungan) bersuhu rendah
Suhu (˚K) 3
2 Kerja Bersih
4
1
Gambar 2.4 Daur refigerasi Carnot dan diagram suhu entropi daur refrigerasi Carnot. [Ref. 12 hal. 179 ]
Tujuan utama sistem refrigerasi Carnot adalah proses 4-1 penyerapan dari sumber bersuhu rendah. Seluruh proses lainnya siklus tersebut dibuat sedemikian rupa sehingga enegi bersuhu rendah dapat dikeluarkan kelingkungan yang bersuhu lebih tinggi.
2.3.2
Siklus Kompresi Uap Teoritis Siklus kompresi uap merupakan sikuls yang terbanyak digunakan dalam sistem refrigerasi. Didalam siklus ini, uap dikompresikan dan mengalami kondensasi menjadi wujud cair. Selanjutnya cairan tersebut di uapkan kembali pada temperatur rendah. Uap yang dikompresikan dapat berada dalam fase uap kering atau sering disebut kompresi kering dan dalam fase campuran uap-cair atau disebut kompresi basah. Kompresi basah umumnya dihindari karena bersifat merugikan (dapat merusak katup-katup pada kompresor).
Gambar 2.5. Daur Refrigerasi dan diagram suhu entropi, enthalpi daur refrigerasi
Berdasarkan gambar 2. 1. Proses kompresi (1-2) Refrigeran meninggalkan evaporator dalam wujud uap jenuh dengan temperatur dan tekanan rendah, kemudian oleh kompresor uap tersebut dinaikkan tekanannya menjadi uap dengan tekanan lebih tinggi ( tekanan kondensor ). Kompresor ini diperlukan untuk menaikan temperatur refrigeran, sehingga temperatur refrigeran di dalam kondensor lebih tinggi daripada temperatur lingkungan. Dengan demikian perpindahan panas dapat terjadi dari refrigerant Ke lingkungan.
Proses ini
berlangsung secara isentropik ( adiabatik dan reversible ). 2. Proses Kondensasi (2-3) Setelah proses kompresi,refrigeran berada dalam fase panas lanjut dengan tekanan dan temperatur tinggi.
Untuk
mengubah wujudnya menjadi cair, kalor harus dilepaskan ke lungkungan.
Hal ini dilakukan pada penukar kalor yang
disebut kondensor. Refrigeran mengalir melalui kondensor dan pada sisi lain dialirkan fuida pendinging ( udara atau air ) dengan temperatur lebih rendah dari pada temperatur refrigeran. Oleh karena itu kalor akan berpindah dari refrigeran ke fuida pendingin dan sebagai akibatnya refrigeran mengalami penurunan temperatur dari kondisi uap panas lanjut menjadi kondisi uap jenuh. Selanjutnya mengembun menjadi wujud
cair, kemudian keluar dari kondensor dalam wujud cair jenuh ( berlangsung secara reversible dan pada tekanan konstan). 3. Ekspansi (3-4) Refrigeran dalam wujud cair jenuh mengalir melalui alat ekspansi. Refrigeran mengalami ekspansi pada entalpi konstan dan berlangsung secara ireversible.
Selanjutnya refrigeran
keluar dari alat ekspansi berwujud campuran uap-cair pada tekanan dan temperatur yang sama dengan temperatur dan tekanan evaporator. 4. Proses Evaporasi(4-1) Refrigeran dalam fase campuran ( uap-cair) mengalir melalui sebuah penukar kalor yang disebut evaporator. Pada tekanan evaporator, titik didih refrigeran harus lebih rendah daripada temperatur lingkungan (media kerja atau media yang didinginkan) sehingga dapat terjadi perpindahan panas dari media kerja ke refrigeran. Kemudian refrigeran yang masih berwujud cair Menguap di dalam evaporator dan selanjutnya refrigerant
meninggalkan
evaporator
dalam
fase
uap
jenuh.Proses ini berlangsung secara reversible dan pada tekanan yang konstan.
2.3.3
Siklus Kompresi Uap Nyata Perbedaan penting siklus kompresi nyata dan teoritis 1. Terjadi penurunan tekanan di sepanjang pipa kondensor dan evaporator. 2. Adanya proses sub-cooling cairan yang meninggalkan kondensor sebelum memasuki alat ekspansi. 3. Pemanasan lanjut uap yang meninggalkan kondensor sebelum kompresor. 4. Terjadi kenaikan entropi pada saat proses kompresi (kompresi tak isentropik) 1. Proses ekspansi berlangsung non adiabatik. Walaupun siklus aktual tidak sama dengan siklus sistem, tetapi proses ideal dalam siklus standar sangant bermanfaat dan diperlukan untuk mempermudah analisis siklus secara teoritik. Pengaruh penyimpangan siklus aktual dari siklus standar pada saat refrigerasi dapat dijelaskan sebagai berikut: a. Penurunan tekanan pada evaporator dan kondensor. Refrigeran ketika melalui pipa evaporator dan kondensor akan mengalami penurunan tekanan, hal ini disebabkan oleh adanya gesekan yang terjadi antara refrigeran dan dinding pipa. Sebagai akibatnya maka kerja kompresi akan mengalami peningkatan. Hal tersebut karena
untuk dapat mengalirkan refrigeran dalam jumlah yang cukup, kondensor harus mampu menghasilkan tekanan yang lebih tinggi karena adanya rugi-rugi tekan. b. Sub-cooled Kondisi ini lebih menjamin bahwa refrigeran yang memasuki alat ekspansi, seluruhnya dalam fase cair sehingga dapat mencegah penurunan laju massa sebagai akibat adanya fase uap (dengan massa jenis uang lebih kecil daripada fase cair), yang mengalir melalui katup ekspansi. Disamping itu kondisi sub-cooled akan dapat menambah kalor yang lepas dari kondensor dan kalor yang diserap di evaporator. c. Super Heated Kondisi ini mengakibatkan efek refrigerasi siklus akan bertambah besar dan jumlah kalor yang dibuang oleh kondensor juga bertambah besar. Tetapi ditinjau dari segi daya kompresor, hal ini kurang menguntungkan karena makin besar kondisi super heated maka daya kompresor menjadi lebih besar. d. Proses kompresi non-isentropik Gesekan yang terjadi pada bagian-bagian kompresor yang saling bergerak relatif dan juga gesekan yang terjadi antara refrigeran dengan bagian-bagian kompresor, akan
menyebabkan kenaikan entropi. Sebagai akibatnya proses berlangsung secara non-isentropik dan daya kompresor menjadi lebih besar.
2.4
Analisa Matematis Siklus Kompresi Uap 2.4.1
Konversi Massa Massa adalah suatu “konsep” yang mendasar, karena tidak mudah untuk didefinisikan. Definisi massa sering dirumuskan dengan merujukkannya pada hukum newton, yaitu; Reff (3:19)
….( i ) F = Gaya ….N M = massa …..Kg a = percepatan ……m/det2 v = kecepatan……..m/det = waktu…………detik Prinsip
konversi
massa
menyatakan
bahwa
dalam
menganalisa suatu proses, massa tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan.
Massa dapat disimpan dalam suatu sistem atau
dipindah-pindahkan diantara sistem dan lingkungan.
Gambar 2.6. Konservasi massa di dalam sebuah sistem aliran sederhana (ref 3:20) Pada gambar ditunjukkan bahwa massa di dalam sebuah sistem aliran yang sederhana massa tersebut mengalir masuk atau keluar dari sistem. Anggaplah bahwa selama waktu memasuki sistem selama waktu
waktu
adalah
menyatakan bahwa:
adalah
, massa dan pada
, maka konversi massa Reff(3:19) …..( ii )
Pembagian dengan
menghasilkan, ….( iii )
Bila fluk ( aliran ) massa dinyatakan dengan reff(3:20)
= 0 dan Maka didapat aliran mantap ( steady flow )
…..( iv )
2.4.2
Persamaan Energi Aliran Steady Di dalam kebanyakan sistem refrigerasi dan pengondisian udara laju aliran massa tidak berubah dari waktu ke waktu (kalaupun ada, hanya perubahan kecil).
Karena itu laju aliran
dapat dianggap mantap. Didalam sistem yang dilukiskan secara simbolis pada gambar 2.6. Keseimbangan energinya dapat dinyatakan secara matematik sebagai berikut:
reff (3:20)
Gambar 2.7. Keseimbangan energi pada sebuah volume atur yang sedang mengalami laju aliran steady. (ref 3:20) Dimana : m = laju aliran massa
Kg /det
h = entalpi
Kj/Kg
v = kecepatan
m/det
g = percepatan gravitasi
m/
q = laju aliran energi dalam bentuk kalor
w
w = laju aliran energi dalam bentuk kerja E = energi dalam sistem
w
J
Oleh karena perhatian kita hanya dibatasi pada proses aliran mantap, maka tidak ada perubahan harga E terhadap waktu, karena itu
, dan persamaan energi aliran mantap menjadi :
…(vi)
2.4.3
Proses Kompresi Pengkompresian suatu gas merupakan suatu contoh proses adiabatik. Perubahan energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalornya biasanya diabaikan. persamaan :
Sehingga didapat
ref(3:22)
….(vii Dimana : w = daya kompresor Kw = entalpi refrigeran pada titik 1
(KJ/Kg)
= entalpi refrigeran pada titik 2
(KJ/Kg)
m =laju aliran massa refrigeran
(Kg/det)
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan dengan perubahan entalpi.
Kerja W berharga
negatif untuk kmpresor dan positif untuk mesin.
2.4.4
Proses Evaporasi dan Kondensasi Pada proses ini perubahan energi kinetik dan energi potensial diabaikan sehingga harga
dan
pada titik 1 dan
titik 2 dianggal nol, karena pada evaporator dan kondensor tidak ada kerja yang dilakukan oleh pompa, kompresor atau mesin, mawa W = 0. Dari persamaan iv, laju aliran kalor pada proses evaporasi dirumuskan sebagai berikut.
Reff (3:21)
…(viii) Dimana :
= Laju perpindahan kalor evaporasi
= entalpi refrigeran pada titik 1
(KJ / Kg)
= entalpi refrigeran pada titik 4
(KJ / Kg)
= laju aliran massa refrigeran
(Kg/det)
Laju aliran kalor pada proses kondensasi dirumuskan sbb : ….(ix) Dimana : Qk = Laju perpindahan kalor kondensasi = entalpi refrigeran pada titik 1
(KJ / Kg)
= entalpi refrigeran pada titik 3
(KJ / Kg)
= laju aliran massa refrigeran
(Kg/det)
2.4.5
Throttling Process Proses ini terjadi pada pipa kapiler atau katup ekspansi, pada proses ini tidak ada kerja yang dilakukan atau ditimbulkan sehingga ( dianggap nol.
).
Perubahan energi kinetik dan potensial
Proses dianggap adiabatik sehingga
.
Persamaan energi aliran menjadi Reff (3:21) ………….(x)
2.4.6
Efek Refrigerasi Efek Refrigerasi adalah besarnya kalor yang diserap oleh refrigeran dalam evaporator pada proses evaporasi. Dirumuskan sebagai berikut: reff (3:187) RE =
KJ/Kg
…………(xi)
Dimana : RE = Efek Refrigerasi
(KJ/Kg )
= entalpi refrigeran pada titik 1 (KJ/Kg) = entalpi refrigeran pada titik 4 (KJ/Kg)
2.4.7
Koefisien Pestasi (COP) Coeficient Of Performance adalah perbandingan besarnya panas dari ruang pendignin (efek refrigerasi) dirumuskan sebagai berikut: reff (3:187) ……..(xii)
2.4.8
Proses Psikometrik dan Sifat Udara Basah Psikometrik merupakan kajian tentang sifat-sifat campuran udara dan uap air, karena udara atmosfer tidak kering betul tetapi merupakan campuran antara udara dan uap air.
Proses Psikometrik. 1. Pemanasan dan pendinginan sensibel
reff(3:49)
2. Pendinginan dan penurunan kelembaban Btu/h = Kapasitas refrigerasi
……………(xvii) (Btu/h)
w = Laju aliran massa udara (Kg/det) = h udara pada seksi masuk koil pendingin (Kj/Kg) = h udara pada seksi keluarkoil pendingin
(Kj/Kg)
Sifat Udara Basah a. Temperatur bola kering (t 0C) Adalah temperatur udara yang diukur dengan termometer biasa (dengan sensor kering / terbuka).
a. Temperatur bola basah (t’ 0C) Adalah temperatur yang diukur dengan termometer yang sensornya dibalut dengan kain basah.
b. Tekanan parsial uap air (f mm Hg) Hubungan antara tekanan parsial uap air dengan temperatur bola basah dapat dilihat pada persamaan berikut:
c. Kelembaban relatif
( )
Adalah perbandingan fraksi molekul uap air didalam udara basah terhadap fraksi molekul uap air jenuh pada suhu dan tekanan yang sama.
..(xiv) b. Rasio Kelembaban
(W)
Adalah berat atau massa air yang terakndung dalam setiap Kg udara kering. …………..(xv) c. Titik embun (t’’ 0C) Adalah temperatur air pada keadaan dan tekanan uap sama dengan tekanan uap dari udara lembab. Jadi pada temperatir tersebut uap air dalam uap air mulai mengembun dan hal ini dapat terjadi apabila udara lembab didinginkan.
d. Entalpi (h) (Kj/Kg) Adalah energi kalor yang dimiliki oleh suatu zat pada temperatur tertentu. Entalpi campuran pada udara kering dan uap air adalah jumlah entalpi dari keduanya. Kj / Kg ud kering …..(xvi) = kalor spesifik udara kering pada tekanan konstan ( 1 Kj/Kg oK) = suhu campuran udara dan uap = entalpi uap air jenuh pada suhu campuran uap-udara (Kj/Kg)
2.5.
Komponen Utama Siklus Kompresi Uap 2.5.1
Kompresor Pada
sistem
refrigerant
kompresor
berfungsi
untuk
mempertahankan perbedaan tekanan dalam sistem dan mengalirkan refrigeran dari evaporator ke kondensor. Kompresor mempunyai berbagai klasifikasi akan tetapi pada umumnya hanya terbagi dalam dua jenis utama yaitu a. Kompresor positif, dimana gas dihisap masuk ke dalam silinder dan dikompresikan.
b. Kompresor non positif, dimana gas yang diisap masuk dipercepat alirannya oleh sebuah impeller yang kemudian mengubah energi kinetc untuk menaikkan tekanan. Kompresor yang digunakan dalam Ac split ini termasuk dalam kompresor positif. Jenis kompresornya adalah kompresor sentrifugal.
2.5.2
Kondensor Kondensor
adalah
alat
yang
berfungsi
untuk
mengembunkan refrigeran dengan cara penyerapan panas. Uap refrigeran memindahkan panasnya pada udara, sehingga uap refrigeran akan mengembun dan mencair kembali.
2.5.3
Evaporator Evaporator menguapkan
merupakan
refrigearant
alat
dengan
yang cara
berfungsi
untuk
perpindahan
panas.
Perpindahan panas ini adalah berpindahnya kalor dari suhu sekitar ke Refrigeran. Hal ini mengakibatkan suhu udara sekitar akan turun. Cauran refrigeran yang telah melewati expantion valve secara mendadak. Tekanannya turun sehingga temperatur refrigeran menjadi lebih rendah dari sebelumnya. Hal ini mengakibatkan cairan dingin menyerap panas sekelilingnya sehingga terjadi pendinginan, karena
cairan menyerap panas maka temperatur cairang menjadi lebih tinggi.
Sehingga setelah keluar dari evaporator refrigeran
berbentuk uap bukan lagi berbentuk cair. 2.5.4
Katup Ekspansi Expantion valve berguna untuk mengekspansikan cairan refrigeran yang mempunyai tekanan tinggi sampai tekanan rendah. Alat ini mgenatur supaya evaporator selalu mendapat suplai refrigeran sehingga diperleh efisiensi siklus yang optimal. Katup ekspansi yang digunakan pada AC split adalah pipa kapiler. Pipa kapiler dipasang sebagai pengganti katup ekspansi. Tahanan dari pipa kapiler inilah yang dipergunakan untuk mentrotel dan menurunkan tekanan. Diameter dan panjang pipa kapiler ditetapkan berdasarkan kapasitas pendinginan, kondisi operasi dan jumlah refrigeran dari mesin refrigerasi. Konstruksi pipa kapiler sangat sederhana, sehingga jarang terjadi gangguan. Pada waktu kompresor berhenti bekerja, pipa kapiler menghubungkan baguan tekanan
inggi
dengan
bagian
tekanan
rendah,
sehingga
menyamakan tekanannya dan memudahkan start berikutnya.
2.5.5
Receiver Receiver atau tangki penampung berfungsi sebagai penampung atau penympan refrigeran dalam sistem pendingin. Letak receiver terdapat antara drier stainer dan kondensor.
2.5.6
Drier Stariner Terdiri atas silika gel dan screen. Silika gel berfungsi untuk menyerap kotoran, dan screen untuk menyaring kotoran berupa karat dan lainnya. Jadi apabila refrigeran terdapat kotoran makan refrigeran tersebut akan tersaring drier stainer terlebih dahulu sebelum ke expantion valve, sehingga katup ekspansi tidak rusak atau mengalami kebuntuan. Apabila kran ekspansi buntu mnaka tidak akan terjadi proses pendinginan.
2.5.7
Oil Separator Oil Separator merupakan alat untuk memisahkan antara minyak dari kompresor dengan bahan refrigeran. Cara kerja alat ini yaitu berdasarkan berat jenis dari bahan pendingin dengan minyak kompresor tersebut, jadi minyak kompresor tersebut akan tertinggal dalam oil separator dan uap refrigeran diteruskan menuju kondensor. Minyak kompresort yang tertinggal dalam oil separator akan dialirkan lagi kedalam kompresor melalui katup yang menuju ke kompresor.
2.5.8
Akumulator Setelah melewati Akumulator, uap refrigeran ke suction line, jika ada cairan yang tidak menguap akan tertampung dalam suatu silinder yaitu akumulator yang berfungsi mencegah adanya
cairan refrigeran yang masuk pada suction line. Suction line membawa uap refrigeran dari evaporator menuju kompresor dan proses pendinginan kembali seperti semula. 2.5.9
Refrigeran Refrigeran adalah media perpindahan panas yang menyerap kalor dengan penguapan (evaporator) pada temperatur rendah dan memberikan kalor dengan pengembunan pada temperatur dan tekanan tinggi. Atau fluida kerja dalam sistem refrigerasi. Refrigeran dalam perdagangan telah diklasifikasikan oleh ASRE (American Sociaty of Refrigeran Enggineer). Standar ASRE membagi refrigeran dalam beberapa kelompok penting yaitu senyawa halokarbon (R-11, R-12, R-22), Azeotropes (R502), senyawa hidrokarbon (Etana, Propana, Butana), dan senyawa Anorganik (Amonia, Air, Karbon Dioksida). Refrigeran yang digunakan dalam system kompresi uap pada instalasi pengujian adalah refrigerant primer yang dapat digolongkan sebagai berikut : a. Senyawa Halokarbon Refrigeran yang memiliki satu atau lebih atom dari salah satu halogen yaitu klorin, bromine, fourin. Beberapa jenis Freon yang populer digunakan seperti R-12, R-22, R13 termasuk refrigerant halocarbon
Tabel. 2.1. Penomoran Refrigerant Halokarbon Ketentuan Penomeran R-11 R-12 R-13 R-22 R-40
Nama Kimia
Rumus Kimia
Trikloromonofluorometana Diklorodifluorometana Monoklorotrifluorometana Monoklorodifluorometana Metil Klorida
CC F
CHCL
b. Senyawa Anorganik Senyawa Anorganik sering digunakan pada masa awal perkembangan bidang refrigerasi dan pengkondisian udara. Tabel. 2.2. Senyawa Anorganik Ketentuan Penomeran 717 718 729 744 764
Nama Kimia
Rumus Kimia
Amonia Air Udara KarbonDioksida Sulfurdioksida
-
c. Senyawa Hidrokarbon Banyak senyawa hidrokarbon yang cocok digunakan sebagai
refrigerant
khususnya
perminyakan dan petrokimia.
dipaai
untuk
industri
Tabel 2.3 Senyawa Hidrokarbon
Ketentuan Penomeran 50 170 290
Nama Kimia
Rumus Kimia C
Metana Etana Propana
d. Azeotrop Campuran Azeotrop dua substansi adalah campuran yang tidak dapat dipisahkan menjadi komponen komponen dengan cara destilasi. Azeotrop menguap dan mengembun sebagai substansi tunggal yang sifatnya berbeda dengan sifat unsur pembentuknya. Azeotrop yang paling dikenal adalah refrigerant R-502 yang meruoakan campuran 48.8% R-22 dan 51,2% R-115. 2.5.9.1 Sifat-Sifat Refrigeran Ideal Refrigeran yang ideal sekurang-kurangnya mempunyai sifat-sifat sebagai berikut : 1. Tekanan Penguapan positif Tekan
penguapan
positif
mencegah
terjadinya
kemungkinan kebocoran udara ke dalam sistem selama beroperasi.
2. Suhu Pembekuan yang cukup rendah Suhu pembekuan yang cukup rendah agar pemadatan refrigerant tidak terjadi selama operasi normal. 3. Daya larut minyak pelumas Minyak pelumas adalah cairan yang digunakan dalam refrigerator
terutama
kompresor torak.
pada
sistem
yang
menggunakan
Refrigeran akan bersentuhan langsung
dengan minyak. 4. Konduktivitas thermal yang tinggi Sifat ini penting untuk menentukan karakteristik perpindahan kalor. Refrigeran yang murah. 5. Mudah dicari kebocorannya Kebocoran-kebocoran pada jalur refrigerant harus dicari cara yang paling sederhana dan pasti. 6. Tidak terbakar Uap
refrigerant
tidak
boleh
terbakar
mengakibatkan kebakaran pada konsentrasi dengan udara 7. Tidak merusak ozon dan tidak beracun 8. Kalor laten penguapan harus tinggi 9. Volume spesifik (fasa gas) yang cukup kecil. 10. Koefisien prestasi harus tinggi 11. Konduktifitas termal tinggi
atau
12. Viskositas yang rendah dalam fasa cair maupun gas. 13. Konstanta dielektrik kecil, tahanan listrik yang besar, tidak korosi pada isolator listrik. 14. Stabil, tidak bereaksi menjadi korosi 2.5.9.2 Refrigeran R-22 Refrigeran R-22 Termasuk dalam senyawa halokarbon, refrigeran ini banyak digunakan karena mempunyai kelebihan diantaranya tidak berbau, tidak mudah terbakar serta sangat stabil. Nama kimia dari R-22 adalah Monoklorodifluorometana dengan rumus kimia CHCL . R-22 merupakan sistem penomeran dalam kelompok halokarbon mengikuti pola sebagai berikut: angka pertama dari kanan adalah jumlah atom flourin dalam ikatan angka kedua dari kanan merupakan jumlah atom hidrogen ditambah angka satu; dan angka ketiga dari kanan adalah jumlah atom karbon dikurang satu.
Gambar 2.8 Diagram P-h refrigerant R-22
Tabel 2.4. Physucal and Thermodynamic Properties R-22 Properties
R-22
Enthalphy Liquid, kJ/kg
230
Enthalphy Vapour, kJ/kg
413
Density L, kg/
1191
Density V, kg/
44,23
Spesific Heat L, kJ/kg K
1,26
Spesific Heat V, kJ/kg K
0,87
Properties
R-22
Viscocity L, uPa-s
164
Viscocity V, uPa-s
12,5
Thermal Conductivity L, mW/m.K
83
Thermal Conductivity V, mW/m.K
11
Surface Tension, N/m.
8,1
Speed of Sound L, m/s
541
Speed of Sound V, m/s
160
Saturated Pressure, bar
10,4
Temperatur Glide, 0C
-
2.5.9.3 Refrigeran MC-22 Refrigeran ini termasuk dalam senyawa hidrokarbon, dan mempunyai kelebihan antara lain : Sangat ramah lingkungan Tidak memerlukan penggantian komponen Tidak memerlukan penggantian oli / pelumas Pencapaian temperatur dingin lebih cepat Momen torque terhadap motor listrik penggerak kompresor menjadi turun
Pada saat kompresor 1 phase, saat dilakukan penyalaan tidak memerlukan bantuan “starting kapasitor” Menambah umur pemakaian kompresor. Tidak membahayakan manusia. Memiliki keuntungan teknis Density lebih kecil sehingga kuantitas lebih rendah Enthalphy lebih besar sehingga jumlah refrigeran yang bersirkulasi lebih kecil Konduktifitas termal lebih besar sehingga transfer kalor lebih besar Viskositas lebih rendah sehingga tahanan aliran lebih kecil Ratio tekanan dan kondensor dan evaporator lebih kecil sehingga komsumsi daya lebih rendah. Tabel 2.5. Physical and Thermodynamic Properties MC-22 Properties
MC-22
Enthalphy Liquid, kJ/kg
265
Enthalphy Vapour, kJ/kg
601
Density L, kg/
492
Density V, kg/
20,56
Spesific Heat L, kJ/kg K
2,73
Spesific Heat V, kJ/kg K
2,07
Viscocity L, uPa-s
97,2
Viscocity V, uPa-s
8,3
Thermal Conductivity L, mW/m.K
94
Thermal Conductivity V, mW/m.K
19
Gambar 2.9. Diagram P-h refrigeran Hidrokarbon MC-22
2.6
Aspek Keselamatan Hidrokarbon sebagai refrigeran memiliki karakteristik sebagaimana halnya keluarga hidropkarbon seperti solar, bensin, kerosin yang memiliki sifat mudah terbakar dibandingkan dengan bahan terbakar lainnya seperti kayu, kertas dan lain sebagainya. Walaupun hidropkarbon dapat terbakar namun kegunaannya dalam kehidupan sehari-hari sudah sedemikian menyatu sehingga aspek yang dikhawatirkan dari segi mudah terbakar dianggap biasa. Pemakaian hidrokarbon sebagai refrigerant sebenarnya tidak perlu dikhawatirkan karena refrigeran tersebut bukan sengaja untuk dibakar bahkan dengan jelas diupayakan untuk tidak dibocorkan dari instalasi. Pada pemakaiannya hidrokarbon sebagai refrigeran aspek keselamatan perlu diperhatikan karena hidrokarbon merupakan zat yang mudah terbakar.
2.6.1
Penanganan Bahaya Hidrokarbon Flammable atau dapat terbakar merupakan sifat dari semua zat yang terdiri dari unsur hidrogen dan karbon seperti premium, solar, elpiji, minyak tanah, aerosol, dan lain-lain. Sifat flammable bukan berarti bahwa zat tersebut bisa langsung terbakar dalam segala kondisi, karena ada persyaratan untuk menjadikan sifat flammable
tersebut
menjadi
terbakar
dalam
kenyataan.
Kewaspadaan utama dalam penanganan refrigeran hidrokarbon adalah upaya mencegah jangan sampai bahan tersebut terbakar. Syarat untuk terjadi pembakaran harus ada tiga unsur yaitu udara dan bahan bakar yang bercampur pada konsentrasi yang tepat serta sumber api.
Bila salah satu dari ketiga unsur tersebut tidak
terpenuhi maka tidak terjadi pembakaran.
Gambar 2.10. Tiga unsur terjadinya pembakaran.
Hal tersebut dicegah dengan menutup sumber penyebab timbulnya pencampuran parameter segitiga api dengan cara : 1. Mencegah terjadinya kebocoran pada sistem. 2. Tidak membuang gas keluar, bila tidak bisa diupayakan dengan memperlambat aliran. 3. Menghindari sumber api (percikan bunga api) 4. Untuk menjamin rasa aman gunakan detektor gas dan lebih baik dilengkapi dengan alarm 5. Memasang tanda-tanda peringatan atau simbol-simbol 6. Informasi bahwa mesin atau unit menggunakan refrigeran hidrokarbon. 7. Pelaksanaan servis (perbaikan) sebaiknya dilakukan oleh teknisi terlatih. 8. Membuat ventilasi yang baik untuk menghindari terjadinya pengumpulan gas.
2.7
Retrofitting Retrofitting adalah cara mengganti atau memasukkan refrigeran lama dengan refrigeran yang baru. Misal dari bahan pendingin halokarbon dengan bahan pendingin hidrokarbon pada unit mesin pendingin. Pada proses retrofit dilakukan beberapa hal yaitu pengambilan data awal dan pengeceka kinerja kemudian recovery (pengambilan refrigeran lama),
selanjutnya pemvakuman sistem, pengisian refrigeran dan terakhir pemeriksaan kinerja setelah retrofitting. Sebelumnya kita perlu tahu terlebih dahulu prosedur umum bekerja dengan hidrokarbon 1. Selalu bekerja pada ruangan yang berventilasi 2. Dilarang merokok selama bekerja 3. Hindari percikan api dalam radius dari daerah pengisian atau pembuangan. 4. Menonaktifkan saklar listrik dalam radius 2m dari daerah pengisian atau pembuangan 5. Siapkan pemadam kebakaran manual ( dari jenis powder ) 6. Gunakan Gloves dan Googles Ada beberapa prosedur yang harus dilakukan pada saat melakukan retrofitting dengan menggunakan refrigeran hidrokarbon sebagai berikut: 1. Usahakan memperhatikan prosedur umum penanganan hidrokarbon 2. Lakukan pemeriksaan fisik 3. Lakukan pemeriksaan fungsi komponen (catat performasi jika mungkin ) 4. Lakukan pemeriksaan terhadap instalasi listrik, isolasi atau pindahkan ke tempat yang lebih tinggi 5. Lakukan pengembalian kembali (recovery) refrigeran CFC. 6. Vakum sistem
Gambar 2.11. proses pemvakuman o Siapkan Charging manifold hubungkan saluran pengisian pada kompresor pada sisi tekanan rendah (low) charging manifold, bagian tengah (centre) charging manifold dihubungkan dengan pompa vakum. Pada bagian saluran keluar pompa vakum dihubungkan dengan selang yang dicelupkan kedalam wadah yang berisi air. o Buka keran tekanan rendah (low,) biasanya, pada alat tertulis lo charging manifold, kemudian nyalakan pompa vakum. o Biarkan beberapa saat sampai skala petunjuk tekanan rendah (low) menunjukkan vakum 30 InHg. o Matikan pompa vakum, kemudian tutup keran tekanan rendah (low). o Lepaskan
selang
bagian
tengah
charging
manifold
yang
menghubungkan ke pompa vakum. Selanjutnya, hubungkan selang tersebut ke tabung refrigerant.
o Buka keran tabung refrigerant. Setelah refigeran masuk kedalam sistem dan charging manifold menunjukkan tekanan 10psi, tutup keran refrigerant. o Nyalakan kompresor AC agar refrigerant menyebar ke seluruh sistem dan mendorong udara sisa ke luar dari sistem. o Setelah beberapa menit, matikan kompresor. o Lepas selang tangan charging manifold yang menghubungkan ke tabung refrigerant. Kemudian, hubungkan kembali selang tersebut ke pompa vakum. o Buka keran tekanan rendah (lo), kemudian nyalakan kembali pompa vakum. o Saat charging manifold menunjukkan 30 InHg, tutup keran low (lo) dan matikan pompa vakum. o Lepaskan selang tengah charging manifold yang menghubungkan ke pompa vakum. Hubungkan kembali selang tersebut dengan tabung refrigerant. Selanjutnya, lakukan pengisian refrigerant.
Gambar 2.12. Proses Pengisian Refrigeran Hidupkan mesin Buka tutup saluran pengisian (pentil) pada bagian outdoor Tutup keran charging manifold pada sisi tekanan rendah (sebelah kiri). Kemudian, pasang selang pengisian (berwarna biru) charging manifold ke saluran pengisian (pentil) refrigerant, sedangkan selang tengah charging manifold (berwarna kuning) dihubungkan ke tabung refrrigeran. Selanjutnya, buka keran tabung refrigerant secara perlahan. Balikkan posisi tabung refigeran. Tunggu beberapa saat. Perhatikan nilai atau skala yang ditunjukkan jarum charging manifold. Lakuakan pengisian refrigerant dengan membuka keran tekanan rendah (lo) charging manifold secara perlahan. Tunggu beberapa saat, kemudian tutup kembali keran tekanan rendah (lo) charging manifold. Lakukan
secara berulang-ulang sampai tekanan sistem sesuai
dengan tekanan standar AC.
Periksa
arus
listrik
yang
melewati
kompresor
dengan
menggunakan tang ampere. Bandingkan nilai arus listrik yang melewati kompresor dengan tekanan sistem. Karena berbanding lurus, penambahan tekanan sistem akan berpengaruh pada besar arus listrik yang melewati kompresor. Jadi, hasil pengukuran arus listrik bias dijadikan patokan ketika mengisi refrigerant atau sebaliknya.
