LAPORAN TUGAS AKHIR
BAB II
DASAR TEORI
2.1
Blast Chiller
Blast Chiller adalah salah satu sistem refrigerasi yang berfungsi untuk mendinginkan suatu produk dengan cepat. Cara pendinginan produk pada Blast
Chiller ini dilakukan dengan cara menyemburkan langsung udara dingin pada produk dengan bantuan fan sehingga akan terjadi proses perpindahan kalor secara
paksa. Sistem refrigerasi yang digunakan pada Sistem Blast Chiller ini, sama dengan aplikasi – aplikasi sistem yang lainnya, yaitu menggunakan sistem refrigerasi kompresi uap. Aplikasi – aplikasi pada Blast Chiller ini bisa digunakan untuk bermacam – macam produk, diantaranya adalah minuman, vaksin, Cola, dan lain – lain. 2.2
Sistem Refrigerasi Kompresi Uap Sistem refrigerasi kompresi uap sederhana merupakan sistem refrigerasi
yang menggunakan kompresor sebagai alat pemompa refrigeran. Uap refrigeran bertekanan rendah yang masuk pada sisi penghisap (suction) ditekan di dalam kompresor sehingga berubah menjadi uap refrigeran bertekanan tinggi yang dikeluarkan pada sisi keluaran (discharge). Sehingga dari proses tersebut dapat ditentukan sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah. Pada sistem kompresi uap, tempat dimana refrigeran menguap karena mendapat kalor dari media sekitarnya disebut dengan evaporator. Alat untuk mengubah refrigeran cair bertekanan tinggi menjadi bertekanan rendah disebut alat ekspansi. Dan tempat refrigran berkondensasi karena melepas kalor ke lingkungan disebut dengan kondensor.
TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA
5
LAPORAN TUGAS AKHIR Gambar 2 1 Siklus refrigerasi kompresi uap sederhana
Pressure (bar absolute)
Siklus refrigerasi di atas apabila digambar pada diagram p-h:
Pc
Pe
3
4 h3 = h4
2
1
h1 h2 Enthalpy (kJ/kg)
Gambar 2 2 Diagram p-h siklus refrigerasi kompresi uap sederhana
Proses yang terjadi di atas sebagai berikut: 1. Proses pelepasan kalor pada tekanan dan temperatur konstan (isobar dan isotermal) 2. Proses penurunan tekanan secara adiabatik (isoentalpi) TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA
6
LAPORAN TUGAS AKHIR
3. Proses penarikan kalor pada tekanan dan temperatur konstan (Isobar
dan isotermal)
4. Proses penaikan tekanan (kompresi) pada entropi konstan (Isoentropi)
2.2.1
Proses kompresi (1-2) Refrigeran masuk kompresor dalam keadaan uap jenuh dengan keadaan
temperatur dan tekanan yang rendah pada saluran suction. Refrigeran dipompa atau ditekan oleh kompresor dari tekanan suction hingga tekanan uap refrigeran
naik ke tekanan discharge. Sehingga refrigeran yang keluar dari kompresor dalam keadaan uap refrigeran yang bertemperatur dan bertekanan tinggi. 2.2.2 Proses kondensasi (2-3) Refrigeran pada saat keluar kompresor dan pada saat masuk kondensor dalam keadaan super heat. Di kondensor refrigeran akan mengalami penurunan temperatur, kemudian refrigeran akan mengalami perubahan fasa, dan melapaskan kalor ke lingkungan sehingga refrigeran saat keluar dari kondensor akan mempunyai fasa cair jenuh. Proses kondensasi ini akan terjadi dalam tekanan dan temperatur konstan (isobar dan isotermal). 2.2.3
Proses ekspansi (3-4) Pada proses ini refrigeran mengalami penurunan tekanan sehingga
temperatur saturasinya turun. Pada proses ini refrigeran tidak mengalami penambahan atau pengurangan energi (isoentalpi) sehingga prosesnya dalam kondisi entalpi konstan yaitu h3=h4. Umumnya refrigeran yang masuk dalam keadaan cair jenuh dan setelah diekspansi refrigran dalam keadaan campuran.
TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA
7
LAPORAN TUGAS AKHIR
2.2.4
Proses evaporasi (4-1) Proses yang terjadi dalam kondisi isobar. Refrigeran yang keluar dari alat
ekspansi akan mengalami penambahan energi (akibat temperatur refrigeran lebih
rendah dari temperatur yang diinginkan). Akibat penambahan energi tersebut maka fasa cair refrigeran berubah menjadi uap dan kondisi refrigeran saat keluar evaporator dalam keadaan uap jenuh.
2.3
Komponen Sistem Refrigerasi
Komponen yang digunakan pada sistem refrigerasi kompresi uap terdapat
empat komponen utama, jika salah satu dari keempat komponen tersebut tidak ada atau tidak terpenuhi, maka sistem tidak akan dapat bekerja sama sekali. Berikut akan dibahas satu per satu kegunaan komponen-komponen tersebut di atas. 2.3.1
Kompresor Kompresor merupakan jantung dari sistem refrigerasi kompresi uap.
Kompresor akan menekan uap refrigeran yang berasal dari suction line hingga menaikan temperatur dan tekanan uap refrigeran tersebut yang selanjutnya dialirkan ke kondensor melalui discharge line. Berdasarkan cara kerjanya, kompresor dibagi menjadi dua jenis, yaitu: 1. Positive displacement, yaitu kompresor menaikan tekannya dengan memperkecil volume refigeran. Positive displacement ini dibagi menjadi 4 macam jenis kompresor, yaitu: 1. Kompresor torak (reciprocating compressor) 2. Kompresor putar (rotary compressor) 3. Kompresor scroll 4. Kompresor sekrup (screw compressor) 2. Kinetic displacement, yaitu kompresor menaikan tekanannya dengan cara melempar refrigeran (dengan diputar) sehingga menjadi energi
TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA
8
LAPORAN TUGAS AKHIR
kinetik dan ditahan oleh volute (dinding) sehingga tekanannya akan
naik. Kompresor jenis ini adalah kompresor sentrifugal (centrifugal
compressor). Sedangkan berdasarkan penempatan motornya kompresor terbagi menjadi
tiga macam, yaitu:
1. Kompresor hermetik 2. Kompresor semi-hermetik 3. Kompresor open-type
Masing-masing kompresor di atas mempunyai keunggulan tersendiri tergantung dari pemakaiannya. Secara umum pemakaian jenis-jenis kompresor tersebut ditentukan oleh besarnya kapasitas, penggunaannya, instalasinya dan jenis refrigeran yang digunakan.
Gambar 2 3 Kompresor Hermetik
2.3.2
Kondensor Kondensor adalah suatu alat yang digunakan untuk proses perpindahan
panas. Pada kondensor akan terjadi proses kondensasi, dimana refrigeran akan berubah fasa dari uap menjadi cair. Proses kondensasi terjadi karena uap refirgeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi akan melepas kalor ke lingkungan atau media pendingin.
TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA
9
LAPORAN TUGAS AKHIR
Berdsarkan media pendinginannya, kondensor diabagi menjadi tiga, yaitu:
1. Kondensor berpendingin udara (Air-cooled condensor)
2. Kondensor berpendingin air (Water-cooled condensor)
3. Kondensor berpendingin air dan udara (Evaporative condensor)
Gambar 2 4 Air cooled condenser
2.3.3
Alat ekspansi Alat ekspansi merupakan komponen utama dalam mesin pendingin yang
digunakan untuk menurunkan tekanan refrigeran cair secara entalpi konstan. Beberapa jenis alat ekspansi yang digunakan dalam sistem refrigerasi kompresi uap yaitu terdiri atas: 1. Katup ekspansi manual (hand expansion valve) 2. Katup ekspansi otomatis (automatic expansion valve) 3. Katup ekspansi termostatik (thermostatic expansion valve) 4. Katup ekspansi termoelektrik (electric expansion valve) 5. Pipa kapiler (capillary tube) 6. Katup apung tekanan tinggi (High-side floating ball valve) 7. Katup apung tekanan rendah (Low-side floating ball valve)
TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA
10
LAPORAN TUGAS AKHIR Gambar 2 5 Pipa kapiler
2.3.4
Evaporator Evaporator merupakan komponen utama dalam mesin pendingin yang
berfungsi untuk menyerap kalor dari udara sekitar atau beban kalor yang berada di sekitarnya dan mengubah fasa refrigeran dari cair menjadi uap. Menurut konstruksinya evaporator dapat dibedakan menjadi beberapa tipe, yaitu: 1. Pipa dengan sirip (finned) 2. Pipa telanjang (bare tube) 3. Permukaan pelat (plate surface) 4. Pipa dalam pipa (tube in tube) 5. Tabung dengan pipa (shell and tube) 6. Tabung dengan koil (shell and coil) Sedangkan menurut cara kerjanya evaporator dibagi menjadi dua: 1. Evaporator kering (dry evaporator) 2. Evaporator banjir (flooded evaporator) Selain itu evaporator juga dapat dibagi berdasarkan pemakaiannya, yaitu: 1. Ekspansi langsung (direct expansion) 2. Ekspansi tidak langsung (indirect expansion)
TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA
11
LAPORAN TUGAS AKHIR
Gambar 2 6 Evaporator sirip
2.4
Komponen Pendukung Dalam sistem refrigerasi, komponen pendukung ini dapat dibedakan
menjadi dua macam, yaitu: 1. Komponen pendukung perpipaan 2. Komponen pendukung elektrik 2.4.1
Komponen pendukung perpipaan
1. Sight glass Sight glass adalah komponen yang berfungsi untuk melihat refrigeran di dalam sistem. Untuk di beberapa aplikasi, sight glass ini digunakan sebagai indikator pada pengisian refrigeran. Umumnya, sight glass dilengkapi dengan lakmus untuk menditeksi adanya uap air di dalam sistem dengan perubahan warna lakmus pada sight glass.
Gambar 2 7 Sight glass
TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA
12
LAPORAN TUGAS AKHIR
2. Filter drier
Filter drier merupakan komponen yang digunakan untuk menyaring
kotoran yang terbawa oleh refigeran cair dalam sistem, selain itu
komponen ini juga berfungsi untuk menyerap uap air.
Gambar 2 8 Filter Drier
3. Solenoid valve Solenoid valve berfungsi untuk menghentikan atau meneruskan aliran refrigeran dalam sistem, dimana pengaturannya dilakukan oleh arus listrik. Komponen ini terdiri dari sebuah kumparan yang berbentuk silinder dimana pada bagian tengahnya terdapat sebuah kumparan inti besi yang mudah dijadikan magnet yang disebut dengan plunger. Apabila kumparan dialiri arus listrik maka kumparan menjadi elektromagnetik sehingga akan mengangkat atau menarik plunger ke tengah kumparan dan akibatnya akan membuka katup. Apabila aliran listrik dimatikan maka medan magnet kumparan akan hilang dan plunger akan turun ke bawah karena beratnya sendiri sehingga menutup katup dan menutup aliran refrigeran.
Gambar 2 9 Solenoid valve
TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA
13
LAPORAN TUGAS AKHIR
4. Accumulator
Akumulator berfungsi untuk memastikan refrigeran yang akan masuk
kembali ke kompresor berfasa gas. Akumulator akan menampung
refrigeran yang masih berfasa cair sampai refrigeran tersebut berubah fasa menjadi gas. Akumulator dipakai untuk menghindari liquid suction.
Gambar 2 10 Akumulator
2.4.2
Komponen pendukung elektrik 1. Starting devices Starting devices adalah komponen yang berfungsi untuk menjalankan kompresor, tanpa adanya starting devices ini maka lilitan kompresor dapat terbakar atau bahkan tidak dapat berjalan sama sekali. Starting device ini biasanya berupa starting relay, namun dapat juga ditambahkan kapasitor untuk sistem yang lebih besar.
Gambar 2 11 Potential starting relay
TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA
14
LAPORAN TUGAS AKHIR
2. Overload protector
Overload protector berfungsi untuk mengamankan kompresor apabila
kompresor sudah melebihi batas beban kerjanya. Yang paling umum
digunakan adalah tipe thermal, yaitu apabila kompresor sudah sangat panas, maka overload protector ini akan memustuskan aliran arus ke
kompreseor dan ‘mengistirahatkan’ kompresor.
Gambar 2 12 Overload protector
3. Thermometer Thermometer yang digunakan adalah termometer digital yang ditampilkan pada display mikro kontroler. Berfungsi untuk mengetahui temperatur dalam kabin.
Gambar 2 13 Thermometer
2.5
Refrigeran Refigeran merupakan fluida yang dapat diubah fasanya dari fasa cair ke
gas atau sebaliknya. Dipakai untuk menyerap kalor dari kabin atau produk (evaporator) dan melepaskannya ke lingkungan (kondensor).
TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA
15
LAPORAN TUGAS AKHIR
Refigeran mempunyai syarat-syarat antara lain:
1. Tidak beracun, tidan berwarna, dan tidak beracun
2. Tidak bersifat korosif
3. Mempunyai titik didih yang rendah
4. Mempunyai tekanan kondensasi yang rendah
5. Mempunyai kalor laten uap yang tinggi 6. Mempunyai struktur kimia yang stabil tidak boleh terurai setiap kali
dimampatkan, diembunkan dan diuapkan.
2.5.1
R-22 Mesin blast chiller ini menggunakan R-22 sebagai refrigerannya. Nama
lain dari refrigeran ini adalah Difluoromonochloromethane. R-22 mempunyai gambar tabung dan sifat- sifat sebagai berikut:
Gambar 2 14 Tabung refrigeran R-22
TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA
16
LAPORAN TUGAS AKHIR
Sifat- sifat dari R-22 adalah sebagai berikut: Apparance/odor
Colorless liquified gas with faint ether odor.
pH
: Not available
Vapor pressure
: 908 kPa at 20°C
Vapor density
: 3.66
Melting point
: -175,42°C
Freezing point
: Not available
Boiling point
: -40.7 C / -41 F
Solubility in water negligible percent
: 100
Molecular weight
: 86,47 g/mol
Bulk density
: 1.05 @ 25 C (g/cm3)
TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA
17
