Sistem
pendingin kompresi-uap menggunakan cairan sirkulasi refrigerant sebagai media yang menyerap dan menghilangkan
panas dari ruang yang akan didinginkan dan kemudian menolak panas di tempat
lain. Gambar 1 menggambarkan, sistem satu-tahap-kompresi uap. Semua sistem
tersebut memiliki empat komponen: kompresor , sebuah kondensor , katup ekspansi (juga disebut
expansion valve), dan sebuah evaporator. Sirkulasi refrigerant memasuki
kompresor di kondisi termodinamika dikenal sebagai uap jenuh dan dikompresi dengan tekanan yang
lebih tinggi, menghasilkan temperatur yang lebih tinggi juga. Uap panas yang
dikompresi ini kemudian di kondisi termodinamika dikenal sebagai uap
superheated dan berada pada suhu dan tekanan di mana dapat terkondensasi oleh air
pendingin air atau udara pendingin. Uap panas yang disalurkan melalui kondensor
di mana didinginkan dan terkondensasi menjadi cair dengan mengalir melalui koil
atau tabung dengan air dingin atau udara dingin yang mengalir di kumparan atau
tabung. Di sinilah beredar refrigerant menolak panas dari sistem dan menolak
panas yang terbawa oleh salah satu air atau udara.
Refrigerant
cair kental, dalam keadaan termodinamik yang dikenal sebagai cair jenuh , yang selanjutnya disalurkan
melalui sebuah katup ekspansi di mana tiba-tiba mengalami pengurangan tekanan.
Pengurangan tekanan itu hasil penguapan flash adiabatik dari bagian
refrigeran cair. Efek dari penguapan flash adiabatik adalah menurunkan suhu
pendingin campuran uap dan cair ke tempat itu lebih dingin dari suhu ruang
tertutup untuk didinginkan.
Campuran dingin ini kemudian
disalurkan melalui koil atau tabung dalam evaporator. Kipas bersirkulasi udara
hangat dalam ruang tertutup di koil atau tabung membawa cairan refrigerant
dingin dan campuran uap. Udara hangat itu menguapkan bagian cair dari campuran refrigeran dingin. Pada
saat yang sama, udara bersirkulasi didinginkan dan dengan demikian menurunkan
suhu ruang tertutup dengan suhu yang diinginkan. evaporator menyerap
refrigerant bersirkulasi dan menghilangkan panas yang kemudian ditolak di
kondensor dan dialihkan di tempat lain oleh air atau udara yang digunakan dalam
kondensor. Untuk melengkapi siklus pendinginan , uap refrigerant dari
evaporator adalah lagi sebuah uap jenuh dan diarahkan kembali ke kompresor.
Refrigerasi
sistem kompresi saat ini banyak digunakan untuk keperluan rumah tangga dan
skala industri. Performa yang baik dari sistem ini menjadi pertimbangan
dibandingkan dengan refrigerasi sistem absorpsi. Sama dengan sistem absorbsi,
sistem kompresi memanfaatkan penguapan refrigerant untuk menyerap panas pada benda yang
didinginkan. Dalam suatu rangkaian tertutup refrigerant diperlakukan dalam berbagai perlakuan
secara berulang-ulang sehingga mampu menyerap panas dari benda yang
didinginkan.
Berikut ini adalah salah satu rangkaian
refrigerasi sistem kompresi sederhana.
Dari gambar rangkaian diatas terjadi
empat perlakuan terhadap refrigerant di dalam sistem tersebut.
1. Penguapan
Supaya perpindahan panas terjadi maka
refrigerantdiharapkan mempunyai suhu yang lebih rendah dari benda yang
didinginkan. Sifat dari suatu cairan bila tekanan tinggi maka suhu dan titik
didihnya akan tinggi sebaliknya bila tekanan rendah maka suhu dan titik
didihnya akan rendah pula. Oleh karena itu suhurefrigerant harus diturunkan
supaya suhunya lebih rendah dari pada suhu benda yang didinginkan dengan cara
menurunkan tekanannya. Benda yang ditempatkan diruangan tertutup dimana
“EVAPORATOR” terpasang akan terserap panasnya oleh cairan refrigerant. Karena
cairan refrigerant menyerap panas terus-menerus maka wujud refrigerant akan berubah
menjadi uap. Uap ini mengandung panas yang berasal dari benda yang didinginkan.
Uap yang dihasilkan oleh evaporator adalah uap bertekanan rendah dan bersuhu
rendah.
2. Kompresi
Uap refrigerant yang dihasilkan oleh
evaporator akan mengalir menuju “KOMPRESOR”. Didalam kompresor uap refrigerant
ditekan sehingga tekanan dan suhunya akan naik. Suhu yang dihasilkan diharapkan
lebih tinggi dari suhu pendingin kondensor. Kandungan panas dari uap yang
dikompresi dalam kompresor akan bertambah karena adanya panas yang dihasilkan
oleh gesekan komponen-komponen dalam kompresor. Uap yang dihasilkan oleh
kompresor adalah uap bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi
3. Pengembunan
Setelah ditekan, uap refrigerant akan
mengalir ke “KONDENSOR”.Panas yang dibawa oleh uap refrigerantdipindahkan ke
media pendingin di kondensor, karena suhu refrigerant lebih tinggi dibandingkan
dengan suhu media pendingin kondensor. Karena panasnya diambil, uap refrigerant
tersebut akan berubah wujudnya menjadi cairan bertekanan tinggi dan bersuhu
tinggi. Pada akhir pipa kondensor diharapkan semua uap refrigerantt telah
berubah menjadi cairan bertekanan tinggi. Media pendingin yang digunakan di
kondensor bisa berupa udara, cairan atau kombinasi antara keduanya.
4. Penurunan tekanan
Cairan bertekanan tinggi dari kondensor
akan mengalir ke “KATUP EKSPANSI”. Didalam katup ekspansi cairanrefrigerant
bertekanan tinggi diturunkan tekanannya. Karena diturunkan tekanannya maka suhu
dan titik didih cairan refrigerant tersebut akan turun dan diharapkan suhunya
lebih rendah dari suhu benda yang didinginkan. Katup ekspansi juga mengatur
jumlah refrigerant yang mengalir didalam evaporator supaya sesuai dengan jumlah
panas yang ada pada benda yang didinginkan.
Kesimpulan
1. Komponen-komponen pada refrigerasi
sistem kompresi adalah evaporator, kompresor, kondensor dan katup ekspansi.
2. Kegunaan komponen-komponen tersebut
adalah :
a. Evaporator
Alat untuk menguapkan refrigerant dan
untuk memindahkan panas dari benda yang didinginkan kerefrigerant.
b.
Kompresor
Alat untuk menghisap dan menekan uap
refrigerantsehingga bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi serta mensirkulasikan
refriegrant ke seluruh komponen.
c.
Kondensor
Alat untuk membuang panas benda yang
didinginkan keluar sistem, alat untuk merubah uap refrigerantbertekanan tinggi
menjadi cairan bertekanan tinggi.
d. Katup ekspansi
Alat untuk menurunkan tekanan cairan
refrigerantsehingga suhu dan tekanannya turun.
3. Rangkaian siklus refrigerasi sistem
kompresi adalah dari evaporator – kompresor – kondensor – katup ekspansi
kembali ke evaporator dan berulang terus-menerus.
4. Refrigerantyang berada pada
pengeluaran kompresor sampai dengan katup ekspansi berisi refrigerantbertekanan
tinggi.
5. Refrigerant yang berada pada katup
ekspansi sampai dengan saluran hisap kompresor berisi refrigerantbertekanan
rendah.
6. Bentuk refrigerant di kompresor
adalah uap bertekanan tinggi.
7. Bentuk refrigerant di kondensor
adalah cairan bertekanan tinggi.
8. Bentuk refrigerant di katup ekspansi
adalah cairan bertekanan rendah
9. Bentuk refrigerant di evaporator
adalah uap bertekananan
Analisa Termodinamika
Termodinamika siklus kompresi uap dapat dianalisis pada suhu versus entropi diagram seperti digambarkan pada Gambar 2. Pada titik 1
dalam diagram, refrigerant beredar memasuki kompresor sebagai uap jenuh. Dari
titik 1 ke titik 2, uap adalah isentropically dikompresi (yaitu, dikompresi pada
entropi konstan) dan keluar kompresor sebagai superheated uap.
Dari titik 2 ke titik 3, uap
superheated berjalan melalui bagian dari kondensor yang menghilangkan
superheated dengan pendingin uap. Antara titik 3 dan titik 4, uap berjalan
melalui sisa kondensor dan terkondensasi menjadi cair jenuh. Proses kondensasi
terjadi pada tekanan pada dasarnya konstan.
Gambar 2. Diagram temperature-entropi
Antara poin 4, dan 5 refrigeran cair
jenuh melewati katup ekspansi dan tiba-tiba mengalami penurunan tekanan. Proses
itu menghasilkan penguapan flash adiabatik dan auto-refrigerasi dari sebagian
cairan (biasanya, kurang dari setengah). Proses penguapan Flash adiabatik
adalah isenthalpic (yaitu, terjadi pada konstan entalpi ).
Antara poin 5, dan 1, perjalanan
refrigerant dingin dan sebagian menguap melalui koil atau tabung dalam
evaporator di mana ia benar-benar menguap oleh udara hangat dari sebuah kipas
yang bersirkulasi di koil atau tabung dalam evaporator. Evaporator ini
beroperasi pada tekanan dasarnya konstan.
Refrigerant uap jenuh yang dihasilkan kembali ke inlet kompresor pada titik 1
untuk kembali ke siklus termodinamika.
Perlu dicatat bahwa pembahasan di atas didasarkan pada
siklus refrigerasi kompresi uap-ideal yang tidak memperhitungkan item dunia
real account seperti penurunan tekanan geser pada sistem, ireversibilitas
internal sedikit selama kompresi uap refrigeran, atau non-ideal gas perilaku
(jika ada).
Keuntungan sistem kompresi uap
1.
Sangat
matang teknologi
2.
Relatif
murah
3.
Efisiensi
hingga 60% dari batas teoritis carnot
Kekurangan
Penggunaan refrigerant yaitu freon yang dapat menyebabkan
kerusakan lapisan ozon.
Mesin
Refrigerasi Pabrik Es
Mesin
refrigerasi adalah mesin yang memainkan peran utama dalam pabrik es, mesin ini
merupakan mesin yang dapat menciptakan sebuah siklus bernama siklus
refrigerasi, Refrigerasi adalah suatu proses penyerapan panas dari suatu zat
atau produk sehingga temperaturnya berada dibawah temperatur lingkungan. Mesin
refrigerasi atau disebut juga mesin pendingin adalah mesin yang dapat
menimbulkan efek refrigerasi tersebut, sedangkan refrigeran adalah zat yang
digunakan sebagai fluida kerja dalam proses penyerapan panas.
Gambar
3. Mesin refrigerasi
Mesin
refrigerasi pada pabrik es termasuk kedalam aplikasi dari refrigerasi industri
dimana menggunakan media kompresi uap. Pabrik es menggunakan siklus refrigerasi
kompresi uap dalam sistem refirigerasinya. Pada sistem ini digunakan sistem
pendinginan tidak langsung dengan menggunakan media air garam sebagai media
pendingin kedua ( secondary refrigerant ). Secondary refrigerant dibutuhkan
pabrik es karena pembekuan air dalam cetakan tidak dapat dilakukan langsung
oleh evaporator disebabkan karena terlalu besamya volume air yang harus
didinginkan. Air garam digunakan sebagai secondary refrigerant karena
rnempunyai titik beku dibawah titik beku air mentah dimana titik beku air garam
ditentukan oleh jenis garam dan konsentrasi garam. Satu siklus refrigrasi kompresi uap
adalah sebagai berikut:
a. Pemampatan
(kompresi). Uap refrigeran lewat panas bersuhu dan tekanan rendah yang berasal
dari proses pengupan dimampatkan oleh kompresor menjadi uap bersuhu dan
bertekanan tinggi agar kemudian mudah diembunkan, uap kembali menjadi cairan
didalam kondensor.
b. Pengembunan (kondensasi). Proses pengembunan
adalah proses pengenyahan atau pemindahan panas dari uap refrigeran bersuhu dan
bertekanan tinggi hasil pemampatan kompresor ke medium pengembun di luar
kondensor.
c. Pemuaian. Pemuaian adalah proses pengaturan
kesempatan bagi refrigeran cair untuk memuai agar selanjutnya dapat menguap di
evaporator.
d. Penguapan (evaporasi), pada proses ini,
refrigeran cair berada dalam pipa logam evaporator mendidih dan menguap pada
suhu tetap, walaupun telah menyerap sejumlah besar panas dari lingkungan
sekitarnya yang berupa zat alir dan pangan dalam ruangan tertutup berinsulasi.
Panas yang diserap dinamakan “panas laten penguapan.
Gambar
4. Siklus Refrigerasi
Kesimpulan
Metode pendinginan kompresi uap
merupakan yang paling banyak digunakan untuk AC
bangunan umum yang besar, rumah-rumah pribadi, hotel, rumah sakit, bioskop,
restoran dan mobil. Metode ini juga digunakan dalam kulkas domestik dan
komersial, gudang skala besar untuk penyimpanan makanan dan daging, truk dan
mobil pendingin, dan sejumlah layanan komersial dan industri lainnya. Kilang minyak , petrokimia, pabrik pengolahan kimia, dan pemrosesan gas alam adalah salah satu dari banyak jenis
industri yang sering memanfaatkan sistem yang besar-kompresi uap pendingin.
Metode ini menggunakan cairan sirkulasi refrigerant sebagai media yang menyerap dan menghilangkan panas dari
ruang yang akan didinginkan dan kemudian menolak panas di tempat lain.
Refrigerant yang digunakan adalah freon atau CFC. Digunakan freon karena
stabilitas dan sifat keamanan freon yaitu tidak mudah terbakar dan tidak
beracun.Keuntungan metode ini adalah teknologi yang digunakan matang, relatif
murah, effisiensinya hingga 60% dari batas teoritis carnot. Kekurangan metode ini
adalah digunakannya freon sebagai refrigerant karena freon berpengaruh besar
dalam pemanasan global.
Comments
Post a Comment
kuy!! Diskusi