Sistem Refrigerasi (Sistem Tata Udara)

2.1              Sistem Refrigerasi (Sistem Tata Udara)

Refrigerasi adalah proses pengambilan kalor atau panas dari suatu benda atau ruang untuk menurunkan temperaturnya. Kalor adalah salah satu bentuk dari energi, sehingga mengambil kalor suatu benda ekuivalen dengan mengambil sebagian energi dari molekul-molekulnya. Pada aplikasi tata udara (air conditioning), kalor yang diambil berasal dari udara. Untuk mengambil kalor dari udara, maka udara harus bersentuhan dengan suatu bahan atau material yang memiliki temperatur yang lebih rendah. Refrigerasi merupakan suatu kebutuhan dalam kehidupan saat ini terutama bagi masyarakat perkotaan. Karena itu kita perlu mempelajari sitem kerja refrigerasi dan sekaligus mengenal komponen-komponen refrigerasi.

Refrigerasi dapat berupa lemari es pada rumah tangga, mesin pembeku (freezer), pendingin sayur dan buah-buahan pada super market dan sebagainya. Peralatan ini dapat dijumpai mulai dari skala kecil pada rumah tangga hingga skala besar pada aplikasi di industri. Sistem refrigerasi kompressi uap juga digunakan pada aplikasi tata udara (air condition). Aplikasi tata udara untuk hunian manusia, mesin yang digunakan dapat ditemui mulai dari skala kecil seperti AC window dan AC spilit dan skala besar seperti ACC (Air Cooled Chiller) dan WCC (Water Cooled Chiller). Sistem  refrigerasi (tata udara) pada umumnya dibagi menjadi dua golongan utama yaitu:

a.         Penyegaran udara untuk kenyamanan

Menyegarkan udara ruangan untuk memberikan kenyamanan kerja bagi orang yang melakukan kegiatan tertentu.

b.         Penyegaran udara untuk industri

Menyegarkan udara ruangan karena diperlukan oleh proses, bahan, peralatan atau barang yang ada di dalamnya.

           

2.2       Pengertian Air Conditioner (AC)

            Air Conditioner (AC) merupakan suatu komponen/peralatan yang dipergunakan untuk mengatur suhu, sirkulasi, kelembaban dan kebersihan udara didalam ruangan. Air Conditioner (AC) mempertahankan kondisi udara baik suhu dan kelembabannya agar nyaman dengan cara sebagai berikut :

a.                   Pada saat suhu ruangan tinggi AC akan mengambil panas dari udara sehingga suhu ruangan turun, dan sebaliknya ketika suhu ruangan rendah AC akan memberikan panas ke udara sehingga suhu udara akan naik.

b.                  Bersamaan dengan itu kelembaban udara juga dikurangi sehingga kelembaban udara dipertahankan pada tingkat yang nyaman.

Sistem Air Conditioner (AC) digunakan untuk membuat temperatur udara di dalam suatu ruangan menjadi nyaman. Apabila suhu pada suatu ruangan terasa panas maka udara panas ini diserap sehingga temperaturnya menurun. Apabila udara dalam ruangan lembab maka kelembaban akan dikurangi sehingga udara dipertahankan pada tingkat yang menyenangkan. Udara lembab pada kendaraan menyebabkan kondensasi yang dapat menghalangi pandangan. Dengan menghidupkan sistem AC maka kondensasi ini dapat dihilangkan, karena udara yang dikeluarkan dari sistem AC adalah udara kering. Selain itu udaranya bersih karena sudah melewati sistem penyaringan (filter). Sistem Air Conditioner (AC) yang baik harus mempunyai syarat-syarat sebagai berikut :

1.         Dapat mengatur dan menyesuaikan suhu didalam ruangan.

2.         Dapat menjaga dan mengatur kelembaban udara.

3.         Memperlengkapi penukaran udara dengan baik.

4.         Dapat mengedarkan kembali udara yang telah ada di dalam ruang yang

sudah diberikan pengaturan udara.

5.         Dapat menyaring dan membersihkan udara.

2.3        Sistem Refrigerasi Air Conditioner (AC)

Sistem refrigerasi yang umum dan mudah dijumpai pada apliksai sehari-hari, baik untuk keperluan rumah tangga, komersial, dan industri, adalah sistem refrigerasi kompresi uap (vapor compression refrigeration). Pada sistem ini terdapat refrigeran (refrigerant), yakni suatu senyawa yang dapat berubah fase secara cepat dari uap ke cair dan sebaliknya. Pada saat terjadi perubahan fase dari cair ke uap, refrigeran akan mengambil kalor (panas) dari lingkungan. Sebaliknya, saat berubah fase dari uap ke cair, refrigeran akan membuang kalor (panas) ke lingkungan sekelilingnya.

Pada sistem refrigerasi mekanik kompresi uap terdapat rangkaian dari empat komponen utama, yaitu: evaporator, kompresor, kondenser, dan alat pengontrol aliran refrigeran (katup ekspansi). Masing-masing komponen mempunyai ciri dan fungsi sendiri-sendiri yang berbeda, tetapi secara terintegrasi dan dioperasikan bersama-sama akan dapat memindahkan energi termal. Dampak dari pengoperasian sebuah sistem refrigerasi pada sebuah obyek adalah, bila terambil sebagian energi yang terkandung di dalamnya, suhu obyek tersebut akan menurun. Sebaliknya, karena operasi sistem refrigerasi itu kemudian sejumlah energi termal terpindahkan ke lingkungan, maka lingkungan tersebut dapat menjadi lebih hangat. Komponen utama dari suatu sistem refrigerasi kompresi uap adalah:

a.         Evaporator

b.         Kompresor

c.         Kondenser

d.         Alat pengontrol aliran refrigeran (katup ekspansi)

Semua komponen tersebut dihubungkan oleh suatu sistem pemipaan (plambing).

2.3.1    Evaporator

Evaporator adalah komponen yang digunakan untuk mengambil kalor dari suatu ruangan atau suatu benda yang bersentuhan dengannya. Pada evaporator terjadi pendidihan (boiling) atau penguapan (evaporation), atau perubahan fasa refrigran dari cair menjadi uap. Refrigeran pada umumnya memiliki titik didih yang rendah. Sebagai contoh, refrigeran 22 (R₂₂) memiliki titik didih -41° C. Dengan demikian, refrigeran mampu menyerap kalor pada temperatur yang sangat rendah. Evaporator dapat berupa koil telanjang tanpa sirip (bare pipe coil), koil bersirip (finned coil), pelat (plate evaporator) shell and coil, atau shell and tube evaporator. Jenis evaporator yang digunakan pada suatu sistem refrigerasi tergantung pada jenis aplikasinya.

2.3.2    Kompresor

Kompresor dikenal sebagai jantung dari suatu sistem refrigerasi, dan digunakan untuk menghisap dan menaikkan tekanan uap refrigeran yang berasal dari evaporator. Bagian pemipaan yang menghubungkan antara evaporator dengaan kompresor dikenal sebagai saluran hisap (suction line). Penambahan tekanan uap refrigeran dengan kompresor ini dimaksud agar refrigeran dapat mengembun pada temperatur yang relatif tinggi. Refrigeran yang keluar dari kompresor masih berfasa uap dengan tekanan tinggi. Perbandingan antara absolut tekanan buang (discharge pressure) dan tekanan isap (suction pressure) disebut dengan ratio kompresi (compression ratio).

Refrigeran yang masuk kedalam kompresor harus benar-benar berfasa uap. Adanya cairan yang masuk ke kompresor dapat merusak piston, silinder, piston ring dan batang torak. Karena itu, beberapa jenis mesin refrigerasi dilengkapi dengan liquid receiver untuk memastikan refrigeran yang diisap oleh kompresor benar-benar telah berfasa uap. Dua jenis utama dari kompresor:

1.           Kompresor positif, dimana gas di hisap masuk kedalam silinder dan dikompresikan sehingga terjadi kenaikan tekanan.

2.                 Kompresor non positif, dimana gas yang dihisap masuk dipercepat alirannya oleh sebuah impeler yang kemudian mengubah energi kinetik untuk menaikkan tekanan.

Empat jenis kompresor refrigerasi yang paling umum adalah:

a.                   Kompresor torak (reciprocating compressor).

b.                  Kompresor sekrup (rotary screw compressor).

c.                   Kompresor sentrifugal.

d.                  Kompresor sudu (vane).

Kompresor pada sistem refrigerasi dapat berupa kompresor torak (reciprocating compresor), rotary, scrol, screw, dan centrifugal. Kompresor yang paling umum dijumpai dan terdapat dalam berbagai tingkat kapasitas adalah kompresor torak.

2.3.3    Kondenser

Kondenser berfungsi untuk mengembunkan atau mengkondensasikan refrigeran bertekanan tinggi dari kompresor. Pemipaan yang menghubungkan antara kompresor dengan kondenser dikenal dengan saluran buang (discharge line). Dengan demikian, pada kondenser terjadi perubahan fasa uap ke cair ini selalu disertai dengan penbuangan kalor ke lingkungan. Pada kondenser berpendingin udara (air cooled condenser), pembuangan kalor dilakukan ke udara. Pada kondenser berpendingin air (water cooled condenser), pembuangan kalor dilakukan ke air. Selama refrigeran mengalami perubahan dari fasa uap ke fasa cair, dimana terdapat campuran refrigeran dalam fasa uap dan cair, tekanan (tekanan pengembunan) dan suhunya (suhu pengembunan) konstan. Kalor yang dikeluarkan dari dalam kondensor adalah jumlah kalor yang diperoleh dari udara yang mengalir melalui evaporator. Uap refrigeran menjadi cair sempurna didalam kondensor, kemudian dialirkan kedalam melalui pipa kapiler /katup ekspansi. Terdapat 4 jenis kondenser yang ada diantaranya adalah:

1.         Kondensor Tabung dan Pipa Horizontal

Ciri-ciri kondensor tabung dan pipa adalah sebagai berikut:

a.                   Dapat dibuat dengan pipa pendingin bersirip, sehingga relatif berukuran kecil dan ringan.

b.                  Pipa air dapat dibuat lebih mudah.

c.                   Bentuknya sederhana (horizontal) dan mudah pemasangannya.

d.                  Pipa pendingin mudah dibersihkan.

2.         Kondensor Tabung dan Koil

Ciri-ciri kondensor tabung dan koil adalah sebagai berikut :

a.         Harganya murah karena mudah pembuatannya.

b.         Kompak karena posisinya yang vertikal dan mudah pemasanganya.

c.       Boleh dikatakan tidak mungkin mengganti pipa pendingin, sedangkan pembersihannya dilakukan dengan menggunakan deterjen.

3.         Kondensor Pipa Ganda

Ciri-ciri kondensor jenis pipa ganda adalah sebagai berikut :

1.         Konstruksi sederhana dengan harga memadai.

2.         Dapat mencapai kondisi superdingin karena arah aliran refrigeran dan air pendingin berlawanan.

3.         Penggunaan air pendingin relatif kecil.

4.         Kesulitan dalam membersihkan pipa; harus dipergunakan deterjen.

5.         Pemeriksaan terhadap korosi dan kerusakan pipa tidak mungkin dilaksanakan; penggantian pipa juga sukar dilaksanakan.

2.3.4    Alat pengontrol aliran refrigeran (katup ekspansi)

Untuk menurunkan tekanan dari refrigeran cair (yang bertekanan tinggi) yang dicairkan di dalam kondensor, agar dapat mudah menguap, maka dipergunakan alat yang dinamakan katup ekspansi atau pipa kapilar. Katup ekspansi ini dirancang untuk suatu penurunan tekanan tertentu. Katup ekspansi yang biasa dipergunakan adalah katup ekspansi termostatik yang dapat mengatur laju aliran refrigeran, yaitu agar derajat super panas uap refrigeran di dalam evaporator dapat diusahakan konstan. Dalam penyegar udara yang kecil, dipergunakan pipa kapiler sebagai pengganti katup ekspansi. Cairan refrigeran mengalir ke dalam evaporator, tekanannya turun dan menerima kalor penguapan dari udara, sehingga menguap secara berangsur angsur.

Selanjutnya, proses siklus tersebut di atas terjadi secara berulang-ulang. Jenis katup ekspansi yang paling popular untuk sistem refrigasi adalah katup berkendali lanjut panas, yang biasa disebut dengan katup ekspansi termostatik. Katup ekspansi termostatik mengatur laju aliran refrigeran cair yang besarnya sebanding dengan laju penguapan di dalam evaporator. Katup ekspansi mengatur supaya evaporator dapat selalu bekerja sehinga diperoleh efisiensi siklus refrigerasi yang maksimal. Apabila beban pendinginan turun, atau apabila katup expansi membuka lebih lebar, maka refrigeran didalam evaporator tidak menguap sempurna, sehingga refrigeran yang terisap masuk ke dalam kompresor mengandung cairan. Apabila hal tersebut terjadi dalam waktu cukup lama, sebagian uap akan mencair kembali, dan katup kompresor akan mengalami kerusakan.

2.3.5    Komponen Pendukung pada Sistem Refrigerasi

A.        Solenoid Valve

Pada sistem refrigerasi, solenoid valve atau katup solenoid dapat digunakaan untuk menyekat aliran refrigeran pada saat sistem tidak sedang bekerja. Pada berbagai aplikasi, katup solenoid juga dapat digunakan sebagai alat bantu untuk penghilangan bunga es pada evaporator dengan metode hot gas defrosts.

B.        Filter Dryer

Komponen ini berfungsi menyaring kotoran dan menghilangkan uap air yang kemungkinan masih tertinggal pada sistem refrigerasi. Filter dryer dipasang pada liquid line, yakni saluran yang menghubungkan antara keluaran kondenser dengan alat ekspansi.

C.        Sight Glass

Alat ini digunakan untuk mengamati secara visual kondisi refrigeran pada liquid line. Apabila ada pada sight glass terlihat ada gelembung, berarti kondensasi pada kondensor tidak berlangsung secara sempurna. Selain itu, dari warna yang tampak pada alat ini dapat dilihat apakah refrigeran pada sistem refrigerasi masih mengandung uap air atau tidak.

D.        Access Port / Service Valve

Alat ini digunakan untuk keperluan pemvakuman dan pengisian refrigeran. Alat ini juga dapat digunakan untuk keperluan pumpdown.

E.         Liquid Receiver

Alat ini digunakan untuk menampung refrigeran cair yang berasal dari kondenser. Liquid receiver dipasang padaliquid line sebelum filter dryer dan sight glass.

2.3.6    Peralatan Kontrol

Peralatan kontrol pada sistem refrigerasi umumnya digunakan untuk pengaman dan menjaga temperatur/kelembaban yang konstan pada harga yang diinginkan.

A.        Termostat

Termostat merupakan alat kontrol yang digunakan untuk menjaga temperatur ruangan atau produk pada kisaran harga yang diinginkan.

B.        Hlpstat

Hlpstat (high-low pressurestat) adalah alat kontrol yang memiliki fungsi menjaga sitem refrigerasi agar bekerja pada kisaran tekanan yang diinginkan.

C.        Motor Over Load Proteksi

Semua kompresor yang berjenis hermatik harus dilengkapi dengan pengaman yang dapat melindungi motor dari pemanasan yang berlebihan, apapun penyebabnya. Pengaman jenis ini pada umumnya dirancang untuk dapat dipasang langsung pada motor dan memiliki hantaran hantaran termal yang baik. Dengan demikian, peralatan ini tidak saja sensitif terhadap pemanasan akibat arus yang berlebihan, namun juga pemanasan yang diakibatkan oleh tekanan discharge yang terlalu tinggi dan sebab-sebab lainnya. Pengaman ini berbeda dengan starting relay, yang hanya dapat memberikan pengamanan terhadap arus yang berlebihan, namun tidak dapat melindungi motor dari pemanasan yang berlebihan.