PENGERTIAN REFRIGERASI DAN PRINSIP REFRIGERASI

Pengertian Refrigerasi

Refrigerasi adalah suatu usaha untuk memelihara tingkat suhu dari suatu produk atau ruangan agar suhunya lebih rendah dari suhu lingkungan sekitarnya dangan cara penyerapan panas dari bahan atau ruangan itu, dan dapat diartikan juga bahwa refrigerasi sebagai suatu pengelolaan terhadap panas (IIyas, 1993 ).

Prinsip Dasar Refrigerasi

Secara umum, prinsip refrigerasi adalah proses penyerapan panas dari dalam ruangan yang tertutup kedap lalu memindahkan serta mengenyahkan panas keluar dari ruangan tersebut. Proses merefrigerasi ruangan tersebut perlu tenaga atau energi, energi yang paling cocok untuk refrigerasi adalah tenaga listrik untuk menggerakkan kompresor unit refrigerasi (Ilyas, 1993 ).

Refrigerasi memanfaatkan sifat – sifat panas (thermal) dari refrigeran selagi bahan itu berubah keadaan dari bentuk cair menjadi gas dan sebaliknya dari gas menjadi cair.

Proses yang Berlangsung pada Sistem Refrigerasi

Menurut IIyas (1993), beberapa proses yang berlangsung dari unit mesin refrigerasi adalah sebagai berikut:

1). Penguapan 

Penguapan adalah proses refrigeran cair yang berada dalam evaporator menguap pada suhu tetap. Meskipun telah menyerap panas dari produk atau ruangan yang didinginkannya, penyerapan panas selama penguapan tersebut tidak disertai oleh kenaikan suhu 

2). Pemampatan

Pemampatan adalah suatu proses refrigeran yang berupa uap dingin dari evaporator di hisap oleh kompresor dan kemudian di mampatkan sehingga suhu dan tekanannya berubah menjadi tinggi. Setelah di mampatkan kemudian refrigeran tersebut di tekan menuju kondensor 

3). Pengembunan

Proses pengembunan pada dasarnya adalah mengenyahkan panas dari refrigeran yang bersuhu dan bertekanan tinggi di dalam kondensor dimana medium pengembunannya dapat berupa air atau udara sehingga panas refrigeran diserap oleh medium tersebut 

4). Pemuaian

Pemuaian adalah suatu proses pengaturan bentuk refrigeran supaya memuai atau mengabut dengan tujuan untuk mempercepat terjadinya uap refrigeran dingin di evaporator. Cara kerjanya yaitu tekanan cairan refrigeran dijatuh tekankan pada katup ekspansi sehingga suhunya menjadi di bawah suhu ruangan yang direfrigerasi.

Bahan Pendingin ( Refrigerant )

Bahan pendingin adalah media pendingin yang berbentuk cairan maupun gas dan memiliki titik didih sangat rendah pada tekanan 1 Atm. Dewasa ini banyak digunakan baha refrigeran yang mengandung CFC. Namun dewasa ini sangt gencar dibicarakan oleh pakar – pakar lingkungan hidup mengenai penipisan lapisan ozon yang dirusak oleh gas – gas klorine yang dilepaskan manusia maupun melalui proses alamiah. Pada mulanya para ilmuan berpendapat penipisan ozon utama adalah disebabkan nitrogen oksida yang berasal dari pesawat supersonik. Belakangan ini perhatian ilmuan beralih pada zat kimia yang dibuat oleh manusia, yaitu Clorofluoro Carbon ( CFC ). Dampak penipisan ozon sangat berpengaruh negatif terhadap kesehatan manusia, kehidupan tumbuh – tumbuhan, dan binatang. Selain itu, juga berdampak negatif terhadap iklim, yaitu meningkatkan suhu rata - rata dan perubahan iklim global serta pencemaran udara ( Sumanto, 2004 ).Sumanto ( 2004 ) mengatakan bahwa, bahan pendingin dibagi menjadi dua yaitu :

1. Amonia ( R 717 atau NH3 )

Amonia ( R 717 ) digunakan secara luas pada mesin refrigerasi yang besar ( industri ). Titik didih normalnya adalah 33ºC. Amonia mempunyai karakteristik bau meskipun pada konsentrasi yang kecil di udara. Tidak dapat terbakar, tetapi meledak ketika bercampur dengan udara dengan prosentase volume 13 : 28. Karena efek korosi dari amonia, maka tembaga atau campuran tembaga harus tidak digunakan pada mesin – mesin yang menggunakan amonia.

2. Fluorinated ( CFC )

Fluorinated adalah refrigeran yang aman dan tidak beracun yang banyak dipakai sekarang ini. Adapun di pasaran dikenal dengan Freon, genetron, frigen, areton, isotron, asahi frond dan lain - lain.     

Jenis refrigeran ini terdiri dari :

• R 11 ( tricloromono fluoro metane = CCI3F)
• R 12 ( Dichloro difluoro methane = CCL2F2 )
• R 22 ( Monochloro difluoro methane = CHCLF2 )
• R 502(Campuran antara CCL2F2 - CF3 = 51,2 % dan CHCLF2 = 48,8 %)

Syarat – Syarat Bahan Pendingin ( Refrigerant )

Sumanto ( 2004 ) mengatakan bahwa, untuk keperluan suatu jenis pendinginan ( misal untuk pendinginan udara atau pengawetan beku ) diperlukan refrigeran dengan karakteristik termodinamika yang tepat. Adapun syarat – syarat umum untuk refrigeran adalah :

1. Tidak beracun dan tidak berbau merangsang
2. Tidak dapat terbakar atau meledak bila bercampur dengan udara, pelumas, dan sebagainya
3. Tidak menyebabkan korosi terhadap bahan logam yang dipakai pada sistem pendingin
4. Bila terjadi kebocoran mudah dicari
5. Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah
6. Mempunyai susunan kimia yang stabil, tidak terurai setiap kali dimampatkan, diembunkan, dan diuapkan
7. Perbedaan antara tekanan penguapan dan tekanan pengembunan ( kondensasi ) harus sekecil mungkin
8. Mempunyai panas laten penguapan yang besar, agar panas yang diserap evaporator dapat maksimal
9. Tidak merusak tubuh manusia
10. Konduktivitas thermal yang tinggi
11. Viskositas dalam fase cair maupun fase gas rendah, agar tahanan aliran refrigeran dalam pipa sekecil mungkin
12. Konstanta dielektrika dari refrigeran yang kecil, tahanan listrik yang besar, serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik
13. Harganya tidak mahal dan mudah diperoleh.

Minyak Pelumas Kompresor

Minyak pelumas mesin refrigerasi bersirkulasi hanya untuk melumasi bagian – bagian kompresor yang bergesekan. Sebagian dari minyak pelumas bercampur dengan refrigeran dan masuk kedalam kondensor dan evaporator. Minyak pelumas harus memiliki sifat yang baik dan tidak menyebabkan terjadinya gangguan – gangguan.

Syarat – Syarat Minyak Pelumas

E. Karyanto ( 2004 ) mengatakan bahwa, minyak pelumas kompresor yang baik harus memiliki sifat – sifat berikut ini :

1. Mempunyai struktur kimia yang stabil ( Good chemical stability ), tidak mudah bereaksi dengan bahan pendingin ( refrigerant ) atau benda lain yang banyak dipakai pada sistem pendingin
2. Tidak merusak tembaga pada suhu 250ºF ( 121ºC )
3. Mempunyai titik gumpal ( Block Point ) yang rendah -70ºF ( -57ºC )
4. Tidak mengandung air, tir, lilin, dan lain – lain kotoran
5. Mempunyai pour point ( suhu terendah ) dimana minyak masih dapat mengalir dengan suhu yang rendah 
6. Tidak berbusa, karena jika berbusa minyak pelumas dapat terbawa oleh bahan pendingin masuk ke kompresor, dapat merusak katup kompresor
7. Mempunyai dielektrik ( tidak menghantarkan listrik ) yang kuat
8. Mempunyai kekentalan ( Viscosity ) pada 100ºF ( 37,8ºC )

Cara Pelumasan pada Kompresor

Moelyanto ( 2001 ) mengatakan bahwa, suatu kompresor dapat dilumasi dengan salah satu atau kombinasi dari cara – cara berikut di bawah ini :

1. Percikan

Rumah engkol pada sistem ini berfungsi sebagai penampung minyak pelumas sampai kira – kira sama tinggi dengan dasar lager utama. Setiap gerakan poros engkol, batang torak, atau bagian lainnya akan tercelup pada pelumas sehingga menyebabkan percikan ke arah dinding silinder, metal, lager dan sebagainya. Kadang – kadang batang torak diberi alur untuk membawa pelumas ke pena torak. 

2. Aliran

Pelumas dari penampung dinaikkan dengan suatu cincin, piringan, ulir, atau alat lain yang berputar ke dalam penampung yang terletak lebih tinggi. Dari sini pelumas tersebut dialirkan secara gravitasi ke bagian – bagian yang memerlukan pelumasan.

3. Tekanan

Pelumasan sistem ini menggunakan pompa pelumas yang terletak pada ujung poros engkol untuk mengalirkan pelumas dari penampung ke bagian yang bergesekan melalui tabung atau saluran di dalam poros engkol dan batang torak. Sebuah penyaring dipasang pada bagian penghisapan pompa dan ada kalanya dipasang lagi penyaring setelah pompa.

Komponen – Komponen Mesin Refrigerasi 

Komponen Utama Mesin Refrigerasi

Secara garis besar komponen utama mesin refrigerasi dapat dikelompokkan antara lain:

1. Kompresor

Kompresor adalah komponen yang berfungsi untuk menghisap, memampatkan kemudian menekan uap refrigeran agar bersirkulasi ke seluruh sistem refrigerasi sehingga diharapkan terjadi perbedaan antara sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah (IIyas, 1993). Berikut adalah jenis - jenis kompresor menurut konstruksinya yang sering dipakai:

a) Kompresor torak 

Kompresor torak adalah suatu kompresor yang proses pengisapan dan penekanan terhadap refrigeran menggunakan torak. Sebagian besar unit refrigerasi berkapasitas besar menggunakan kompresor torak. Kompresor torak memiliki cara kerja yang sama dengan motor dua tak. Kompresor memiliki silinder, yang didalamnya piston bergerak turun – naik. Gerak turun – naiknya piston disebabkan oleh kerja motor listrik di dalam kompresor. Pada saat piston bergerak turun / ke bawah terjadi penurunan dalam silinder, tepatnya antara piston dengan tutup silinder. Katup isap membuka dan bahan pendingin diisap masuk melalui katup isap dalam silinder. Pada saat piston bergerak ke atas / naik, gas yang ada di dalam silinder termampatkan dan ditekan ke atas. Katup tekan terbuka, gas tertekan keluar melalui katup tekan ini ( Vitex, 2002 ).

b) Kompresor putar (Rotary)

Kompresor putar adalah kompresor yang menggunakan sepasang rotor yang berputar untuk mengisap dan menekan refrigeran. Konstruksi kompresor Rotari lebih sederhana dan suaranya lebih halus (Stoecker. et al, 1996 ).

c) Kompresor sekrup

Kompresor sekrup adalah kompresor yang bagian hisap dan tekan berupa sepasang sekrup berulir. Kompresor ini mempunyai sedikit bagian yang bergesekan, kompresi stabil terhadap pengaruh cairan yang terserap dalam refrigeran. Mekanisme kompresi ada tiga langkah yaitu langkah hisap, pemampatan dan tekan.

d) Kompresor semi hermetik

Kompresor semi hermetik adalah jenis kompresor yang motor listrik dan kompresornya berdiri sendiri – sendiri, tetapi dihubungkan sehingga seolah – olah menjadi satu bagian. Untuk memutarkan kompresor, poros motor listrik dihubungkan dengan poros kompresornya langsung ( Sumanto, 2004 )

e) Kompresor hermetik

Kompresor hermetik adalah kompresor yang rotor motor listrik dengan kompresor ada dalam satu rumah dan penyambungan rumahnya dilakukan dengan pengelasan, sehingga terjadi kedap udara. Kompresor ini tak dapat dibuka kecuali dengan memotongnya.

Sedangkan kompresor menurut tingkatan kompresinya (Mycom W Series Manual) meliputi :

a. Kompresor satu tingkat (Single Stage)

Kompresor satu tingkat adalah sebuah kompresor yang satu buah saluran hisap dan satu buah saluran tekan. Uap refrigeran masuk melewati suction strainer (saluran pembagi ke masing – masing silinder). Kemudian masuk ke suction chamber yaitu ruangan hisap, diteruskan ke dalam ruang silinder. Kemudian dimampatkan dalam ruang silinder selanjutnya ditekan melalui saluran tekannya.

b. Kompresor dua tingkat (Double Stage)

Kompresor dua tingkat adalah kompresor yang dua saluran hisap dan dua saluran tekan. Uap hasil dari penghisapan dan penekanan pertama yang berupa uap bersuhu dan bertekanan tinggi di dinginkan di dalam gas cooler yaitu pendingin gas atau uap refrigeran sementara. Uap refrigeran yang bersuhu rendah dan bertekanan tinggi kemudian dihisap ke saluran hisap dan tekan berikutnya untuk mendapat uap refrigeran yang bersuhu dan bertekanan tinggi. Uap refrigeran tersebut selanjutnya disalurkan ke oil separator dan seterusnya.

Kondensor

Kondensor adalah suatu alat yang berfungsi untuk melepaskan panas yang diserap refrigeran di evaporator dan panas yang terjadi selama kompresi ( E. Karyanto 2004 ). Jenis- jenis kondensor yang kebanyakan dipakai adalah sebagai berikut:

a) Kondensor pipa ganda ( Tube and Tube)

Jenis kondensor ini terdiri dari susunan dua pipa koaksial, dimana refrigeran mengalir melalui saluran yang berbentuk antara pipa dalam dan pipa luar, dari atas ke bawah. Sedangkan air pendingin mengalir di dalam pipa dalam dengan arah yang berlawanan dengan arah aliran refrigeran. 

b) Kondensor tabung dan koil ( Shell and Coil )

Yaitu bentuk konstruksi dari kondensor yang tersusun dari satu atau lebih koil – koil bare tube atau fine tube yang dimasukkan ke dalam tabung baja yang di las. Air ( water ) bersirkulasi melalui koil, sementara bahan pendingin ( refrigerant ) di simpan dalam tabung dan merendam koil air tersebut sehingga terjadi perpindahan panas ( E. Karyanto, 2004 ).

c) Kondensor pendingin udara

Kondensor pendingin udara adalah jenis kondensor yang terdiri dari koil pipa pendingin yang bersirip pelat (tembaga atau aluminium). Udara mengalir dengan arah tegak lurus pada bidang pendingin, gas refrigeran yang bertemperatur tinggi masuk ke bagian atas dari koil dan secara berangsur mencair dalam alirannya ke bawah.

d) Kondensor tabung dan pipa horizontal (Shell and Tube)

Kondensor tabung dan pipa horizontal adalah kondensor tabung yang di dalamnya banyak terdapat pipa – pipa pendingin, dimana air pendingin mengalir dalam pipa – pipa tersebut. Ujung dan pangkal pipa terikat pada pelat pipa, sedangkan diantara pelat pipa dan tutup tabung dipasang sekat untuk membagi aliran air yang melewati pipa – pipa