Definisi Mesin Pendingin Dasar Teori

6

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Definisi Mesin Pendingin

Mesin pendingin adalah mesin yang di dalamnya terdapat siklus refrigeran, sehingga terjadi perubahan suhu dan tekanan. Mesin pendingin berguna untuk untuk menurunkan suhu dari bahan yang didinginkan. Proses perubahan suhu dan tekanan terjadi di dalam siklus saat mesin pendingin bekerja. Mesin pendingin menggunakan bahan pendingin refrigeran yang memiliki siklus dalam proses kerjanya menyerap panas dan melepaskan panas, serta terjadi perubahan tekanan rendah dan tekanan tinggi dalam bagian komponen tertentu pada mesin pendingin. Sirkulasi siklus tersebut terjadi berulang ulang. Refrigeran yang digunakan mesin pendingin jumlahnya tetap, namun yang berubah hanya bentuknya. Siklus kerja yang sering digunakan dalam kehidupan sehari hari adalah mesin pendingin dengan siklus kompresi uap. Prinsip kerja mesin pendingin adalah jika motor penggerak berputar maka akan memutar kompresor. Beroperasinya kompresor membuat suhu maupun tekanan refrigeran menjadi naik, hal ini disebabkan molekul-molekul dari refrigeran bergerak lebih cepat akibat proses kompresi. Kompresor mengkompresi refrigeran menuju kondensor untuk melepaskan kalor ke lingkungan sekitar kondensor. Kalor dari kondensor dapat mengalir ke lingkungan di sekitar kondensor karena suhu kondensor lebih tinggi dari suhu lingkungan. Setelah mengalami perubahan fase dari gas menjadi 7 cair, refrigeran keluar dari kondensor, refrigeran kemudian mengalir menuju pipa kapiler dengan melewati filter terlebih dahulu untuk mengalami proses penyaringan kotoran. Refrigeran di dalam pipa kapiler mengalami proses penurunan suhu dan tekanan. Proses di pipa kapiler berlangsung pada entalpi yang tetap. Fase refrigeran berubah dari fase campuran yaitu fase cair dan gas. Setelah melewati pipa kapiler, refrigeran mengalir ke evaporator, refrigeran mengalami perubahan fase dari campuran cair dan gas menjadi gas semuanya. Proses perubahan fase ini dapat terjadi karena adanya kalor yang mengalir dari lingkungan sekitar evaporator ke dalam evaporator. Kalor dapat mengalir karena suhu lingkungan lebih tinggi dari suhu kerja evaporator. Keluar dari evaporator, refrigeran dihisap kembali ke kompresor dan siklus kompresi berlangsung kembali seperti semula. Komponen utama mesin pendingin dengan siklus kompresi uap terdiri dari kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaporator, beberapa peralatan tambahan filter dan thermostat. 1. Kompresor Kompresor berfungsi untuk menaikan tekanan refrigeran dari tekanan rendah ke tekanan tinggi. Kompresor bekerja menghisap sekaligus mengkompresi refrigeran sehingga terjadi sirkulasi atau perputaran refrigeran yang mengalir di dalam pipa-pipa mesin pendingin. Jenis kompresor yang sering dipakai pada mesin pendingin adalah kompresor hermetik yang merupakan kompresor torak reciprocating compressor yang digerakkan oleh motor listrik. Jenis kompresor torak lainnya yaitu kompresor semi hermetik dan kompresor open type. 8 Kompresor torak dapat dilihat pada Gambar 2.1. Motor penggerak kompresornya berada dalam satu tempat atau rumah yang tertutup, bersatu dengan kompresor. Motor penggerak langsung memutarkan poros kompresor, sehingga jumlah putaran kompresor sama dengan jumlah putaran motornya. Kompresor bekerja secara dinamis menghisap sekaligus mengkompresi refrigeran sehingga terjadi sirkulasi refrigeran mengalir dalam pipa-pipa mesin pendingin. Fase yang terjadi ketika masuk dan keluar kompresor berupa gas. Kondisi gas yang keluar kompresor berupa gas panas lanjut. Suhu gas refrigeran yang keluar dari kompresor lebih tinggi dari suhu kerja kondensor. Gambar 2.1 Kompresor semihermetik 9 Gambar 2.2.a Kompresor hermetik Gambar 2.2.b Kompresor hermetik 10 Gambar 2.3 Kompresor open type 2. Kondensor Kondensor adalah alat yang berfungsi sebagai tempat pengembunan atau kondensasi refrigeran. Dalam kondensor berlangsung dua proses yaitu proses penurunan suhu refrigeran dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh dan proses berikutnya dari gas panas jenuh menuju ke cair jenuh. Proses pengembunan refrigeran dari kondisi panas jenuh menuju ke cair jenuh berlangsung pada tekanan tetap. Saat kedua proses tersebut berlangsung, kondensor membuang kalor dalam bentuk panas ke lingkungan sekitar. Jenis kondensor yang sering dipakai dalam kapasitas kecil adalah kondensor dengan bentuk jari-jari penguat, pipa dengan plat besi dan pipa bersirip. Tiga jenis kondensor berdasarkan media 11 pendinginnya, kondensor berpendinginan udara air cooled condenser, kondensor berpendinginan air water cooled condenser serta kondensor berpendinginan udara dan air evaporative condenser. Umumnya kondensor yang dipakai dalam mesin pindingin adalah kondensor dengan pipa jari-jari penguat berpendinginan udara, sedangkan untuk mesin AC menggunakan jenis pipa bersirip. Gambar 2.4 menunjukkan jenis kondensor dengan jari-jari penguat. Gambar 2.4 Kondensor dengan jari-jari penguat Gambar 2.5 Kondensor mobil 12 3. Pipa kapiler Menurut Stocker dan Jones 1989, pipa kapiler merupakan salah satu alat ekspansi. Alat ini mempunyai dua kegunaan, yaitu menurunkan tekanan refrigeran cair dan mengatur aliran refrigeran ke evaporator. Pipa kapiler umumnya mempunyai ukuran panjang 1 hingga 6 m, dengan diameter dalam 0,5 hingga 2 mm. Ketika refrigeran mengalir di dalam pipa kapiler terjadi pernurunan tekanan refrigeran dikarenakan adanya gesekan dengan bagian dalam pipa kapiler. Proses penurunan tekanan refrigeran dalam pipa kapiler berlangsung pada entalpi konstan atau tetap. Pada saat refrigeran masuk dalam pipa kapiler, refrigeran dalam fase cair penuh. Saat masuk ke dalam evaporator, refrigeran dalam fase cair dan gas. Jenis alat ekspansi lainnya yang dapat digunakan untuk menurunkan tekanan, yaitu hand valve, AXV automatic expansion valve, TXV thermostatic expansion valve. Katup ekspansi jenis AXV dan TXV biasanya digunakan pada unit mesin pendingin berkapasitas besar dan berkapasitas sedang. Gambar 2.6 Pipa kapiler dan hand valve 13 Gambar 2.7 Automatic expansion valve Gambar 2.8 Thermostatic expansion valve 14 4. Evaporator Evaporator merupakan tempat perubahan fase dari cair menjadi gas, atau dapat disebut juga sebagai tempat penguapan. Saat perubahan fase, diperlukan energi kalor. Energi kalor tersebut diambil dari lingkungan evaporator yaitu berupa benda-benda yang ada di dalam evaporator mesin pendingin. Hal tersebut terjadi karena temperatur refrigeran lebih rendah dari pada temperatur sekelilingnya, sehingga panas dapat mengalir ke refrigeran. Proses penguapan refrigeran di evaporator berlangsung dalam tekanan tetap dan suhu tetap. Berbagai jenis evaporator yang sering digunakan pada mesin pendingin adalah jenis pipa dengan sirip, pipa-pipa dan permukaan datar. Gambar 2.9 Evaporator dengan permukaan datar, evaporator pipa-pipa dan evaporator dengan sirip 5. Filter Filter adalah alat yang berguna untuk menyaring kotoran yang terbawa saat proses sirkulasi refrigeran. Dengan adanya filter, bahan pendingin yang membawa kotoran akan tersaring dan kemudian bahan pendingin yang telah melewati filter menjadi lebih bersih sehingga proses sirkulasi refrigeran dapat berlangsung dengan maksimal. Selain itu jika tidak ada filter, kotoran akan masuk ke dalam pipa kapiler dan dapat membuat pipa kalor menjadi tersumbat dan 15 menyebabkan sistem menjadi tidak bekerja. Oleh sebab itu filter di tempatkan sebelum pipa kapiler. Gambar 2.10 Jenis-jenis filter 6. Thermostat Thermostat adalah suatu alat yang mempunyai fungsi untuk mengatur batas suhu dalam ruang evaporator, mengatur lamanya kompresor berhenti dan mengatur kerja kompresor. Pada thermostat dilengkapi dengan tabung yang berisi cairan yang mudah menguap. Tabung tersebut ditempatkan pada ruang mesin pendingin ruang evaporator kemudian disalurkan oleh pipa kapiler ke ruang gas. Prinsip kerja thermostat adalah jika ruang dalam mesin pendingin mencapai titik beku dalam evaporator sudah mencapai suhu yang ditentukan, maka cairan dalam tabung thermostat akan beku. Cairan yang membeku akan menyusut, dengan terjadinya penyusutan berarti gas dari ruang gas akan mengalir ke pipa kapiler yang kosong. Ruang gas akan menjadi kendur, pegas akan menekannya sehingga kontak sakelar akan membuka dengan demikian terputuslah hubungan listrik dari PLN. Terputusnya arus listrik maka kompresor akan berhenti bekerja dalam waktu yang relatif lama dan apabila mang pendingin atau 16 evaporator suhunya naik dan tidak pada titik beku, fluida dalam thermostat akan menjadi cair yang berarti ruang gas memberi tekanan pada sakelar kontak sehingga saklar menutup dan menghubungkan kembali arus listrik dari PLN. Kompresor akan bekerja kembali dan demikian berturut -turut kerja thermostat. Gambar 2.11 Thermostat

2.1.2 Refrigeran