mengorbankan banyak biaya untuk mendapatkan kondisi lebih dingin dari lingkungan.Berikut adalah aplikasi dari refrijerasi :
Industri Manufaktur, misalnya untuk mendinginkan fluida yang disemprotkan pada kontak antara mesin perkakas dengan logam yang
diproses. Industri Makanan, misalnya penurunan temperatur agar bakteri tidak dapat
berkembang biak dan membekukan makanan. Industri Pengeringan, misalnya mengurangi kandungan uap air di udara
dengan mendinginkannya sampai di bawah temperatur saturasi. Industri Konstruksi, misalnya dalam pembuatan balok-balok concrete
yang mendinginkan dulu komponennya agar setelah selesai dicetak, thermal stress
di dalam balok akan kecil. Industri Pengkondisian Udara, misalnya mengkondisikan udara ruangan
agar nyaman dengan menurunkan suhu dan kelembabannya.
2.1.3 Sejarah Teknik Pendingin
Sejarah teknik pendinginan berkembang sejalan dengan perkembangan peradaban manusia di wilayah sub-tropik. Secara alamiah, manusia yang
tinggal di wilayah sub-tropik menyadari bahwa bahan pangan yang mudah rusak ternyata dapat disimpan lebih lama dan lebih baik pada saat musim
dingin dibandingkan dengan pada saat musim panas. Kesadaran inilah yang memandu manusia pada saat itu mulai memanfaatkan “es alam” untuk
memperpanjang masa simpan bahan pangan yang mudah rusak
[4]
.
Universitas Sumatera Utara
Penggunaan es alam ini bahkan masih dilakukan hingga abad ke-20, dan bahkan menurut catatan IIR Intenational Institute of Refrigeration hingga awal abad
ke- 20 penggunaan es alam masih lebih banyak dibandingkan “es buatan”
[2]
. Es alam adalah es yang dihasilkan tanpa peralatan refrijerasi, baik yang diperoleh dari sungai
atau danau yang membeku pada musim dingin atau yang sengaja dibekukan secara alamiah akibat radiasi termal dari permukaan air ke langit
[4]
.
Di wilayah dengan kelembaban udara yang rendah, seperti Timur Tengah, sejarah pendinginan dimulai dengan pendinginan evaporatif, yaitu dengan
menggantungkan tikar basah di depan pintu yang terbuka untuk mengurangi panasnya udara dalam ruangan. Pada abad ke-15, Leonardo da Vinci telah merancang suatu
mesin pendingin evaporatif ukuran besar. Konon, mesin ini dipersembahkan untuk Beatrice d’Este, istri Duke of Milan Pita, 1981. Mesin ini mempunyai roda besar,
yang diletakkan di luar istana, dan digerakkan oleh air sekali-sekali dibantu oleh budak dengan katup-katup yang terbuka-tutup secara otomatis untuk menarik udara
ke dalam drum di tengah roda. Udara yang telah dibersihkan di dalam roda dipaksa keluar melalui pipa kecil dan dialirkan ke dalam ruangan
[4]
.
Perkembangan teknik pendinginan selanjutnya masih terjadi secara tidak sengaja, yaitu penggunaan larutan air-garam untuk mendapatkan suhu yang lebih
rendah. Menurut catatan Ibn Abi Usaibia, seorang penulis Arab, penggunaan larutan air-garam ini sudah dilakukan di India sekitar abad ke-4. Garam yang digunakan pada
larutan tersebut adalah potasium nitrat, sebagaimana dicatat oleh seorang dokter Italia bernama Zimara pada tahun 1530 dan dokter Spanyol bernama Blas Villafranca pada
tahun 1550. Fenomena pencampuran garam pada salju untuk mendapatkan suhu lebih
Universitas Sumatera Utara
rendah baru dapat dijelaskan oleh Battista Porta pada tahun 1589 dan Trancredo pada tahun 1607
[4]
.
Teknik pendinginan mulai berkembang secara ilmiah sejak abad ke-17, dimulai dari penelitian tentang pemantulan melalui efek panas dan dingin yang
dilakukan oleh Robert Boyle 1627-1691 di Inggris dan Mikhail Lomonossov 1711- 1765 di Rusia. Selanjutnya, penelitian mengenai termometri yang dimulai oleh
Galileo dikembangkan kembali oleh Guillaume Amontons 1663-1705 di Perancis, Isaac Newton 1642-1727 di Inggris, Daniel Fahrenheit 1686-1736 orang German
yang bekerja di Inggris dan Belanda, René de Réaumur 1683-1757 di Perancis dan Anders Celsius 1701-1744 di Swedia. Tiga ilmuwan yang disebutkan terakhir
merupakan penemu sistem skala pengukuran suhu, dan masing-masing namanya diabadikan pada sistem skala tersebut yaitu Fahrenheit, Reaumur dan Celsius. Setelah
Anders Celsius menemukan termometer skala centesimal pada tahun 1742 di Swedia, disepakati bahwa sistem skala yang digunakan pada Sistem Internasional adalah
Celsius
[4]
.
Pada awal abad ke-18, William Cullen 1710-1790 menemukan terjadinya penurunan suhu pada saat ethyl ether menguap. Cullen, bahkan, pada tahun 1755
berhasil mendapatkan sedikit es dengan cara menguapkan air di labu uap. Murid dan penerus Cullen, yaitu seorang Scotland yang bernama Joseph Black 1728-1799
berhasil menjelaskan pengertian panas dan suhu, sehingga sering dianggap sebagai penemu kalorimetri. Bidang ini akhirnya dikembangkan dengan sangat baik oleh para
ilmuwan Perancis, seperti Pierre Simon de Laplace 1749-1827, Pierre Dulong 1785-1838, Alexis Petit 1791-1820, Nicolas Clément-Desormes 1778-1841 dan
Victor Regnault 1810-1878
[4]
.
Universitas Sumatera Utara
Tulisan Sadi Carnot 1796-1832, seorang Perancis, yang sangat terkenal pada tahun 1824 menjadi inspirasi bagi banyak penelitian yang dilakukan mengenai
berbagai konsep termodinamika dan sistem pendinginan, termasuk James Prescot Joule Inggris, 1818-1889, Julios von Mayer Jerman, 1814-1878, Herman von
Helmholtz Jerman, 1821-1894, Rudolph Clausius Jerman, 1822-1888, Ludwig Boltzmann Austria, 1844-1906, dan William Thomson Lord Kelvin, Inggris, 1824-
1907
[4]
.
Penemuan-penemuan di atas menjadi awal yang sangat berharga dalam sejarah penemuan mesin-mesin pendinginan dan zat-zat pendinginnya. Perkembangan ini
dimulai dengan mesin pendingin mekanis, setelah seorang Amerika bernama Oliver Evans 1755-1819 mampu menjelaskan siklus refrijerasi kompresi uap. Pada tahun
1835, seorang Amerika lainnya yang bekerja di Inggris yaitu Jacob Perkins 1766- 1849 berhasil mendapatkan paten untuk mesin pendingin temuannya yang bekerja
berdasarkan siklus kompresi uap tersebut
[4]
.
Fluida kerja refrijeran yang digunakan Perkins pada mesin pendinginnya tersebut adalah ethyl ether. James Harrison 1816-1893, seorang Skotlandia yang
pindah ke Australia, berhasil membuat mesin pendingin yang dapat bekerja dengan baik pada skala industrial. Mesin tersebut dipatenkan oleh Harrison pada tahun 1855,
1856, dan 1857. Mesin pendingin Harrison, yang diproduksi di Inggris, masih menggunakan ethyl ether sebagai fluida kerja, dan mampu menghasilkan es maupun
larutan pendingin refrijeran sekunder
[4]
.
Dengan ditemukannya mesin pendingin sistem kompresi uap, terjadi perkembangan yang cepat dalam penemuan zat-zat pendingin refrijeran. Charles
Tellier 1828-1913, seorang Perancis, memperkenalkan penggunaan dimethyl ehter
Universitas Sumatera Utara
sebagai refigeran. Pada tahun 1862, Tellier juga meneliti penggunaan amonia NH3 sebagai refrijeran, meskipun penggunaannya secara luas pada skala industrial baru
dapat dilakukan oleh seorang Jerman Carl von Linde 1842-1934. Refrijeran amonia masih banyak digunakan hingga sekarang, khususnya pada industri pembekuan
pangan
[4]
.
Thaddeus Lowe 1832-1913 mulai menggunakan karbon-dioksida CO2 sebagai refrijeran. Meskipun sempat ditinggalkan, penggunaan karbon-dioksida
belakangan ini kembali dikembangkan sebagai refrijeran yang ramah lingkungan. Sulfur-dioksida SO2 pertama kali digunakan sebagai refrijeran oleh ahli fisika Swiss
Raoul Pierre Pictet 1846-1929, tetapi akhirnya tidak digunakan lagi sesaat sebelum perang dunia II. Metil-klorida Ch3Cl juga digunakan oleh orang Perancis C.
Vincent sebagai refrijeran pada tahun 1878, meskipun akhirnya hilang dari peredaran pada tahnun 1960-an
[4]
.
Didasarkan pada hasil penelitian Swarts yang dilakukan selama kurun 1893- 1907 di Ghent, suatu tim peneliti Frigidaire Corporation di Amerika, yang dipimpin
oleh Thomas Midgley berhasil mengembangkan refrijeran fluoro-carbon pertama pada tahun 1930. Refrijeran fluoro-carbon dianggap sebagai refrijeran yang aman
karena tidak bersifat toksik dan tidak mudah terbakar. Refrijeran CFC chloro-fluoro- carbon pertama, yaitu R12 CF2Cl2 mulai dilepas ke pasar pada tahun 1931, diikuti
dengan refrijeran HCFC hidro-chloro-fluoro-carbon pertama, yaitu R22 CHF2Cl pada tahun 1934. Pada tahun 1961, campuran azeotropik pertama, yaitu R502
R22R115, diperkenalkan ke pasar sebagai refrijeran
[4]
.
Refrijeran CFC, khususnya R12, dianggap sebagai zat yang sangat istimewa sebagai fluida kerja mesin pendingin sistem kompresi uap, hingga pemenang Nobel
Universitas Sumatera Utara
dari Amerika F.S. Rowland dan M.J. Molina mempublikasikan hasil penelitiannya pada tahun 1974. Rowland dan Molina menyimpulkan bahwa klorin yang dilepaskan
oleh zat halogenasi hidrokarbon menyebabkan terjadinya perusakan lapisan ozon di angkasa. Untuk menganggapi temuan ini, pada tahun 1987 telah disepakati Protokol
Montreal mengenai pelarangan penggunaan zat-zat yang bersifat merusak lapisan ozon
[4]
.
Refrijeran CFC dan HCFC termasuk pada kategori zat perusak ozon, sehingga penggunaannya sebagai refrijeran juga dilarang. Sebagai gantinya, disarankan
penggunaan HFC hidro-fluoro-carbon, yaitu refrijeran yang dihalogenasi tapi tidak diklorinasi. Akan tetapi, refrijeran HFC, baik yang murni R134a maupun
campurannya R410A, R407A, R404A, dll, juga menimbulkan efek lingkungan yaitu pemanasan global. Pada Protokol Kyoto, yang ditanda-tangani pada 11 Desember
1997, refrijeran HFC termasuk zat yang dilarang peredarannya karena menyebabkan pemanasan global. Indonesia, sebagai negara yang ikut meratifikasi Protokol
Montreal maupun Protokol Kyoto, berkewajiban untuk melaksanakan setiap fasal dalam protokol yang disepakati tersebut
[4]
.
Perkembangan lain dalam sistem kompresi uap adalah pada komponen peralatannya. Pada awalnya mesin pendingin sistem kompresi uap menggunakan
kompresor dengan piston yang besar dan lambat, tetapi sejak akhir abad ke-19 berubah menjadi lebih ringan dan cepat. Pada tahun 1934 A. Lysholm berhasil
mengembangkan kompresor ulir dengan rotor ganda di Swedia, sedangkan pada tahun 1967 B. Zimmern mengembangkan kompresor ulir rotor tunggal di Perancis
[4]
.
Kompresor scroll sebenarnya telah dipatenkan oleh seorang Perancis bernama Leon Creux pada tahun 1905, tetapi baru dapat dikembangkan pada tahun 1970-
Universitas Sumatera Utara
an. Kompresor sentrifugal dikembangkan atas dasar penelitian seorang Perancis bernama Auguste Rateau tahun 1890 dan orang Amerika bernama Willis Carrier
tahun 1911. Kompresor hermetik dikembangkan untuk mengatasi kebocoran refrijeran oleh Father Audiffren pada tahun 1905 di Perancis, dan digunakan sangat
banyak saat ini
[4]
.
2.1.4 Sistem Kerja Teknik Pendingin atau Refrijerasi Pada dasarnya sistem refrijerasi dibagi menjadi dua
[5]
, yaitu: 1.
Sistem refrijerasi mekanik Sistem refrijerasi ini menggunakan mesin-mesin penggerak atau dan alat
mekanik lain dalam menjalankan siklusnya. Yang termasuk dalam sistem refrijerasi mekanik di antaranya adalah:
a. Siklus Kompresi Uap SKU b. Refrijerasi siklus udara
c. Kriogenikrefrijerasi temperatur ultra rendah d. Siklus sterling
2. Sistem refrijerasi non mekanik
Berbeda dengan sistem refrijerasi mekanik, sistem ini tidak memerlukan mesin-mesin penggerak seperti kompresor dalam menjalankan siklusnya.
Yang termasuk dalam sistem refrijerasi non mekanik di antaranya: a. Refrijerasi tradisional
b. Refrijerasi termoelektrik c. Refrijerasi siklus absorbsi
d. Refrijerasi steam jet e. Refrijerasi magnetic dan Heat pipe
Universitas Sumatera Utara
Dari sekian banyak jenis-jenis sistem refijerasi, yang paling umum digunakan adalah refrijerasi dengan sistem kompresi uap. Namun seiring dengan berkembangnya
teknologi, para ilmuwan sedang berusaha mengembangkan teknologi mesin pendingin yang lebih ramah lingkungan. Dimulai dari pengembangan mesin pendingin hemat
energi, dimana konsumsi listrik oleh refrijerasi ditekan hingga sekecil mungkin. Pada masa kini, banyak ilmuwan mulai menciptakan mesin pendingin tanpa listrik dimana
tanpa listrik sekalipun barang- barang seperti sayur- sayuran dan buah- buahan dapat terjaga kesegarannya selalu. Teknik pendingin ini sebenarnya telah lama ditemukan
dan digunakan oleh manusia terutama manusia yang tinggal di daerah tropis.
2.2 Mesin Pendingin
