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