BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Mesin Pendingin Jenasah
Mesin pendingin jenasah adalah mesin pendingin yang memiliki fungsi mengkondisikan jenasah manusia dalam jangka waktu yang cukup lama. Mesin pendingin jenasah ini menggunakan tambahan satu dan dua buah kipas pendingin kondensor sebagai variasi penelitiannya. Bagian atas peti terbuat dari kaca transparan yang berguna agar jenasah yang dikondisikan dapat terlihat dari luar.
Siklus yang digunakan pada mesin pendingin jenasah adalah siklus kompresi uap, dan menggunakan fluida kerja refrigerant. Penggunaan refrigerant pada siklus kompresi uap sebagai fluida kerja yang mengalami proses kompresi, kondensasi, ekspansi dan evaporasi. Siklus kompresi uap diawali ketika kompresor dihidupkan. Dengan bekerjanya kompresor, suhu dan tekanan refrigerant akan naik. Refrigerant kemudian akan mengalir menuju kondensor untuk melepaskan kalor ke lingkungan sekitar kondensor. Kalor dari kondensor dapat mengalir ke lingkungan di sekitar karena suhu kondensor lebih tinggi dari suhu lingkungan. Setelah mengalami perubahan fase dari gas menjadi cair, refrigerant keluar dari kondensor. Refrigerant kemudian mengalir menuju pipa kapiler dengan melewati filter terlebih dahulu untuk mengalami proses penyaringan kotoran. Di pipa kapiler refrigerant mengalami proses penurunan tekanan dan suhu akibat adanya gesekan yang disebabkan oleh diameter pipa kapiler yang sangat kecil. Proses di pipa kapiler
berlangsung pada entalpi yang tetap. Fase refrigerant berubah dari fase cair ke fase campuran yaitu fase cair dan gas. Dari pipa kapiler refrigerant mengalir ke evaporator, Didalam evaporator refrigerant mengalami perubahan fase dari fase campuran (cair + gas) menjadi gas semuanya. Proses perubahan fase pada evaporator 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 refrigerant dihisap kembali ke kompresor dan siklus kompresi berlangsung kembali seperti semula.
2.1.2 Refrigerant
Refrigerant adalah fluida kerja yang dipergunakan di dalam mesin pendingin jenasah yang berfungsi untuk mengambil kalor dari evaporator dan membuangnya ke kondensor. Sifat aman yang dimiliki refrigerant merupakan syarat utama yang harus diperhatikan yaitu: tidak mudah terbakar, tidak beracun baik dalam keadaan murni maupun setelah bercampur dengan air. Tidak bereaksi dengan material dari komponen-komponen pendukungnya, dan tidak berkontaminasi dengan bahan makanan maupun produk yang disimpan jika terjadi kebocoran. Refrigerant yang dipakai dalam mesin pendingin jenasah adalah refrigerant R-134a. Refrigerant ini dilambangkan R-134a. pada tekanan 101,3 kPa mempunyai titik didih – 26,2 °C dan memiliki titik beku – 96,6 C. Refrigerant ini memiliki kelebihan tidak mudah terbakar, tidak merusak ozon, memiliki kestabilan yang tinggi, dan ramah lingkungan. Kelemahan R-134a harga belinya relatif mahal. Pada saat ini refrigerant ini banyak dipergunakan.
Gambar 2.1: Refrigerant
2.1.3 Siklus Kompresi Uap
Salah satu penerapan yang banyak digunakan dari termodinamika adalah refrijerasi (refrigeration) yang berfungsi untuk memindahkan kalor dari tempat bersuhu rendah ke tempat yang bersuhu tinggi. Pada mesin ini siklus refrijerasi yang digunakan adalah siklus kompresi uap. Sikuls ini digunakan karena pemakaiannya yang sangat luas dan fluida kerjanya bermacam-macam (misalnya: amonia, R12, R22, R502, R134a, dll). Pada siklus kompresi uap umumnya menggunakan refrigerant R134a sebagai fluida kerja karena lebih ramah lingkungan. Siklus kompresi uap memiliki 4 komponen utama, yaitu: evaporator, kompresor, kondensor dan pipa kapiler serta peralatan tambahan yaitu filter.
Pada siklus kompresi uap refrigerant bertekanan rendah akan dikompresikan kompresor sehingga menjadi refrigerant bertekanan tinggi, selanjutnya refrigerant bertekanan tinggi diembunkan menjadi cairan refrigerant bertekanantinggi saat melewati kondensor. Kemudian cairan refrigerant bertekanan tinggi tersebut tekanannya diturunkan oleh pipa kapiler agar cairan refrigerant bertekanan rendah tersebut dapat menguap kembali dalam evaporator menjadi uap refrigerant tekanan rendah.
Gambar 2.3: P-h Diagram
Dalam siklus kompresi uap, refrigerant mengalami beberapa proses yaitu:
a. Proses 1-2 merupakan proses kompresi isentropik (proses berlangsung pada entropi (s) konstan) refrigerant. Proses ini dilakukan oleh kompresor, refrigerant yang berupa gas bertekanan rendah mengalami kompresi yang mengakibatkan refrigerant menjadi gas panas lanjut bertekanan tinggi.
b. Proses 2-2a merupakan proses penurunan suhu. Proses ini berlangsung ketika refrigerant memasuki kondensor. Refrigerant gas panas lanjut yang bertemperatur tinggi diturunkan suhunya sampai memasuki titik gas jenuh, berlangsung pada tekanan yang konstan.
c. Proses 2a-3a merupakan proses kondensasi atau pelepasan kalor ke udara lingkungan sekitar kondensor pada suhu konstan. Pada saat yang sama terjadi perubahan fase dari gas jenuh menjadi cair jenuh. Perubahan fase ini dikarenakan temperatur refrigerant lebih tinggi dari pada suhu udara lingkungan sekitar kondensor. Berlangsung pada tekanan dan suhu yang konstan.
d. Proses 3a-3 merupakan proses pendinginan lanjut, proses ini terjadi pelepasan kalor sehingga suhu refrigerant keluar dari kondensor menjadi lebih rendah dan berada pada fase cair. Hal ini agar refrigerant dapat lebih mudah mengalir dalam pipa kapiler.
e. Proses 3-4 merupakan proses penurunan tekanan secara drastis dan berlangsung pada entalpi yang konstan, proses ini berlangsung selama di dalam pipa kapiler. Pada proses ini refrigerant mengalami perubahan fase dari cair menjadi fase
campuran (cair-gas). Akibat dari penurunan tekanan, suhu refrigerant juga mengalami penurunan.
f. Proses 4-1a merupakan proses evaporasi atau penguapan. Ketika proses ini berlangsung terjadi perubahan fase dari campuran (cair-gas) menjadi gas jenuh. Perubahan fase ini terjadi dikarenakan suhu refrigerant lebih rendah dari pada suhu udara lingkungan sekitar evaporator sehingga terjadi penyerapan kalor dari udara lingkungan sekitar evaporator. Proses ini berlangsung pada tekanan dan suhu yang konstan.
g. Proses 1a-1 merupakan proses pemanasan lanjut. Proses yang terjadi karena penyerapan kalor terus menurus pada proses 4-1a, refrigerant yang akan masuk ke kompresor berubah fase dari gas jenuh manjadi gas panas lanjut. Pada proses ini mengakibatkan kenaikan tekanan dan suhu refigerant.
2.1.4 Komponen Utama Siklus Kompresi Uap
a. Kompresor
Kompresor berfungsi untuk menaikkan tekanan refrigerant. Tekanan refrigerant naik dari tekanan kerja evaporator ke tekanan kerja kondensor. Proses yang terjadi pada kompresor dikenal dengan proses kompresi. Akibat dari tekanan yang naik, suhu refrigerant hasil kompresi juga akan mengalami kenaikan. Kompresor dapat bekerja karena ada daya listrik yang diberikan ke kompresor. Jenis kompresor yang sering digunakan pada mesin pendingin adalah kompresor hermetik. Fase refrigerant ketika masuk dan keluar kompresor berupa gas. Kondisi gas keluar kompresor berupa uap panas lanjut. Suhu gas refrigerant keluar dari
kompresor tinggi, lebih tinggi dari suhu kerja kondensor demikian pula dengan nilai tekanannya.
Ada 3 macam kompresor yang biasa digunakan dalam mesin pendingin saat ini, yaitu; (1) kompresor jenis terbuka (2) kompresor jenis hermetik (3) kompresor jenis semi hermetik.
1. Kompresor Jenis Terbuka
Jenis kompresor ini terpisah dari tenaga penggeraknya, dan masing-masing bergerak sendiri dalam keadaan terpisah dengan menggunakan puli.
Gambar 2.5 : Kompresor jenis terbuka 2. Kompresor Jenis Hermetik
Jenis kompresor hermetik adalah kompresor yang motor penggeraknya dan kompresornya berada dalam satu rumahan yang tertutup. Motor penggerak langsung memutar poros dari kompresor sehingga putaran motor penggerak sama dengan kompresor.
Gambar 2.6: Kompresor Jenis Hermetik
3. Kompresor Jenis Semi Hermetik
Jenis kompresor ini merupakan kompresor yang motor penggerak serta kompresornya berada dalam satu rumahan, akan tetapi motor penggeraknya terpisah dari kompresor. Kompresor digerakkan oleh motor penggerak dengan sebuah poros penghubung antara motor penggerak dengan kompresor.
Gambar 2.7 : Kompresor Jenis Semi Hermetik
b. Kondensor
Kondensor berfungsi untuk merubah fase refrigerant dari gas menjadi cair. Pada kondensor berlangsung dua proses utama yaitu proses penurunan suhu refrigerant dari gas panas lanjut ke gas jenuh dan proses dari gas jenuh ke cair jenuh berlangsung pada suhu yang tetap. Kalor yang dilepaskan kondensor dibuang keluar
melalui permukaan rusuk-rusuk dan diambil oleh udara sekitar. Kondensor yang sering dipakai pada mesin pendingin adalah jenis pipa dengan jari-jari penguat, pipa dengan pelat besi dan pipa dengan sirip-sirip.
Gambar 2.8 : Kondensor c. Evaporator
Evaporator adalah tempat terjadinya proses penguapan refrigerant dari cair menjadi gas. Pada saat perubahan fase proses memerlukan energi kalor. Energi kalor diambil dari lingkungan evaporator (bahan makanan/minuman yang terdapat di dalam evaporator). Evaporator berbentuk pipa yang diberi plat yang dikonstruksikan sedemikian rupa. Proses penguapan refrigerant di evaporator berlangsung pada tekanan dan suhu tetap. Jenis evaporator yang digunakan pada mesin pendingin adalah pipa dengan plat datar, pipa dan pipa bersirip.
d. Pipa Kapiler
Pipa kapiler berguna untuk menurunkan tekanan refrigerant. Pipa kapiler merupakan pipa berdiameter paling kecil dibandingkan pipa-pipa lainnya. Diameter untuk pipa kapiler yaitu 0,026 inch atau 0,028 inch. Kerusakan mesin pendingin paling banyak dijumpai pada pipa kapiler mudah bocor dan mudah tersumbat.
Gambar 2.10 : Pipa Kapiler
e. Filter
Filter berfungsi sebagai penyaring kotoran. Ditempatkan sebelum pipa kapiler, sehingga tidak ada kotoran yang akan dapat menyumbat pipa kapiler yang akan dilewati. Bentuk umum filter berupa tabung kecil dengan diameter antara 12-15 mm dan panjangnya kurang dari 14-12-15 cm.
2.1.5 Perhitungan Karakteristik Mesin Pendingin
Dengan diagram P-h, nilai entalpi di dalam siklus kompresi uap dapat diketahui. Dengan diketahui nilai entalpi maka kerja kompresi, pengeluaran energi kalor, penyerapan laju kalor, koefisien prestasi (COP), dan efisiensi dapat diketahui.
a. Kerja Kompresor (Win)
Kerja kompresor persatuan massa refrijerant merupakan perubahan entalpi,dari titik 1-2 yang dapat dihitung dengan Persamaan 2.1:
Win = h2 – h1 (2.1) Pada persamaan (2.1)
Win : Kerja kompresor persatuan massa refrigerant, kJ/kg. h1 : Nilai entalpi refrigerant saat masuk kompresor, kJ/kg. h2 : Nilai entalpi refrigerant saat keluar kompresor, kJ/kg.
b. Energi kalor persatuan massa refrigerant yang dilepas oleh kondensor (Qout). Energi kalor persatuan massa refrijerant yang dilepas oleh kondensor merupakan perubahan entalpi dari titik 2 ke titik 3. Perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan Persamaan 2.2 :
Qout = h2– h3 (2.2) Pada persamaan (2.2).
Qout : Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigerant, kJ/kg. h2 : Nilai entalpi refrigerant saat keluar kompresor, kJ/kg.
c. Energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator (Qin)
Energi kalor persatuan massa yang diserap oleh evaporator merupakan proses perubahan entalpi dari titik 4 ketitik 1, perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan Persamaan 2.3:
Qin= h1 – h4 (2.3) Pada persamaan (2.3).
Qin : Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigerant, kJ/kg. h1 : Nilai entalpi refrigerant saat masuk kompresor, kJ/kg.
h4 : Nilai entalpi refrigerant saat masuk evaporator, kJ/kg.
d. Coefficient Of Performance (COPaktual).
Koefisien prestasi siklus kompresi uap standar adalah pembanding antara panas yang dilepaskan dari ruang yang didinginkan dengan kerja yang disalurkan. Dapat dihitung dengan Persamaan 2.4:
COPactual = Qin / Win (2.4)
Pada persamaan (2.4).
COP aktual : Koefisien prestasi kerja mesin pendingin secara aktual.
Qin : Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigerant, kJ/kg. Win : Kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigerant, kJ/kg.
e. Coefficient Of Performance (COPideal).
Koefisien prestasi ideal pada siklus kompresi uap standar dapat dihitung dengan Persamaan 2.5 :
COPideal = (273,15 + Te ) / (Tc - Te). (2.5) Pada persamaan (2.5).
COPideal : Koefisien prestasi kerja mesin pendingin secara ideal. Te : Suhu evaporator, oC.
Tc : Suhu kondensor, oC.
f. Efisiensi Mesin Pendingin
Efisiensi dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.6:
Efisiensi = ( COPactual / COPideal ) x 100 % (2.6) Pada persaamaan (2.6).
COPideal : Koefisien prestasi kerja mesin pendingin secara ideal. COP aktual : Koefisien prestasi kerja mesin pendingin secara aktual.