Mesin pendingin terdapat 4 komponen utama yang dipergunakan, yaitu kompresor, kondensor, evaporator, dan juga katup ekspansi. Sedangkan komponen – komponen pendukung yang terdapat dalam mesin pendingin, antara lain yaitu : filter dryer, oil separator, receiver tank, refrigeran sight glass, shut off valve, accumulator, dan lain-lain.
1. Kompresor
Kompresor berfungsi untuk menaikkan tekanan refrigeran dan mengalirkan refrigeran tersebut. “Kompresor adalah jantung dari sistem kompresi uap, dan pada refrigeran terdiri dari 4 jenis kompresor refrigerasi yang paling umum adalah kompresor torak (reciprocating compressor),” (Dossat, 2001). Kompresor mempunyai 2 fungsi utama dalam proses pendinginan, “fungsi pertama ialah memompa refrigeran yang terbentuk uap dari evaporator, agar temperatur dan tekanan yang diinginkan pada evaporator dapat dipertahankan secara terus menerus. Sedangkan fungsi yang kedua ialah untuk meningkatkan tekanan refrigeran yang berbentuk uap dengan cara diberi tekanan, dan secara
perlahan meningkatkan temperatur dari refrigeran yang berbentuk uap tersebut,” (Dossat, 2001).
Pada industri kompresor yang digunakan dapat digolongkan menjadi 3 macam, yaitu : reciprocating, rotary dan centrifugal. Ketiga kompresor tersebut memiliki kelebihan berbeda-beda, diantaranya pada reciprocating compressor banyak dipakai karena dapat diaplikasikan pada sistem yang memiliki tekanan evaporator di atas tekanan atmosfer, selain itu reciprocating compressor ini dapat juga diaplikasikan pada temperatur rendah sekalipun. Kompresor dapat diklasifikasikan menurut casing-nya menjadi 3 macam, yaitu :
• Open Compressors, pada kompresor ini motor penggerak dan kompresor, merupakan sebuah unit terpisah. Kompresor ini terbuat dari casing dan di baut menjadi satu dengan menggunakan gasket dari hermetic seals. Daya rotasi dari motor penggerak kompresor ditransmisikan ke kompresor dengan menggunakan mekanisme belt dan pulley atau dapat juga dengan menggunakan roda gigi. Open compressor ini banyak digunakan untuk kapasitas besar dan semua sistem yang menggunakan refrigeran ammonia.
• Hermetic compressors, pada kompresor ini memiliki motor penggerak elektrik dan unit kompresor yang tertutup dalam suatu tabung (enclosure/can), yang tidak dapat dibuka kembali untuk diperbaiki bila terjadi kerusakan. Kompresor tipe ini digunakan atau dipakai untuk halocarbon refrigeran dengan kapasitas rendah dan beberapa halocarbon refrigeran berkapsitas medium.
• Semihermatic compressors, kompresor tipe ini terbuat dari casing yang dibaut jadi satu menggunakan gasket yang terbuat dari hermetic seal. Tipe semihermatic compressor ini biasanya digunakan untuk refrigeran halocarbon dengan kapasitas medium dan tinggi.
Di dalam sistem pendingin dengan skala kecil, kompresor yang sering dipakai adalah kompresor dengan jenis hermetic compressors, karena harganya yang murah, dan kompresor jenis ini tidak membutuhkan ruang yang besar untuk pemasangannya. Gambar kompresor hermatic dapat dilihat pada gambar 2.6.
Gambar 2.6. Kompresor Hermatic
Sumber : Althouse, Modern Refrigeration And Air Conditioning 18th edition, hal 147
2. Kondensor
Kondenser adalah penukar kalor, maka keduanya memiliki beberapa sifat tertentu. Salah satu penggolongan kondensor dan evaporator dengan memperhatikan apakah refrigeran berada di dalam atau di luar pipa, dan apakah fluida yang mendinginkan kondensor atau yang didinginkan di evaporator berbentuk gas atau cairan. Kondensor dan evaporator yang paling banyak digunakan adalah penukar kalor jenis tabung dan pipa. Karena kondensor berfungsi sebagai penukar kalor, maka pada kompresor fase ini terjadi proses pencairan atau pengembunan refrigeran. “Uap refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi pada akhir kompresi dapat dengan mudah dicairkan dengan cara mendinginkannya dengan air pendingin atau dapat juga dengan udara pendingin yang ada pada temperatur normal. Jika digunakan kondensor dengan berpendingin air, maka air dialirkan ke suatu instalasi pendingin untuk pengeluaran kalor yang paling optimal ke atmosfir,” (Withman, 2001, p.297). Gambar kondensor dapat dilihat pada gambar 2.7. Pada saat refrigeran mengalami perubahan fasa, dari fasa uap menjadi fasa cair, tekanan dan temperatur pengembunan terjadi secara konstan.
Gambar 2.7. Aliran Refrigeran Pada Kompresor
Sumber : Whitman, Refrigeran And Air Conditioning Technology 5th edition, hal 506
3. Evaporator
Evaporator mempunyai fungsi sebagai penukar kalor pada siklus refrigerasi atau pendinginan. Tekanan cairan refrigeran yang diturunkan pada katup ekspansi, didistribusikan secara merata ke dalam pipa evaporator oleh distributor refrigeran. Dalam hal ini refrigeran akan menguap dan menyerap kalor dari udara ruangan yang dialirkan melalui permukaan luar dari pipa evaporator. Evaporator memiliki banyak konfigurasi. Gambar evaporator dapat dilihat pada gambar 2.8. jadi apabila udara ruangan tersebut didinginkan, maka air yang ada di dalam udara akan mengembun pada permukaan evaporator, kemudian air tersebut akan ditampung dan dialirkan keluar.
Gambar 2.8 Evaporator
4. Katup Ekspansi
Katup ekspansi berfungsi untuk mengekspansikan secara adiabatic. Cairan refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi sampai mencapai tingkat keadaan tekanan dan temperatur rendah. Selain itu, katup ekspansi mengatur permasukkan refrigeran sesuai dengan beban pendinginan yang harus dilayani oleh evaporator. Oleh karena itu, katup ekspansi mengatur agar evaporator dapat selalu bekerja sehingga diperoleh effisiensi siklus refrigeran yang maksimal. Katup ekspansi memiliki beberapa macam pada sistem refrigerasi diantaranya adalah TXV (Thermostatic Expansion Valve) dan pipa kapiler.
• TXV (Thermostatic Expansion Valve)
“Katup ekspansi TXV atau sering juga disebut katup ekspansi panas-lanjut. Katup ekspansi ini berfungsi mengatur laju aliran refrigeran cair yang besarnya sebanding dengan laju penguapan di dalam evaporator,” (Dossat, 2001, p.337). Katup ekspansi diperlukan untuk mereduksi bagian valve yang bertemperatur tinggi dengan bagian yang memiliki temperatur rendah pada sebuah sistem. TXV ini merupakan peralatan yang banyak dipakai. TXV dapat beroperasi bila merasakan temperatur dari superheated refrigerant vapour yang meninggalkan evaporator. Ketika TXV beroperasi, temperatur pada sisi luar dari valve lebih rendah dari pada yang berada di sisi dalam. Cara menggerakkan katup ekspansi termostatik adalah sebagai berikut : sebuah bola, pada gambar 2.9 adalah peraba diisi sebagian dengan cairan refrigeran yang sama dengan yang digunakan di dalam sistem. Fluida di dalam bola tersebut disebut fluida daya (power fluid). Bola peraba ini ditempelkan pada saluran keluar evaporator sehingga suhu bola dan fluida daya tersebut sangat dekat dengan suhu gas hisap (suction gas). Tekanan dari fluida ini memberikan dorongan ke sisi atas diafragma, sedangkan tekanan evaporator menekan dari bawah. Disamping itu terdapat sebuah pegas pada tangki katup yang memberikan sedikit gaya ke atas katup tetap tertutup sehingga terbentuk tekanan yang lebih tinggi dari arah atas diafragma, yang mengatasi gaya pegas dan tekanan evaporator. Agar tekanan di atas diafragma lebih tinggi, maka fluida daya harus bersuhu lebih tinggi dari suhu jenuh di dalam evaporator. Oleh karena itu gas hisap harus berfasa panas lanjut agar mendapat fluida daya di atas tekanan yang membuka katup. Gerakan katup tersebut
bertujuan untuk mempertahankan suhu atau temperatur yang medekati konstan di dalam evaporator. Bila jumlah refrigerans berkurang, maka katup ekspansi ini akan mengimbangi dengan cara membuka katup lebih besar.
Gambar 2.9 Katup TXV
Sumber : Whitman, Refrigeration And Air Conditioning Technology 5th edition, hal 445
• Pipa Kapiler
Katup ekspansi yang berupa pipa kapiler sering kali digunakan untuk sistem refrigerasi yang berkapasitas kecil. Pipa kapiler melayani hampir semua sistem refrigerasi yang berukuran kecil, dan penggunaanya meluas hingga pada kapasitas refrigerasi 10kW. Untuk memenuhi batasan-batasan yang diperlukan, banyak kombinasi antara lubang dan panjang pipa yang dapat dipakai. Sekali pipa kapiler dipilih dan dipasang, maka pipa tersetbut tidak dapat disetel lagi untuk mengatasi perubahan-perubahan pada tekanan buang, tekanan hisap, atau beban. Pipa kapiler ini memiliki beberapa keuntungan dan kerugian. Keuntungan dari pipa kapiler ialah bentuknya sederhana, tidak terdapat bagian-bagian yang bergerak, dan tidak mahal. Pipa-pipa tersebut memungkinkan tekanan di dalam sistem merata selama sistem tidak bekerja, sehingga motor penggerak kompresor mempunyai momen gaya awal yang kecil. Sedangkan kerugiananya ialah pipa kapiler tidak dapat diatur untuk kondisi beban pendinginan yang berubah-ubah,
mudah terganggu oleh adanya penyumbatan dari benda-benda asing, serta memerlukan jumlah pengisian refrigeran yang berada dekat batas.
5. Komponen-komponen Tambahan yang Digunakan dalam Mesin Pendingin
• Filter dan Dryer
Filter berfungsi untuk menyaring kotoran di dalam sistem, agar tidak sampai masuk ke dalam alat ekspansi dan kompresor. Kotoran tersebut dapat berupa logam yang hancur, potongan logam, sisa solder, flux, endapan, kerak, karat besi dan lain-lain. Namun filter ini hanya dapat menyaring kotoran dan benda padat yang lain, tetapi tidak dapat menyerap uap air, asam dan sebaginya. Hal ini bertujuan agar tidak menyebabkan penurunan tekanan atau membuat sistem menjadi tersumbat. Sedangkan dryer atau pengering berfungsi sebagai menyerap kotoran, seperti : air, uap air, asam, dan kotoran-kotoran lainnya.
Untuk dryer dipakai untuk menyaring butir-butir kotoran yang terdapat di dalam sistem. Di dalam dryer diisikan bahan pengering (dessicant) dan kawat saringan, agar dapat menyerap dan menyaring uap air, asam, kotoran, dan benda-benda lain yang tidak diperlukan di dalam sistem. Selain itu dryer juga dapat menyerap air, hasil uraian minyak pelumas, lumpur dan endapat-endapan ikut masuk pada saat sistem bekerja.
• Oil Separator
Berfungsi untuk memisahkan refrigeran dengan uap oli dari kompresor, dan juga membatasi oli yang terbawa bersama refrigeran. Oil separator akan diaktifkan bila temperatur evaporator berada di bawah -15oC. Minyak pelumas yang terdapat pada kompresor dapat bercampur dengan refrigeran karena pada saat keluar dari kompresor, temperatur refrigeran sangatlah tinggi dan dalam tekanan yang cukup tinggi. Bila refrigeran tidak melalui oil separator, maka uap dari oli (minyak pelumas) akan ikut mengalir keluar kompresor dan akan terbawa keseluruh sistem. Hal ini dapat menyebabkan endapan oli cair di bagian-bagian sistem. Gambar dari oil separator dapat dilihat pada gambar 2.10
Gambar 2.10. Oil Separator
• Receiver Tank
Receiver tank digunakan sebagai valve exspansion untuk refrigeran control. Receiver tank disediakan sebagai tempat menyimpan kelebihan refrigeran dalam sistem ketika aliran dari expansion valve yang menuju evaporator telah melampaui batas. Selain itu receiver tank berguna juga sebagai tempat menampung refrigeran cair, dan dapat juga menampung refrigeran untuk menanggulangi kebocoran sistem, sampai sumber kebocoran ditemukan dan diadakan perbaikan. Keberadaan receiver juga menjamin kondisi refrigeran memasuki alat ekspansi tidak mengandung uap selama di receiver terdapat cairan refrigeran. Pada receiver biasanya terdapat gelas ukur untuk mengetahui tinggi muka cairan refrigeran sudah mencapai batas minimal. Keberadaan receiver akan mengakibatkan seluruh muka kondenser dapat dimanfaatkan untuk perpindahan panas, karena tidak membutuhkan tempat penampungan refrigeran cair lagi di dalam kondenser dengan kehadiran receiver.
• Refrigeran Sight Glass
Dalam sebuah sistem pendingin, sight glass diletakkan sedekat mungkin pada liquid receiver. Karena pada lokasi ini, sistem dari pendingin akan menampakkan gelembung-gelembung vapor di dalam liquid stream. Sight glass dapat mengindetifikasi sebuah aliran solid dari liquid yang tiba-tiba sampai pada refrigeran control. “Sight glass digunakan untuk mengetahui apakah isi refrigeran
telah cukup di dalam sistem atau adakah hambatan di dalam saluran cair. Bila yang mengalir di dalam saluran cair adalah cairan, maka sight glass akan terlihat jernih,” (Dossat, 2001). Bila terlihat adanya gelembung pada sight glass maka hal ini menandakan kurang lancarnya aliran refrigeran. Gambar dari refrigeran sight glass dapat dilihat pada gambar 2.11.
Gambar 2.11. Refrigeran Sight Glass
Sumber : Whitman, Refrigeran And Air Conditioning Technology 5th edition, hal 498
• Shutt off Valve
Berfungsi sebagai pengisolir dari sistem apabila sistem tersebut mengalami kerusakan. Cara ini dapat digunakan untuk menghindari kehilangan refrigeran pada saat penggantian salah satu sistem. Pada bagian sistem yang dapat rusak dipasang duah buah shut off valve, masing-masing pada ujung masuk dan keluar. Pada saat shut down atau sistem tidak dioperasikan semua shut off valve ditutup, dengan tujuan bila terjadi kebocoran maka hanya refrigeran yang terkandung dalam sepenggal sistem (yang berada antara dua buah shut off valve) yang hilang. Gambar dari shut off valve dapat dilihat pada gambar 2.12.
Gambar 2.12 (a) Packless shut off valve, (b) Back seated shut off valve Sumber : Whitman, Refrigeration And Air Conditioning Technology 5th edition hal 505
• Accumulator
Berfungsi sebagai tempat penampung sementara, untuk menahan masuknya campuran dari refrigeran dan untuk mengembalikan campuran oil-refrigeran tersebut, sehingga kompresor dapat dikendalikan dengan aman. Selain itu akumulator juga berfungsi sebagai penampung refrigeran cair agar tidak masuk ke dalam kompresor, dan juga berfungsi sebagai peredam suara pada sisi tekanan rendah dari sistem. Memilih akumulator tidak hanya berdasarkan besarnya fitting yang sama dengan saluran hisap, dan juga tidak berdasarkan tabung yang cukup besar untuk menampung refrigeran cair, karena akumulator yang terlalu kecil ukurannya dapat menyebabkan penurunan tekanan yang besar dan tidak dapat berfungsi dengan sebagaimana mestinya. Dan juga sebaliknya akumulator yang terlalu besar dapat menyebabkan aliran refrigeran menjadi lambat dan minyak pelumas tidak dapat kembali ke dalam kompresor. Gambar dari akumulator dapat dilihat pada gambar 2.13.
Gambar 2.13. Accumulator
Sumber : Althouse, Modern Refrigeration And Air Conditioning 18th edition, hal 147