BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1.3 Refrigeran
Refrigeran dalam mesin pendingin digunakan sebagai fluida kerja. Refrigeran itu sendiri merupakan fluida yang dipakai untuk menghisap panas dari suatu tempat atau suatu benda. Jika bertitik tolak pada pendingin dengan menggunakan siklus kompresi uap (vapor compression cycle), refrigeran merupakan media kerja yang berubah phase secara bolak balik (Ricky Gunawan, 1988). Pada mesin pendingin kompresi uap, refrigeran menerima kerja dari
kompresor. Komponen dari mesin pendingin yang menggunakan siklus kompresi uap menyebabkan refrigeran mengalami perubahan phase. Pada saat refrigeran keluar dari compresor, phase refrigeran berupa gas. Pada saat refrigeran berada di kondensor, refrigeran mengalami perubahan phase menjadi cair jenuh. Beban suhu yang ada di evaporator digunakan untuk menguapkan refrigeran, sehingga phase refrigeran menjadi uap kembali.
2.1.3.1. Refrigeran Primer
Refrigeran primer merupakan refrigeran yang digunakan dalam sistem kompresi uap (Stoecker dan Jones, 1989). Refrigeran primer menerima kerja pada mesin pendingin siklus kompresi uap. Tekanan refrigeran naik saat keluar dari compresor. Dengan naiknya tekanan maka uhu refrigeran juga mengningkat. Tekanan refrigeran menurun ketika melewati katup ekspansi atau pipa kapiler. Suhu refrigeran juga menurun ketika tekanan refrigeran menurun.
Pada penelitian ini, refrigeran primer yang digunakan adalah refrigeran R-134a dan refrigeran R-600a. Sekunder refrigeran itu dibandingkan untuk mencari
nilai COP. COP didapat dari laju aliran kalor
QC dibagi dengan daya compresor
Win yang digunakan. Fungsi utama dari refrigeran primer adalah mendinginkan refrigeran sekunder. Refrigeran primer menyerap kalor dari beban refrigeran sekunder sehingga refrigeran sekunder dapat mendinginkan beban yang ada di evaporator.a. Refrigeran R134a
Refrigeran R134a merupakan refrigeran yang mempunyai rumus kimia CH2FCF3. Refrigeran ini mempunyai titik didih normal pada tekanan 1 atm
sebesar -26,06oC. Temperatur dan pressure kritis dari refrigeran R600a adalah 101,08oC dan 4060 kPa pada pengukuran absolut.
b. Refrigeran R600a
Refrigeran R600a merupakan refrigeran dengan nama lain Isobutana. Rumus kimia dari refrigeran R600a adalah (CH3)3CH. Refrigeran ini mempunyai titik didih normal pada tekanan 1 atm sebesar 260oK – 264oK. Temperatur dan
pressure kritis dari refrigeran R600a adalah 135oC dan 3.65 MPa.
2.1.3.2. Refrigeran Sekunder
Refrigeran sekunder adalah fluida yang mengangkut kalor dari bahan yang sedang didinginkan ke evaporator pada mesin refrigerasi (Stoecker dan Jones, 1989). Refrigeran sekunder yang digunakan dalam penelitian ini adalah ethylen
glycol. Fungsi ethylen glycol dalam penelitian ini adalah sebagai bendingin dari
beban yang ada dalam evaporator. Ethylen glycol merupakan senyawa alkohol yang memiliki satu gugus hidroksi (-OH). Alkohol yang memiliki satu gugus –OH disebut senyawa polialkohol. Senyawa kimia ethylen glycol adalah merupakan fluida yang mempunyai titik beku kurang dari 0oC. Beban yang didinginkan adalah berupa air.
2.1.4. Komponen Mesin Pendingin Refrigeran Kompresi Uap
Mesin pendingin kompresi uap merupakan suatu sistem yang terdiri dari beberapa proses. Proses-proses utama dari mesin pendingin kompresi uap adalah proses kompresi yang berada di kompresor, proses kondensasi yang berada di kondensor, proses penurunan yang tekanan berada di pipa kapiler atau katup ekspansi, dan proses evaporasi yang berada di evaporator.
a. Kompresor
Compresor adalah bagian dari mesin pendingin yang berfungsi untuk
menaikkan tekanan refrigeran (Sumanto, 1989). Phase refrigeran ketika masuk dan keluar dari compresor berupa gas. Kondisi refrigeran yang keluar dari
compresor berupa gas panas lanjut. Suhu gas refrigeran yang keluar dari
compresor lebih tinggi dari suhu kerja yang berada di kondensor.
Jenis compresor yang biasa digunakan di freezer adalah compresor dengan tipe semi hermetic. Hal tersebut dikarenakan torak dengan motor listrik berada di dalam satu ruangan yang sama dan antara torak dan motor listrik terdapat transmisi.
(a) (b)
Gambar 2.7 (a) Kompresor hermetic (b) Kompresor semi hermetic b. Kondensor
Kondensor berfungsi sebagai tempat kondensasi atau pengembunan refrigeran (Sumanto, 1989). Kalor yang berada di kondensor di lepaskan ke lingkungan. Proses yang berlangsung pada kondensor terdiri dari dua proses.
Proses yang pertama adalah proses penurunan suhu refrigeran dari gas panas lanjut menuju ke gas jenuh. Proses yang sekunder ialah perubahan phase refrigeran dari phase gas ke phase cair. Pada proses penurunan suhu refrigeran dari gas panas lanjut ke gas jenuh dan proses perubahan phase dari gas jenuh ke cairan jenuh berlangsung pada tekanan yang tetap. Perubahan phase tersebut juga dalam suhu yang tetap. Berikut adalah macam-macam dari kondensor :
(a) (b)
Gambar 2.8 (a) Kondensortipe U (b) Kondensor tipe sirip c. Pipa kapiler atau katup ekspansi
Katup ekspansi atau pipa kapiler mempunyai fungsi yang sama yaitu untuk menurunkan tekanan refrigeran (Sumanto, 1989). Perbedaan dari katup ekspansi dengan pipa kapiler adalah katup ekspansi dapat diatur seberapa besar refrigeran yang dihambat sedangkan pipa kapiler tidak bisa di atur. Perangkat tersebut dipasangkan antara kondensor dan evaporator. Ketika refrigeran mengalir kedalam pipa kapiler, refrigeran mengalami penurunan tekanan karena adanya gesekan dengan bagian dalam pipa kapiler.
(a) (b) Gambar 2.9 (a) katup ekspansi (b) pipa kapiler d. Evaporator
Evaporator berfungsi untuk menguapkan refrigeran (Sumanto, 1989). Di evaporator terjadi perubahan phase refrigeran dari cair dan gas ke phase gas. Pada saat perubahan phase tersebut energi yang digunakan berasal dari beban kalor yang berada di evaporator. Pada saat perubahan phase, entalpy dari refrigeran meningkat. Tekanan untuk perubahan phase berada pada tekanan yang tetap atau disebut isobaric. Suhu pada saat perubahan phase berada pada suhu yang tetap.
(a) (b)
2.2. Tinjauan Pustaka
Berdasarkan pada Kyoto Protocol dan keputusan dari European Commission Refrigeran R134a, sering digunakan pada penggunaan sistem pendingin udara, perlu untuk dihilangkan sedikit demi sedikit. Saat ini industri otomotif melihat CO2 (R744) menjadi refrigeran yang digunakan. Selain dari keuntungan yang didapat oleh lingkungan, karakteristik teknik dari siklus refrigeran CO2 dan penggunaan sistem air conditioner dibandingkan dengan refrigeran R134a. untuk menganalisis, tantangan yang muncul dari penggunaan CO2 sebagai refrigeran dan kesempatan meningkatkan anggapan untuk meningkatkan performa dan efisiensi. Yang perlu ditingkatkan adalah menampilkan keuntungan dari penggunaan CO2 untuk sector otomotif heat pump sistem (Antonijevic, 2008).
Sistem refrigeran yang digunakan saat masih banyak menggunakan refrigeran yang mengandung zat perusak ozon atau penyebab pemanasan global. Karena itu, diperlukan alternatif yang salah satunya adalah CO2. Namun tingginya tekanan CO2 membatasi penggunaan sistem refrigeran konvensional. Solusi untuk mengatasi hal itu dengan biaya investasi yang relatife rendah adalah dengan menggunakan sistem refrigeransi autocascade. Penelitian ini mempelajari sistem refrigerasi autocascade yang menggunakan variasi campuran CO2 (R744) dengan R600a. Parameter yang dianalisa antara lain (1) suhu evaporasi, (2) suhu kondensasi, (3) suhu suction, (4) suhu discharge, (5) tekanan suction, dan (6) tekanan discharge. Hasil pengujian menunjukkan bawa penambahan komposisi CO2 sebesar 10% atau lebih dalam sistem refrigerasi autocascade dapat
menaikkan tekanan kerja sistem. Oleh karena itu, pemanbahan komposisi CO2 tersebut harus masih dalam batas-batas toleransi tekanan kerja kompresor yang diijinkan (Nasrudin, 2011).
Pada pelitian ini berfokus pada campuran refrigeran yang ramah lingkungan. Refrigeran yang akan dikombinasikan antara lain R600a (butane) R134a (tetrafluoroethane), dan R406 (55% R22, 4% R600a, dan 41% R142b) dipelajari pada penelitian ini. Ketiga refrigeran tersebut dicampur dengan rasio yang bervariasi, dipelajari, dan dibandingkan dengan refrigeran R12
(dichlorodifluoromethane) yang mana digunakan sebagai tolak ukur dari
penelitian. Mesin pendingin yang digunakan adalah mesin pendingin rumah tangga dengan kapasitas kompresor 2 hp. Rancangan penelitian berdasarkan pada tekanan kondensor dan evaporator. Selama penelitian, kedua temperatur pada kondensor dan evaporator diukur dan dicatat. Hal tersebut dilakukan untuk menentukan panas yang diserap pada evaporator dan panas yang dibuang pada kondensor. Hasil menunjukkan bahwa campuran R134a dan R600a dengan rasio 50:50 dapat menggantika R12 pada mesin pendingin rumah tangga tanpa mengganti pelumas yang ada pada kompresor. COP dari R12 sebesar 2,08 dan COP dari campuran R134a dan R600a sebesar 2,30 pada keadaan yang sama. Akintunde (2013).
24
