Dari berbagai jenis sistem refrigerasi, siklus kompresi uaplah yang paling banyak digunakan pada mesin pendingin kulkas 2 pintu. Komponen utama yang digunakan pada siklus kompresi uap adalah kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaporator. Skema siklus kompresi uap dapat dilihat pada Gambar 2.13, Gambar 2.14, Gambar 2.15.
Gambar 2.13 Skema siklus kompresi uap
Gambar 2.14 Siklus kompresi uap dengan pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut pada p-h diagram
Gambar 2.15 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram T-s
Proses-proses pada siklus kompresi uap tersusun atas: a. Proses 1 - 2 (Proses kompresi)
Proses kompresi dilakukan oleh kompresor. Refrigeran berbentuk gas bertekanan rendah masuk kompresor lalu ditekan oleh kompresor sehingga tekanan refrigeran meningkat menjadi bertekanan tinggi. Proses kompresi berlangsung secara isentropic.
b. Proses 2 - 2a (Proses penurunan suhu)
Proses ini terjadi sebelum masuk kondensor. Pada proses ini refrigeran berbentuk gas menjadi gas jenuh disertai dengan penurunan suhu. c. Proses 2a - 2b (Proses kondensasi)
Proses ini berlangsung pada kondensor. Refrigeran bertemperatur tinggi masuk kondensor untuk melepaskan kalor sehingga terjadi proses perubahan fase. Dalam proses ini terjadi perubahan fase dari gas jenuh menjadi cair jenuh. Proses berlangsung pada tekanan tinggi yang tetap dan temperatur yang tetap pula.
d. Proses 2b - 3 (Proses pendinginan lanjut)
Pendinginan lanjut adalah proses untuk mengondisikan agar refrigeran yang keluar dari kondensor benar-benar dalam kondisi cair. Proses ini diperlukan agar refrigeran yang masuk kedalam pipa kapiler tidak bercampur dengan gas yang dapat menyebabkan timbulnya masalah pada sistem pendingin. Jika refrigeran berbentuk cairan utuh maka akan memudahkan refrigeran mengalir pada pipa kapiler. Penurunan suhu terjadi pada proses ini. Suhu refrigeran lebih rendah dari suhu refrigeran saat mengembunkan di kondensor.
e. Proses 3 - 4 (Proses penurunan tekanan dan penurunan suhu)
Pada proses ini refrigeran dalam fase cair masuk kedalam pipa kapiler agar tekanannya menurun karena diameter pipa yang kecil, sehingga terjadi hambatan yang melawan tekanan dari refrigeran. Karena diameter pipa yang sangat kecil maka terjadi penurunan tekanan, akibat adanya penurunan tekanan terjadi pula penurunan suhu.
f. Proses 4 - 1a (Proses evaporasi)
Pada proses ini refrigeran memasuki evaporator untuk menyerap kalor pada ruang yang akan didinginkan. Pada proses ini terjadi perubahan fase dari campuran cair dan gas menjadi gas jenuh.
g. Proses 1a – 1 (Proses pemanasan lanjut)
Pemanasan lanjut adalah proses untuk mengondisikan agar refrigeran yang keluar dari evaporator benar-benar dalam bentuk gas sebelum memasuki kompresor. Jika refrigeran masuk kedalam kompresor dalam bentuk cair maka akan dapat merusak kompresor. Dengan adanya pemanasan lanjut maka nilai Qin akan meningkat dan COP juga akan meningkat.
Untuk mendapatkan karakteristik kulkas 2 (dua) pintu diperlukan persamaan-persamaan perhitungan untuk menghitung Win, Qout, Qin, efisiensi, COP dan laju aliran massa.
a. Kerja kompresor (win)
Besarnya kerja kompresor per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.4).
(2.4) Pada Persamaan (2.4) :
= Kerja kompresor
= Enthalpy saat masuk kompresor = Enthalpy saat keluar kompresor b. Kalor yang dilepas kondensor (Qout)
Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.5).
(2.5)
Pada Persamaan (2.5) :
= Kalor yang dilepas kondensor = Enthalpy saat keluar kondensor = Enthalpy saat keluar kondensor c. Kalor yang diserap evaporator (Qin)
Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.6).
(2.6)
Pada Persamaan (2.6) :
= Enthalpy saat keluar evaporator = Enthalpy saat masuk evaporator d. COP (Coefficient Of Performance)
COP dari kulkas 2 pintu dapat dihitung dengan Persamaan (2.7) dan (2.8).
(2.7)
COP ideal = (2.8)
Pada Persamaan (2.7) dan (2.8) :
COP ideal : koefisien prestasi maksimum kulkas 2 pintu
: koefisien prestasi aktual kulkas 2 pintu
Te : suhu evaporator (K)
Tc : suhu kondensor (K)
COP digunakan untuk mengetahui performa dari siklus kompresi uap. Semakin tinggi nilai COP maka semakin baik pula siklus kompresi uapnya. COP sendiri tidak memiliki satuan karena merupakan hasil pembandingan antara kalor yang diserap evaporator dengan kerja kompresor.
e. Efisiensi
Efisiensi adalah besarnya tingkat efektifitas pada kulkas 2 pintu, yang dapat dihitung dengan Persamaan (2.9).
Efisiensi = (2.9)
f. Laju aliran massa
Laju aliran massa adalah laju massa per satu satuan waktu, yang dapat dihitung dengan Persamaan (2.10).
Pada Persamaan (2.10) : : laju aliran massa refrigeran
V : Voltase kompresor (V)
I : Arus kompresor (ampere)
P : Daya kompresor
Dengan bantuan p-h diagram maka dapat diketahui nilai enthalpi di setiap keadaan pengujian siklus kompresi uap. Pada penelitian ini digunakan refrigeran 134a. P-h diagram untuk refrigeran 134a disajikan pada Gambar 2.16.
2.1.7 Isolator
Isolator digunakan untuk mencegah terjadinya perpindahan kalor dari ruang yang akan didinginkan. Isolator yang baik adalah benda yang memiliki konduktivitas thermal yang rendah, dan tidak mudah menghantarkan panas. Pada penelitian ini digunakan media gabus sebagai isolator karena gabus tahan terhadap suhu dingin. Sifat-sifat gabus adalah sebagai berikut:
1. Memiliki massa jenis = 2. Memiliki kalor jenis = 3. Memiliki nilai konduktifitas thermal bahan = 2.2 Tinjauan Pustaka
Anwar (2010) telah melakukan penelitian tentang efek beban pendinginan terhadap performa sistem mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a) membahas efek beban pendinginan terhadap kinerja sistem mesin pendingin meliputi kapasitas refrigerasi (b) menghitung koefisien prestasi mesin pendingin (c) waktu pendinginan yang ideal pada mesin ini. Penelitian ini dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut: (a) beban pendinginan menempatkan bola lampu 60, 100, 200, 300 dan 400 watt di dalam ruang pendingin (b) data dianalisi secara teoritis berdasarkan data eksperimen dengan focus model 802 (c) data dianalisis secara teoritis berdasarkan data eksperimen dengan menentukan kondisi refrigeran pada setiap titik siklus. Dari hasil penelitian didapatkan: (a) peningkatan beban pendinginan menyebabkan koefisien prestasi sistem pendingin akan membentuk kurva parabola (b) performa optimum pada pengujian selama 30 menit diperoleh pada bola lampu 200 watt dengan cop sebesar 2,64 (c) waktu pendinginan diperoleh paling lama pada beban pendingin yang paling tinggi (bola lampu 400 watt).
Handoyo dan Lukito (2002) telah melakukan penelitian tentang analisa pengaruh pipa kapiler yang dililitkan pada line suction terhadap performansi mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a) membahas pengaruh usaha melilitkan pipa kapiler pada line suction (b) menghitung performansi mesin pendingin tersebut (c) menghitung waktu pendinginan. Penelitian ini dilakukan
dengan batasan-batasan sebagai berikut : (a) mesin pendingin yang digunakan adalah kulkas 2 pintu (b) beban pendinginan yang digunakan air. Dari hasil penelitian didapatkan (a) pipa kapiler yang dililitkan pada line suction dapat meningkatkan nilai COP kulkas 2 pintu (b) waktu pendinginan tidak banyak perubahan.
Wilis (2013) telah melakukan penelitian tentang penggunaan refrigeran R-22 dan R-134a pada mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a) menghitung prestasi kerja refrigeran R-22 yang dibandingkan dengan refrigeran R-134a (b) membahas refrigeran yang lebih ramah lingkungan antara R-22 dengan R-134a. Penelitian ini dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut: (a) refrigeran yang digunakan R-22 dan R-134a (b) menggunakan mesin pengkondisian udara dengan motor penggerak kompresor berkapasitas 2 HP. Dari hasil penelitian didapatkan: (a) refrigeran R-22 dari segi prestasi kerjanya lebih baik dari l34a, tetapi tidak ramah lingkungan (b) refrigeran R-l34a lebih ramah lingkungan, tetapi prestasi kerjanya lebih rendah dari R-22.
25