komponen pendingin

http://catatan-teknik.blogspot.co.id/2010/10/ahu-merupakan-singkatan-dari-air.htmlI.            Pengertian Mesin Pendingin (Refrigerator)

Mesin pendingin (Refrigerator) ialah suatu rangkaian mesin atau pesawat yang mampu bekerja untuk menghasilkan suhu atau temperatur dingin (temperatur rendah).Selain untuk mengawetkan makanan dan sebagai penyejuk udara di dalam ruangan, mesin  pendingin juga memiliki kegunaan-kegunaan lainnya yang lebih spesifik, yaitu sebagai :

(1) Pemisahan gas-gas dari udara (Air Sparation Plant), yaitu gas N2, O2, dan Ar(2) Pencairan gas Amoniak (Synthetic Amonia Plant), yaitu dengan cara gas ammoniak

dikondensasikan pada suhu 0oF – 50oF. (3) Dehumidification of air, yaitu penurunan kadar uap air di udara dan proses ini diperlukan juga

oleh pabrik O2 (Air Sparation Plant).(4) Air Conditioning (Penyejuk udara) digunakan untuk mendapatkan kesegaran udara yang

nyaman sesuai kondisi udara yang dinginkan manusia yaitu seperti : Pemakaian AC pada ruang kerja, pada dunia kedokteran digunakan untuk membantu penyembuhan pasien agar dapat berlangsung lebih cepat apabila keadaan  udara diatur dan disesuaikan dengan kondisi pasien.

II.          Komponen Utama Refrigerator adalah Sebagai berikut :a)      Kompresorb)      Kondensorc)      Pipa Kapiler / Katup Ekspansi ( Expansion Valve).d)     Evaporator

III.            Komponen dan Media Pendukung Refrigerator adalah sebagai berikut :a)      Strainer Atau Saringanb)      Penampung Cairan (Receiver)c)      Minyak Pelumas Kompresord)     Kipas ( Fan atau Blower )e)      Pengering (Dryer)

1.    KompressorKompresor pada refrigerator adalah sebuah alat yang berfungsi untuk menaikkan tekanan refrigerant dan menyalurkan gas refrigerant ke seluruh system refrigerator. Jika dianalogikan, cara kerja kompresor Refrigerator layaknya seperti jantung di tubuh manusia. Kompresor memiliki 2 pipa, yaitu pipa hisap dan pipa tekan dan memiliki 2 daerah tekanan, yaitu tekanan rendah dan tekanan tinggi.Jenis-jenis kompresor :

(1)   Kompresi torak.(2)   Kompresor Skrup (Screw Compressor).(3)   Kompresor sentrifugal : Kompresor sentrifugal satu tingkat dan kompresor sentrifugal banyak

tingkat.

Gambar 1. Kompresor Sentrifugal Banyak Tingkat

Gambar 2. Kompresor Sekrup (Screw Compressor)

Kompresor pada sistem pengkondisian udara (AC) yang berdasarkan kontruksinya yaitu adalah :

1). Jenis terbuka2). Jenis hermatik3). Jenis semi hermatik

Pada kompresor hermatik rumah kompresor dibuat dari baja dengan pengerjaan las sehingga baik kompresor maupun motor listrik tak dapat diperiksa tanpa memotong rumah kompresor. Oleh karena itu komponen dari kompresor hermatik haruslah terpercaya dan dapat diandalkan.Pada kompresor semi hermatik rumah terbuat dari besi tuang, bagian-bagian penutup dan penyambungnya masih dapat dibuka.Kompresor hermatik biasanya dibuat untuk unit kapasitas rendah sampai dengan 7,5 Kw.

Gambar 3. Kompresor Hermatik2.    Kondensor.

Kondensor berfungsi sebagai alat penukar kalor, menurunkan temperatur refrigeran, dan mengubah wujud refrigeran dari bentuk gas menjadi cair. Kondensor pada AC biasanya di simpan pada luar ruangan (outdoor). Kondensor biasanya didinginkan oleh kipas (FAN), fan ini berfungsi menghembuskan panas yang di hasilkan kondensor pada saat pelepasan kalor yang di serap oleh gas refrigeran. Agar proses pelepasan kalor bisa lebih cepat, pipa kondensor didesain berliku dan dilengkapi dengan sirip.Penggolongan jenis-jenis kondensor :

1)      Kondensor tabung dan oil dengan pendinginan air.2)      Kondensor Koil dengan pendinginan udara3)      Kondensor pendinginan air

Kondensor yang digunakan pada sistem pengkondisian udara biasanya adalah jenis kondensor pendinginan udara. Kondensor ini terdiri dari koil pipa pendingin bersirip plat (pipa tembaga dengan sirip aluminium atau pipa tembaga sirip tembaga). Udara mengalir dengan arah tegak lurus pada bidang pendingin. Gas refrigran yang bertemperatur tinggi masuk kebagian atas dari koil dan secara berangsur angsur mencair dalam alirannya kebagian bawah koil.Pada refrigerator ukuran kapasitas besar dan keperluan industry biasanya menggunakan condenser dengan pendinginan air.

Gambar 4. Kondenser Koil dengan Pendinginan Udara.

3.    Pipa Kapiler / Katup Ekspansi ( Expansion Valve).Pipa kapiler merupakan komponen utama yang berfungsi menurunkan tekanan refrigeran dan mengatur aliran refrigeran menuju evaporator. Fungsi utama pipa kapiler ini sangat vital karena menghubungkan dua bagian tekanan berbeda, yaitu tekanan tinggi dan tekanan rendah. refrigeran bertekanan tinggi sebelum melewati pipa kapiler akan di ubah atau diturunkan tekanannya. Akibat dari penurunan tekanan refrigeran menyebabkan penurunan suhu. Pada bagian inilah (pipa kapiler) refrigeran mencapai suhu terendah (terdingin). Pipa kapiler terletak antara saringan (filter) dan Evaporator.Pada refrigerator dengan kapasitas besar dan untuk industry biasanya menggunakan katup ekspansi / Expantion Valve sebagai alat penurunan tekanan Refrigerant yang dapat diatur secara automatis. Katup ekspansi dipergunakan untuk mengekspansikan secara adiabatic cairan refrigran yang bertekanan dan temperatur tinggi sampai mencapai tingkat keadan tekanan dan temperatur rendah. Disamping mengatur pemasukan refrigran sesuai dengan beban pendingin yang harus dilayani oleh evaporator sehingga diperoleh efisiensi siklus refrigrasi yang maksimal.Penggolongan jenis-jenis katup ekspansi :

1)   Katup ekspansi otomatis termostatik2)   Katup ekspansi manual3)   Katup ekspansi tekanan konstan

Gambar 5. Katup ekspansi otomatis termostatik

4.         EvaporatorEvaporator berfungsi menyerap dan mengalirkan panas dari udara ke refrigeran. Akibatnya, wujud cair refrigeran setelah melewati pipa kapiler / katup ekspansi akan berubah wujud menjadi gas. Secara sederhana, evaporator bisa di katakan sebagai alat penukar panas. Udara panas disekitar ruangan ber-AC diserap oleh evaporator dan masuk melewati sirip-sirip pipa sehingga suhu udara yang keluar dari sirip-sirip menjadi lebih rendah dari kondisi semula atau dingin. Sirkulasi udara ruangan ber-AC diatur Oleh Blower indoor. Biasanya Evaporator ditempatkan pada bagian dalam ruangan.Penggolongan jenis-jenis evaporator :

1)   Evaporator tabung dan oil2)   Evaporator tabung dan pipa dengan pendinginan air.3)   Evaporator koil dengan pendingin udara

Gambar 6. Evaporator koil  Pendinginan Udara.   Komponen Pendukung Refrigerator adalah Sebagai berikut :

1.    Strainer Atau Saringan

Strainer atau saringan berfungsi menyaring kotoran yang terbawa oleh refrigeran di dalam sistem AC (Refrigerator), Kotoran yang lolos dari saringan karena strainer rusak dapat menyebabkan penyumbatan pipa kapiler / Katup Ekspansi. Akibatnya, sirkulasi refrigeran menjadi terganggu. biasanya, kotoran yang menjadi penyumbat sistem pendingin, seperti karat dan serpihan logam.

Gambar 7. Strainer atau Saringan

2.    Penampung Cairan (Receiver)Penampung cairan berfungsi sebagai penampung sementara refrigeran cair bertemperatur rendah dan campuran minyak pelumas evaporator. Selain itu, accumulator berfungsi mengatur sirkulasi aliran bahan refrigeran agar bisa keluar-masuk melalui saluran isap kompresor. Untuk mencegah agar refrigeran cair tidak mengalir ke kompresor, penampung cairan mengkondisikan wujud refrigeran tetap dalam wujud gas. Sebab, ketika wujud refrigeran berbentuk gas akan lebih mudah masuk ke dalam kompresor dan tidak merusak bagian dalam kompresor.

Gambar 8. Penampung Cairan (Receiver)

Gambar 9. Komponen Utama Refrigerator pada Air Sparation Plant.

Gambar 10. Komponen Utama Refrigerator pada Air Conditioner

3.    Minyak Pelumas KompresorMinyak pelumas atau oli kompresor pada sistem AC (Refrigerator) berguna untuk melumasi bagian-bagian kompresor agar tidak cepat aus karena gesekan. Selain itu, minyak pelumas berfungsi meredam panas dibagian-bagian kompresor. Sebagian kecil dari oli kompresor bercampur dengan refrigeran, kemudian ikut bersirkulasi di dalam system pendingin melewati kondensor dan evaporator. Oleh sebab itu, oli kompresor harus memiliki persyaratan khusus, yaitu bersifat melumasi, tahan terhadap temperatur kompresor yang tinggi, memiliki titik beku yang rendah, dan tidak menimbulkan efek negatif pada sifat refrigerant serta komponen AC yang dilewatinya.

4.    Kipas ( Fan atau Blower )Pada komponen AC, Blower terletak di bagian indoor yang berfungsi menghembuskan udara dingin yang di hasilkan evaporator. Fan atau kipas terletak pada bagian outdooryang berfungsi mendinginkan refrigeran pada kondensor serta untuk membantu pelepasan panas pada kondensor.

5.    Pengering (Dryer)

Pengering terdiri dari sebuah silinder yang berisi desikan tersebut dibungkus supaya mudah penggantianya, tetapi juga supaya serbuk desikan yang halus tidak keluar dari pengering dan ikut serta dalam aliran refrigran. Sebagai desikan sering di gunakan saringan molekuler atau sobabeat. Pengering juga sangat diperlukan menghilangkan uap air dari refrigran.

Gambar 11. Pengering (Dryer)

6.      Katup Ekspansi (Ekspansi Valve)Katup ekspansi dipergunakan untuk mengekspansikan secara adiabatic cairan refrigran yang bertekanan dan temperatur tinggi sampai mencapai tingkat keadan tekanan dan temperatur rendah. Disamping mengatur pemasukan refrigran sesuai dengan beban pendingin yang harus dilayani oleh evaporator sehingga diperoleh efisiensi siklus refrigrasi yang maksimal.

Penggolongan jenis-jenis katup ekspansi :1)      Katup ekspansi otomatis termostatik2)      Katup ekspansi manual3)      Katup ekspansi tekanan konstan

Gambar 12. Katup ekspansi otomatis termostatik

Macam-Macam Saklar   :  

Saklar Push ButtonSaklar push button adalah tipe saklar yang menghubungkan aliran listrik sesaat saja saat ditekan dan setelah dilepas maka kembali lagi pada posisi off. Saklar tipe ini banyak digunakan pada rangkaian elektronika yang di kombinasikan dengan rangkaian pengunci.

Saklar ToggleSaklar Toggle ini menghubungkan atau memutuskan arus dengan cara menggerakkan toggle/tuas yang ada secara mekanis. Ukurannya relatif kecil, pada umumnya digunakan pada rangkaian elektronika

Selector Switch, disingkat (SS)Saklar pemilih ini menyediakan beberapa posisi kondisi on dan kondisi off, ada dua, tiga, empat bahkan lebih pilihan posisi, dengan berbagai tipe geser maupun putar. Saklar pemilih biasanya dipasang pada panel kontrol untuk memilih jenis operasi yang berbeda, dengan rangkaian yang berbeda pula. Saklar pemilih memiliki beberapa kontak dan setiap kontak dihubungkan oleh kabel menuju rangkaian yang berbeda, misal untuk rangkaian putaran motor cepat dan untuk rangkaian

putaran motor lambat. Atau pada rangkaian audio misalnya memilih posisi radio, tape dan lainnya

Saklar MekanikSaklar mekanik umumnya digunakan untuk automatisasi dan juga proteksi rangkaian. Saklar mekanik akan on atau off secara otomatis oleh sebuah proses perubahan parameter, misalnya posisi, tekanan, atau temperatur. Saklar akan On atau Off jika set titik proses yang ditentukan telah tercapai. Terdapat beberapa tipe saklar mekanik, antara lain: Limit Switch, Flow Switch, Level Switch, Pressure Switch dan Temperature Switch. Contoh pengunaannya seperti pada magic com adalah saklar Temperature Switch

Limit Switch (LS)Limit switch termasuk saklar yang banyak digunakan di industri. Pada dasarnya limit switch bekerja berdasarkan sirip saklar yang memutar tuas karena mendapat tekanan plunger atau tripping sirip wobbler. Konfigurasi yang ada dipasaran adalah: (a).Sirip roller yang bisa diatur, (b) plunger, (c) Sirip roller standar, (d) sirip wobbler, (e) sirip rod yang bisa diatur. Pada saat tuas tertekan oleh gerakan mekanis, maka kontak akan berubah posisinya. Contoh aplikasi saklar ini adalah pada PMS (Disconecting Switch) untuk menghentikan putaran motor lengan PMS.

Temperature Switch Saklar temperatur disebut thermostat, bekerja berdasarkan perubahan temperatur. Perubahan kontak elektrik di-trigger (dipicu) oleh pemuaian cairan yang ada pada chamber yang tertutup (sealed chamber) chamber ini terdiri dari tabung kapiler dan silinder yang terbuat dari stainless steel. Cairan di dalam chamber mempunyai koefisiensi temperatur yang tinggi, sehingga jika silinder memanas, cairan akan memuai, dan menimbulkan tekanan pada seluruh lapisan penutup chamber. Tekanan ini menyebabkan kontak berubah status.Secara fisik saklar ini terdiri dari dua komponen, yaitu bagian yang bergerak/bergeser (digerakkan oleh tekanan) dan bagian kontak. Bagian yang bergerak dapat berupa diafragma atau piston. Kontak elektrik biasanya terhubung pada bagian yang bergerak, sehingga jika terjadi pergeseran akan menyebabkan perubahan kondisi (On ke Off atau sebaliknya) 

Flow Switch (FL)Saklar ini digunakan untuk mendeteksi perubahan aliran cairan atau gas di dalam pipa, tersedia untuk berbagai viskositas. Pada saat cairan dalam pipa tidak ada aliran, maka kontak tuas/piston tidak bergerak karena tekanan disebelah kanan dan kiri tuas sama. Namun pada saat ada aliran, maka tuas/piston akan bergerak dan kontak akan berubah sehingga dapat menyambung atau memutusklan rangkaian.

Float Switch (FS)Saklar level atau float switch, merupakan saklar diskret yang digunakan untuk mengontrol level

permukaan cairan di dalam tangki. Posisi level cairan dalam tangki digunakan untuk men-trigger perubahan kontak saklar. Posisi level switch ada yang horizontal dan ada yang vertikal.

Saklar Tekanan atau Pressure Switch Pressure switch merupakan saklar yang kerjanya tergantung dari tekanan pada perangkat saklar. Tekanan tersebut berasal dari air, udara atau cairan lainnya, misalnya oli. Terdapat dua macam Pressure Switch: absolut (trigger (pemicu) terjadi pada tekanan tertentu) dan konfigurasi diferensial (trigger terjadi karena perbedaan tekanan).

Thermoswitch, sesuai dengan namanya yang terdiri dari Thermo artinya panas dan Swtich yang artinya sakelar, maka Thermoswitch adalah sakelar yang on atau off nya tergantung pada temperatur. 

Karenanya pada alatnya akan terdiri dari sensor panas dan hasil sensor panas ini akan mengendalikan sakelar untuk off atau on. 

Untuk jenisnya bermacam-macam, antara lain, ada yang berdasarkan : 

Cairan di dalam pipa tertutup yang kalau cairan ini terkena panas, maka cairan akan mengembang dan pengembangan cairan ini akan menggerakkan mekanisme sakelar. Demikian juga dengan kebalikannya. Contohnya thermostat untuk AC mobil jaman dahulu, berbentuk bulat ada pipa panjang dan pipanya akan disentuhkan ke lokasi di mana temperaturnya akan mengatur sakelar untuk on atau off. 

Keping bimetal, yaitu keping yang mempunyai koefisien pemuaian penyusutan yang besar dipasangkan dengan keping yang mempunyai koefisien pemuaian penyusutan yang kecil dan ujung-ujungnya dijepit. Akibatnya, kalau panas, maka keping akan melengkung dan akan menyentuh mekanisme kontak untuk memutus atau menghubungkan aliran listrik. Contohnya, thermoswitch yang ada pada seterikaan. 

Thermistor, yaitu PTC atau NTC dikontakkan secara phisik ke benda dan akibatnya nilai resistansinya akan berubah sesuai dengan temperatur benda yang diamati, kemudian hasilnya akan dibandingkan dengan suatu patokkan nilai yang nilainya bisa disetel dengan variable resistor dan di rangkai dengan rangkaian elektronik. Dengan demikian, kita bisa menentukan berapa temperatur yang diinginkan. Contohnya, AC pada mobil jaman sekarang menggunakan sistim ini, di mana kita bisa menentukan seberapa dingin temperatur AC yang diinginkan dengan menggeser-geser atau memutar-mutar tombol pengatur dingin atau tidaknya. Sama juga dengan AC rumah yang dengan pengatur jarak jauh, remote control, maka kita bisa menentukan berapa temperatur ruang yang kita inginkan.

Dasar pemahaman dari siklus refrigerasi adalah sebuah sistem yang dikenal sebagai sistem kompresi uap/gas (vapor compression). Sebuah skema dari sistem kompresi uap ditunjukan pada gambar dibawah. Sistem ini terdiri dari sebuah kompresor, sebuah kondenser, sebuah “expansion device” dan sebuah evaporator. “Compressor-delivery head”, “discharge line”, “kondenser” dan “liquid line” membentuk sisi jalur tekanan tinggi (high-pressure side) dari sistem ini. “Expansion line”, “evaporator”, “suction line” dan “compressor-suction head” membentuk sisi jalur tekanan rendah (low-pressure side) dari sistem ini.

Vapor Compression System Schematic. B Refrigerasi Cycle on Pressure-Enthalpy Diagram.Gambar diatas menggambarkan diagram p-h “Pressure – Enthalpy” dari siklus refrigerasi (refrigeration cycle). Sumbu y menunjukkan tekanan dan sumbu x menunjukan enthalpy.Diagram p-h ini adalah alat yang paling umum digunakan dalam menganalisa dan melakukan perhitungan kalor, usaha dan perpindahan energi dalam suatu siklus refrigerasi. Sebuah siklus refrigerasi tunggal terdiri dari daerah bertekanan tinggi (high side) dan daerah bertekanan rendah (low side). Perubahan dari tekanan dapat dilihat dengan jelas pada diagram p-h ini. Juga kalor dan perpindahan energi dapat dihitung sebagai perubahan “enthalpy” yang tergambar dengan jelas pada diagram p-h tersebut.

Garis konstan pada diagram pressure-enthalpy

Garis konstan pada diagram pressure-enthalpy• Garis proses kompresi digambarkan sejajar dengan garis entropy konstan.• Garis proses kondensasi digambarkan sejajar dengan garis tekanan konstan.• Garis proses ekspansi digambarkan sejajar dengan garis enthalpy konstan.• Garis proses evaporasi digambarkan sejajar dengan garis tekanan konstan.

Kondisi refrigerant direpresentasikan pada diagram pressure-enthalpy

• Kompresor: Refrigerant gas bertekanan rendah dikompresikan menjadi refrigerant gas bertekanan tinggi dengan bantuan daya dari luar sistem (input power).• Kondenser: Refrigerant gas bertekanan tinggi dirubah menjadi refrigerant cair dengan tekanan tetap tinggi dengan cara membuang kalor ke lingkungan sekitarnya.• Ekspansi: Refrigerant cair bertekanan tinggi diturunkan tekanannya dengan bentuk refrigerant menjadi cairan yang bercampur dengan sedikit gas. (Gelembung gas terjadi karena adanya penurunan tekanan).• Evaporator: Refrigerant cair dirubah menjadi gas/uap dengan cara menyerap kalor dari ruang yang dikondisikan.• Refrigerant gas/uap kemudian dihisap oleh Kompresor dan disirkulasikan kembali.

Penjelasan Siklus Refrigerasi:A-B : Un-useful superheat (kenaikan temperatur yg menambah beban kompresor) Sebisa mungkin dihindari kontak langsung antara pipa dan udara sekitarnya dgn cara menginsulasi pipa suction.

B-C : proses kompresi (gas refrigerant bertekanan dan temperatur rendah dinaikkan tekanannya sehingga temperaturnya lebih tinggi dari media pendingin di kondenser. Pada proses kompresi ini refrigerant mengalami superheat yg sangat tinggi.

C-D : Proses de-superheating (temperatur refrigerant mengalami pemurunan, tetapi tdk mengalami perubahan wujud, refrigerant masih dalam bentuk gas)

D-E : Proses kondensasi (terjadi perubahan wujud refrigerant dari gas menjadi cair tanpa merubah temperaturnya.

E-F : Proses sub-cooling di kondenser ( refrigerant yg sudah dalam bentuk cair masih membuang kalor ke udara sekitar sehingga mengalami penurunan temperatur). Sangat berguna untuk memastikan refrigerant dalam keadaan cair sempurna.

F-G : Proses sub-cooling di pipa liquid (Refrigerant cair masih mengalami penurunan temperatur karena temperaturnya masih diatas temperatur udara sekitar). Pipa liquid line tdk diinsulasi, agar terjadi perpindahan kalor ke udara, tujuannya untuk menambah kapasitas refrigerasi. (Note: dalam beberapa kasus ..pipa liquid harus diinsulasi…nanti dijelaskan dalam pembahasan khusus)

G-H : Proses ekspansi/penurunan tekanan (Refrigerant dalam bentuk cair diturunkan tekanannya sehingga temperatur saturasinya berada dibawah temperatur ruangan yg didinginkan, tujuannya agar

refrigerant cair mudah menguap di evaporator dgn cara menyerap kalor dari udara yg dilewatkan ke evaporator)Terjadi perubahan wujud refrigerant dari cair menjadi bubble gas sekitar 23% karena penurunan tekanan ini. Jadi refrigerant yg keluar dari katup ekspansi / masuk ke Evaporator dalam bentuk campuran sekitar 77% cairan dan 23% bubble gas.H-I : Proses evaporasi (refrigerant yg bertemperatur rendah menyerap kalor dari udara yg dilewatkan ke evaporator. Terjadi perubahan wujud refrigerant dari cair menjadi gas. Terjadi juga penurunan temperatur udara keluar dari evaporator karena kalor dari udara diserap oleh refrigerant)

I-A : Proses superheat di evaporator: Gas refrigerant bertemperatur rendah masih menyerap kalor dari udara karena temperaturnya yg masih dibawah temperatur udara. Temperatur refrigerant mengalami kenaikan). Superheat ini bergua untuk memastikan refrigerant dalam bentuk gas sempurna sebelum masuk ke Kompresor.