Komponen Sistem Refrigerasi pada Freeze Dryer 3.1 Komponen Sistem Refrigerasi Komponen-komponen sistem refrigerasi kompresi uap dapat digolongkan menjadi komponen utama dan komponen pendukung/tambahan (komponen kontrol dan kelistrikan). 3.1.1 Komponen Utama Secara umum komponen utama sistem refrigerasi kompresi uap meliputi kompresor, kondenser, alat ekspansi dan evaporator. Namun pada Freeze Dryer terdapat komponen-komponen utama lainnya yang dialiri refrigeran sekunder berupa silicone oil. Komponen-komponen tersebut berupa pompa sirkulasi, heater dan Heat Exchanger. a. Kompresor Kompresor dalam sistem refrigerasi merupakan komponen utama yang mengkompresikan refrigeran. Kompresor menghisap refrigeran dari suction line sehingga tekanan di evaporator menjadi rendah. Setelah itu, refrigeran dikompresikan menuju discharge line sehingga tekanan di kondenser menjadi tinggi. Refrigeran akan bersirkulasi ke seluruh bagian sistem refrigerasi karena adanya perbedaan tekanan antara sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah. Menurut Arismunandar dan Saito (2005: 127) kompresor dapat dibagi dalam dua jenis utama, yaitu kompresor positif, dimana gas dihisap masuk ke dalam silinder dan dikompresikan; dan jenis kompresor non-
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Komponen Sistem Refrigerasi pada Freeze Dryer
3.1 Komponen Sistem Refrigerasi
Komponen-komponen sistem refrigerasi kompresi uap dapat digolongkan menjadi
komponen utama dan komponen pendukung/tambahan (komponen kontrol dan
kelistrikan).
3.1.1 Komponen Utama
Secara umum komponen utama sistem refrigerasi kompresi uap meliputi
kompresor, kondenser, alat ekspansi dan evaporator. Namun pada Freeze Dryer
terdapat komponen-komponen utama lainnya yang dialiri refrigeran sekunder
berupa silicone oil. Komponen-komponen tersebut berupa pompa sirkulasi, heater
dan Heat Exchanger.
a. Kompresor
Kompresor dalam sistem refrigerasi merupakan komponen utama yang
mengkompresikan refrigeran. Kompresor menghisap refrigeran dari suction line
sehingga tekanan di evaporator menjadi rendah. Setelah itu, refrigeran
dikompresikan menuju discharge line sehingga tekanan di kondenser menjadi
tinggi. Refrigeran akan bersirkulasi ke seluruh bagian sistem refrigerasi karena
adanya perbedaan tekanan antara sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah.
Menurut Arismunandar dan Saito (2005: 127) kompresor dapat dibagi
dalam dua jenis utama, yaitu kompresor positif, dimana gas dihisap masuk ke
dalam silinder dan dikompresikan; dan jenis kompresor non-positif, dimana gas
yang dihisap masuk dipercepat alirannya oleh sebuah impeller yang kemudian
mengubah energi kinetik untuk menaikkan tekanan.
Selanjutnya Arismunandar dan Saito (2005: 128) mengelompokkan
kompresor menjadi beberapa macam berdasarkan bentuknya, metode
kompresinya, kecepatan putar, gas refrigeran dan konstruksinya.
1. Kompresor menurut bentuknya
Jenis vertikal
Jenis horizontal
Jenis silinder banyak (jenis V, W dan VV)
2. Kompresor menurut metode kompresinya
Metode kompresi positif
Kompresor torak (kerja tunggal atau ganda)
Kompresor torak tingkat ganda
Kompresor putar
Kompresor sekrup
Metode kompresor sentrifugal
Kompresor sentrifugal satu tingkat
Kompresor sentrifugal tingkat ganda
3. Kompresor menurut kecepatan putar
Jenis kecepatan rendah
Jenis kecepatan tinggi
4. Kompresor menurut gas yang dikompresi
Kompresor Ammonia
Kompresor refrigeran
Kompresor CO2
5. Kompresor menurut konstruksinya
Kompresor open type (terbuka)
Kompresor hermetic
Kompresor semi hermetic
Sistem refrigerasi untuk temperatur rendah dengan perbandingan kompresi
yang tinggi dan memerlukan range temperatur yang luas, maka lebih baik dan
ekonomis jika menggunakan kompresor multi stage reciprocating atau
Sistem refrigerasi multi stage menggunakan dua buah kompresor atau lebih yang
dipasang secara seri. Kompresor tahap pertama biasa disebut sebagai low-stage
compressor. Kompresor tahap kedua disebut high-stage compressor.
Kedua kompresor bertingkat ini digerakkan oleh motor yang sama.
Kompresor yang digunakan pada Freeze Dryer model Lyofast 40 yaitu
kompresor screw 2 stage berjenis semi hermetic. Kompresor ini menggunakan
sepasang rotor yang berbentuk ulir. Rotor itu terdiri dari male rotor dan female
rotor yang dilengkapi oleh oil injection. Male rotor mempunyai ulir yang
permukaannya cembung. Female rotor mempunyai ulir yang permukaannya
cekung. Pasangan rotor ini berputar dalam arah saling berlawanan, seperti
sepasang roda gigi. Male rotor digerakkan oleh motor listrik, sedangkan female
rotor digerakkan oleh male rotor. Poros motor listrik dihubungkan dengan poros
male rotor secara langsung. Oli akan melumasi rotor dan bearing serta
mendinginkan refrigeran terkompresi.
Gambar 3.1 Potongan Kompresor Screw: (A) male rotor. (B) female rotor.(C) dinding silinder
Sumber: (Althouse, Turnquist dan Bracciano, 2006: 163)
Mekanisme kompresor screw melakukan gerak tiga langkah yaitu proses
penghisapan, kompresi, dan pengeluaran. Saat rotor berputar maka ruang yang
terbentuk antara lekukan (lobe) rotor dan dinding silinder akan bergerak ke arah
aksial sehingga refrigeran dimampatkan. Gambar 3. menunjukkan bahwa proses
penghisapan, kompresi dan pengeluaran dilakukan secara berurutan oleh rotor
sekrup. Rotor yang seimbang dan berputar murni tanpa ada bagian yang bergerak
bolak-balik membuat aliran refrigeran yang dikompresi menjadi berkelanjutan
(continuous) sehingga menghasilkan vibrasi yang kecil. Fluktuasi aliran maupun
momen puntir poros menjadi sangat kecil. Oleh karena itu, kompresor screw
cocok untuk beroperasi pada putaran tinggi. Ukurannya menjadi lebih kecil
dibandingkan kompresor torak untuk daya yang sama pada putaran tinggi.
Usia pemakaian pun relatif lebih panjang dibandingkan kompresor reciprocating.
Gambar 3.2 Mekanisme Kompresor Screw: (A) refrigeran dihisap masuk melalui suction inlet kompresor. (B) refrigeran mulai dikompresi. (C) kompresi refrigeran
(D) refrigeran terkompresi mulai dikeluarkan (E) pengeluaran refrigeran terkompresi tahap akhir.
Sumber: (Althouse, Turnquist dan Bracciano, 2006: 163)
Gambar 3.3 Konstruksi Kompresor Screw Sumber: (Althouse, Turnquist dan Bracciano, 2006: 164)
b. Condenser
Condenser adalah komponen untuk mengkondensasikan (mengembunkan)
refrigeran. Condenser akan melepas kalor laten dari uap refrigeran bertekanan
tinggi sehingga fasenya berubah menjadi cairan. Pelepasan kalor di condenser
dibantu oleh media udara, air atau gabungan udara dan air. Media untuk pelepasan
kalor akan menentukan jenis condenser yang cocok digunakan pada sistem
refrigerasi. Jenis-jenis condenser tersebut yaitu air cooled condenser (condenser
berpendingin udara), water cooled condenser (condenser berpendingin air) dan
evaporative condenser (condenser berpendingin udara dan air).
Condenser yang digunakan pada Freeze Dryer model Lyofast 40 yaitu
jenis water cooled condenser. Berdasarkan konstruksinya, condenser ini adalah
jenis shell and tube. Condenser jenis ini terdiri dari tabung shell baja, di bagian
dalamnya terdapat beberapa pipa lurus yang tersusun secara paralel. Ujung dan
pangkal pipa-pipa tersebut dibatasi oleh pelat (tube sheet).
Air pendingin (condensing water) mengalir di dalam pipa-pipa, sedangkan
refrigeran mengalir di luar pipa (di dalam shell). Air pendingin disirkulasikan oleh
pompa dari cooling tower menuju condenser. Pengaturan tekanan masuk (water
in) dan keluar (water out) dilakukan secara manual memakai gate valve. Pipa-pipa
air memiliki temperatur yang lebih rendah dibandingkan shell refrigeran, sehingga
terjadi perpindahan kalor dari refrigeran kepada air. Selanjutnya air yang keluar
dari condenser didinginkan oleh cooling tower.
Gambar 3.4 Konstruksi Water Cooled Condenser Jenis Shell and Tube Sumber: http://bitzer.de/eng/productservice/p3/754
c. Katup Ekspansi Termostatik (Thermostatic Expansion Valve)
Menurut Arismunandar dan Saito (2005: 165) katup ekspansi
dipergunakan untuk mengekspansikan secara adiabatik cairan refrigeran yang
bertekanan dan bertemperatur tinggi sampai mencapai tingkat keadaan tekanan
dan temperatur rendah. Selain itu, katup ekspansi mengatur pemasukan refrigeran
sesuai dengan beban pendinginan yang harus dilayani oleh evaporator. Katup
ekspansi mengatur supaya evaporator dapat selalu bekerja sehingga diperoleh
efisiensi siklus refrigerasi yang maksimal.
Katup ekspansi yang digunakan pada Freeze Dryer model Lyofast 40 yaitu
jenis Thermostatic Expansion Valve atau biasa disingkat TXV dengan external
equalizer. Menurut Handoko K. (1987: 22) katup ekspansi termostatik dapat
mengatur jumlah refrigeran yang mengalir ke evaporator sesuai dengan beban
evaporator dan mempertahankan efisiensi evaporator yang maksimum pada setiap
keadaan beban evaporator yang berubah-ubah. Katup ekspansi termostatik dapat
mempertahankan gas superheat yang konstan pada setiap perubahan beban di
evaporator. Besarnya superheat dapat diatur dengan memutar baut (adjusting
screw) pada katup ekspansi termostatik.
Gambar 3.5 Konstruksi Thermostatic Expansion Valve Sumber:
Alat kontrol kelistrikan pada Freeze Dryer BOC Edwards model
Lyofast 40 terdiri dari High Low Pressure Switch, Oil Pressure Switch,
Flow Switch dan alat kontrol lain. High Low Pressure Switch akan memutuskan
arus listrik ke kompresor jika tekanan discharge lebih tinggi dari ketentuan atau
tekanan suction lebih rendah dari ketentuan. Oil Pressure Switch akan
memutuskan arus listrik ke kompresor jika tekanan oli lebih rendah dari
ketentuan. Oil Pressure Switch pun akan memutuskan arus listrik jika tekanan oli
tidak dapat naik sampai batas yang aman saat kompresor mulai dijalankan.
Flow Switch dikontrol oleh laju aliran air yang masuk ke water cooled condenser
dan Oil Cooling Heat Exchanger. Flow Switch mempunyai sensor seperti lidah
yang dimasukkan ke dalam pipa untuk mengukur besar laju aliran air. Flow
Switch akan memutuskan arus listrik ke kompresor jika laju aliran air lebih rendah
dari ketentuan. Alat-alat kelistrikan dikontrol secara otomatis oleh PLC
(Programmable Logic Control) dan inverter.
Referensi
Althouse, Andrew D., Carl H. Turnquist dan Alfred F. Bracciano. (2004). Modern Refrigeration and Air Conditioning. Illinois: The Goodheart-Willcox Company, Inc.
Arismunandar, Wiranto dan Saito, Heizo. (2005). Penyegaran Udara Cetakan Ketujuh. Jakarta: Pradnya Paramita.
K., Handoko. (1987). Alat Kontrol Mesin Pendingin. Jakarta: PT. Ichtiar Baru.
United Nations Environment Programme. (2006). Energy Efficiency Guide for Industry in Asia. Electrical Energy Equipment: Refrigeration and Air Conditioning. [Online]. Tersedia: http://www.energyefficiencyasia.org [2009].