Oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna
Refrigerasi ialah proses mendinginkan sebuah objek sehingga temperaturnya lebih rendah dari pada lingkungannya. Ada beberapa jenis teknik refrigerasi mirip siklus refrigerasi kompresi uap, termoelektrik, termoakustik, & lain-lain. Pada dasarnya hampir semua teknik refrigerasi ialah sebuah pompa kalor yg menghasilkan keadaan yg hambar di satu bab & keadaan panas di bab lainnya. Jenis teknik refrigeasi yg paling umum dipakai ketika ini ialah dengan siklus refrigerasi kompresi uap (SRKU). Hal ini dikarenakan selain sanggup menghasilkan keadaan dengan temperatur yg sangat rendah, sistem ini juga mempunyai performansi yg baik.
SRKU ialah salah satu siklus termodinamika yg mekhasiatkan perubahan2 fasa fluida kerjanya. Penggunaan SRKU yg paling umum di Indonesia ialah untuk mesin pendingin mirip air conditioner / lemari es. Namun, di negara yg mempunyai ekspresi dominan dingin, siklus refrigerasi juga sering diterapkan sebagai pemanas ruangan.
SRKU menggunakan fluida kerja yg dinamakan refrigeran. Sering kali para teknisi menggunakan kata “freon” untuk menyebut refrigeran. Sebenarnya hal ini kurang sempurna alasannya ialah “freon” salah satu nama merek. Refrigeran mempunyai titik didih (saturasi) pada temperatur sangat rendah dibandingkan dengan air, hal ini yg menjadi prinsip dasar penginginan. Seperti yg telah diketahui bahwa air pada tekanan 1 atm maka akan mempunyai titik didih di temperatur sekitar 100 oC se&gkan refrigeran pada tekanan yg sama mempunyai titk didih di bawah titik beku air, sebagai tumpuan R134a mempunyai titik didih sekitar -26oC. Semakin tinggi tekanan refrigeran maka semakin tinggi titik didihnya. Begitu pula sebaliknya, titik didih refrigeran akan semakin rendah kalau tekanannya rendah. Titik didih mempunyai arti bahwa perubahan2 fasa dari cair ke gas terjadi di temperatur tersebut. Begitu temperaturnya rendah maka absorpsi kalor dari lingkungan sekitar terjadi. Sifat termodinamika inilah yg diterapkan supaya sanggup menghasilkan keadaan hambar secara kontinu.
Untuk mendapat tekanan rendah refrigeran secara kontinu maka setidaknya diharapkan empat komponen utama, yaitu kompresor, kondenser, katup ekspansi, & evaporator. Skema sederhana dari SRKU terlihat mirip pada gambar 1 (a) se&gkan sketsa SRKU dalam diagram Tekanan- Entalpi terlihat mirip gambar 1 (b).
(a) Skema siklus refrigerasi sederhana
(b) Diagram P-h siklus refrigerasi
Gambar 1. Skema sederhana SRKU
Kompresor sanggup diibaratkan sebagai jantung dari siklus refrigerasi alasannya ialah mempunyai kiprah menghisap refrigerant dalam fasa gas (1) kemudian mengalirakan ke kondenser (2). Kondenser intinya ialah sebuah penukar kalor (Heat exchanger) yg berfungsi untuk membuang kalor yg ada pada refrigeran sehingga terkondensasi menjadi fasa cair (3). Setelah keluar dari kondenser, refrigeran mengalir ke katup ekspansi. Katup perluasan merupakan celah supaya fatwa refrigeran terhambat. Akibat dari dorongan kompresor & dihambat oleh katup perluasan maka tekanan di titik 2 – 3 menjadi tinggi & mengakibatkan temperature di kondenser juga tinggi. Oleh alasannya ialah itu terjadi pembuangan kalor. Setelah melewati katup perluasan tekanan refrigeran menjadi turun secara drastis dengan fasa refrigeran kebanyakan cair yg kemudian masuk ke komponen evaporator (4). Karena tekanan rendah maka temperaturnya juga turun secara drastis. Karena temperatur refrigeran yg sangat rendah maka kalor terserap oleh refrigeran di evaporator sehingga fasa refrigeran berubah dari yg kebanyakan ialah cair menjadi gas. Kemudian, refrigeran mengalami hal yg sama lagi pada ketika masuk ke kompresor lagi.
Nilai Coefficient of Performance (COP) dipakai untuk mengatakan seberapa baik kinerja dari sebuah siklus refrigerasi. Secara definisi COP merupakan perbandingan antara kalor yg dikhasiatkan dengan kerja yg dimasukkan ke dalam sistem. Jika siklus refrigerasi ini dipakai sebagai pendingin maka kalor yg dikhasiatkan ialah besarnya kalor yg diserap pada evaporator. Se&gkan kalau siklus ini dipakai sebagai pemanas maka kelar yg dikhasiatkan ialah kalo yg dilpaskan pada kondenser.
Siklus Refrigerasi Ideal
Skema dari susunan komponen utama siklus refrigerasi sanggup dilihat pada gambar 1 (a). Siklus refrigerasi ideal mengasumsikan proses pada masing-masing komponen sebagai berikut:
1. Proses kompresi terjadi secara isentropik.
2. Proses kondensasi terjadi secara isobarik sampai saturasi cair
3. Proses perluasan terjadi secara isoentalpi.
4. Prosses evaporasi terjadi secara isobaric sampai saturasi gas
Proses-proses pada siklus refrigerasi biasanya digambarkan dalam diagram tekanan-entalpi (P-h). Untuk siklus refrigerasi ideal sanggup dilihat pada gambar 2.
Gambar 1. (a) Siklus refrigerasi ideal pada diagram P-h.
Contoh soal:
Sebuah siklus refrigerasi ideal mempunyai tekanan tinggi 1.2 MPa & tekanan rendah 140 kPa. Jika laju fatwa volume refrigeran ketika masuk ke kompresor ialah 0.5 m3/detik. Tentukan:
a. kapasitas pendinginan & temperratur terendah (kW)
b. Pembuangan kalor (kW)
c. Kerja pada kompresor (kW)
d. COP pendingin & COP pemanas
Jawaban:
