Sistem Refrigerasi dan Tata Udara, SMK,  MAK,  Kelas10,  Syanmsuri dkk
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Sistem Refrigerasi dan Tata Udara, SMK, MAK, Kelas10, Syanmsuri dkk

on

  • 15,520 views

 

Statistics

Views

Total Views
15,520
Views on SlideShare
15,515
Embed Views
5

Actions

Likes
4
Downloads
1,534
Comments
1

1 Embed 5

http://www.slideee.com 5

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

CC Attribution-NonCommercial-ShareAlike LicenseCC Attribution-NonCommercial-ShareAlike LicenseCC Attribution-NonCommercial-ShareAlike License

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
  • terimakasih untuk ulasannya kami sangat membutuhkan informasi seperti ini untuk pembelajaran dan meningkatkan kwalitas jasa dari http://serviceac.web.id service ac sumber makmur teknik
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Sistem Refrigerasi dan Tata Udara, SMK,  MAK,  Kelas10,  Syanmsuri dkk Sistem Refrigerasi dan Tata Udara, SMK, MAK, Kelas10, Syanmsuri dkk Document Transcript

  • Syanmsuri Hasan, dkk. untuk Sekolah Menengah Kejuruan SISTEM REFRIGERASI SISTEM REFRIGERASI DAN TATA UDARA DAN TATA UDARA Syanmsuri Hasan, dkk. untuk SMK Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional
  • Sapto Widodo Syamsuri Hasan Refrigerasi dan Tata Udara SMK Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Departemen Pendidikan Nasional
  • Hak Cipta pada Departemen Pendidikan Nasional Dilindungi Undang-undang Refrigerasi dan Tata Udara Untuk SMK Penulis : Sapto Widodo Syamsuri Hasan Editor : Winarso A. Sukarno WID WIDODO, Sapto r Refrigerasi dan Tata Udara untuk SMK/oleh Sapto Widodo, Syamsuri Hasan. ---- Jakarta : Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008. xiv. 346 hlm Daftar Pustaka : 344 Diterbitkan oleh Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Departemen Pendidikan Nasional Tahun 2008
  • KATA SAMBUTAN Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dan karunia Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional, pada tahun 2008, telah melaksanakan penulisan pembelian hak cipta buku teks pelajaran ini dari penulis untuk disebarluaskan kepada masyarakat melalui website bagi siswa SMK. Buku teks pelajaran ini telah melalui proses penilaian oleh Badan Standar Nasional Pendidikan sebagai buku teks pelajaran untuk SMK yang memenuhi syarat kelayakan untuk digunakan dalam proses pembelajaran melalui Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 12 tahun 2008. Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada seluruh penulis yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanya kepada Departemen Pendidikan Nasional untuk digunakan secara luas oleh para pendidik dan peserta didik SMK di seluruh Indonesia. Buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepada Departemen Pendidikan Nasional tersebut, dapat diunduh (download), digandakan, dicetak, dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat. Namun untuk penggandaan yang bersifat komersial harga penjualannya harus memenuhi ketentuan yang ditetapkan oleh Pemerintah. Dengan ditayangkannya soft copy ini akan lebih memudahkan bagi masyarakat untuk mengaksesnya sehingga peserta didik dan pendidik di seluruh Indonesia maupun sekolah Indonesia yang berada di luar negeri dapat memanfaatkan sumber belajar ini. Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini. Selanjutnya, kepada para peserta didik kami ucapkan selamat belajar dan semoga dapat memanfaatkan buku ini sebaik-baiknya. Kami menyadari bahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karena itu, saran dan kritik sangat kami harapkan. Jakarta, Direktur Pembinaan SMK
  • PRAKATA Buku ini disusun dengan maksud untuk memenuhi kebutuhan buku-buku teknik yang komprehensif, berorientasi pada masalah praktis, di bidang Teknik Refrijerasi dan Tata Udara pada level Teknisi atau level SMK. Walaupun begitu, buku ini dapat digunakan pula oleh kalangan lain yang berminat pada dunia refrijerasi dan tata udara. Setiap topik bahasan didahului dengan pembahasan secara konseptual untuk meletakkan dasar yang kuat dari segi keilmuannya kemudian dilanjutkan ke segi praktisnya. Untuk memperdalam pokok permasalahan, adakalanya bahan kajian diberikan melalui contoh-contoh permasalahan yang aplikatif disertai dengan solusinya. Penggunaan hitungan matematis yang terlalu rumit dihindari, tetapi lebih menekankan pada penggunaan Tabel, grafik dan chart. Pada keseluruhan pembahasan, diarahkan pada siklus refrijerasi kompresi uap, dan permasalahan yang dapat timbul pada setiap bagiannya. Setiap bagian dibahas secara komprehensif termasuk hubungannya dengan bagian lain yang ada pada sistem refrijerasi kompresi uap. Semoga bermanfaat. ii
  • DAFTAR ISI Hal PENGANTAR DIREKTUR PSMK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . i PRAKATA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii DAFTAR ISI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii LEMBARAN PENGESAHAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. viii SINOPSIS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. ix DESKRIPSI KONSEP PENULISAN. . . . . . . . . . . . . . . . . xi PETA KOMPETENSI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xii 1. Gaya dan Energi yang terkandung pada Benda . . 1 1.1 Masa dan Berat Jenis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 Grafitasi Spesifik dan Berat Jenis Relatif . . . . . . 5 1.3 Masa dan Volume Zat yang Mengalir . . . . . . . . 5 1.4 Velositas dan Kecepatan Gerak Benda . . . . . . . 7 1.5 Percepatan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.6 Percepatan Grafitasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.7 Gaya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.8 Gaya Grafitasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.9 Energi Kinetik Eksternal . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.10 Energi Potensial Eksternal . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.11 Energi Eksternal Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.12 Hukum Konservasi Energi . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.13 Energi Internal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.14 Energi Kinetik Internal 15 1.15 Energi Potensial Internal 15 2. Energi Panas, Daya dan Perubahan Wujud. . . . . . 18 2.1 Energi Panas dan Daya . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.2 Metoda Pemindahan Panas . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.3 Perhitungan Energi Panas . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.4 Suhu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Thermometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5 32 2.6 Suhu Absolut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.7 Tekanan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 36 2.8 Perubahan Wujud Benda . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.9 Saturasi, Panaslanjut, dan Superdingin . . . . . . . 50 iii
  • 3. Sifat Udara dan Psikrometri .. . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.1 Komposisi Udara . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.2 Campuran Uap Air dan Udara Kering .. . . . . . . . 56 3.3 Suhu Saturasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.4 Uap Panaslanjut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.5 Cairan Superdingin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.6 Efek Tekanan pada Suhu Saturasi . .. . . . . . . . . 63 3.7 Evaporasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.8 Kondensasi . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3.9 Suhu Titik Embun (Dew-point) . . . . . . . . . . . . . 67 3.10 Kandungan Uap Air Maksimum .. . . . . . . . . . . . 70 3.11 Kelembaban Absolut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.12 Kelembaban Relatif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.13 Kelembaban Spesifik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 3.14 Suhu Bola Basah dan Suhu Bola Kering . . .. . . . 74 3.15 Proses Transfer Panas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4. Psychrometric Chart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 81 Pemetaan Psikrometrik Chart . . . . . . . . . . . . . . 4.1 82 Pengenalan Letak Garis Skala pada Chart . . . . . 4.2 82 4.3 Definisi Istilah dan Pemetaan (Plotting) pada Chart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Cara Membaca Chart . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 86 4.5 Perubahan Kondisi Udara Ruang . . . . . . . . . . . 88 4.6 Pemanasan Udara tanpa Penambahan Uap Air .. 88 4.7 Pemanasan dengan Penambahan Uap Air . . . . . 91 4.8 Pendinginan tanpa Pengurangan Uap Air. . . . . . 92 4.9 Pendinginan dengan Pengurangan Uap Air .. . . . 94 4.10 Percampuran Udara . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 96 5. Refrigeran dan Sistem Kompresi Uap . . . . . . . . . . 98 5.1 Masalah Lingkungan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 5.2 Klasifikasi Refrijeran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 5.3 Refijeran yang Ramah Lingkungan . . . . . . . . . . 102 5.4 Sistem Refrijerasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 5.5 Pengontrolan Suhu Penguapan Refrijeran . . . . . 106 5.6 Evaporasi Terus-menerus . . . .. . . . . . . . . . . . . 108 5.7 Siklus Ulang Refrijeran . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 5.8 Tipikal Sistem Kompresi Gas . . . . . . . . . . . . . . 111 5.9 Service Valve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 5.10 Pembagian Sistem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 5.11 Kondensing Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 iv
  • 5.12 Pengaruh Tekanan Liquid terhadap Suhu Evaporasi Refrijeran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 5.13 Pengaruh Tekanan Gas terhadap Suhu Kondensasi refrijeran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 5.14 Siklus Refrijeran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 5.15 Tipikal Proses Aktual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 6. Diagram Siklus Refrijerasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 6.1 Diagram Siklus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 6.2 P-H Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.3 Pengaruh Suhu Evaporasi terhadap Efisiensi Siklus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 6.4 Pengaruh Suhu Kondensasi terhadap Efisiensi Siklus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 6.5 Siklus Refrijerasi Aktual . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 7. Aplikasi Sistem Refrigerasi Mekanik . . . . . . . . . . . 146 7.1 Ruang Lingkup Industri . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 7.2 Klasifikasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 7.3 Pengawetan Makanan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 7.4 Gudang Pendinginan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 7.5 Cara Pembekuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 8. Evaporator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 8.1 Jenis Evaporator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 8.2 Konstruksi Evaporator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Bare Tube Evaporator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 158 Plate Surface Evaporator . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4 160 Finned Evaporator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5 161 8.6 Kapasitas Evaporator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 9. Pengontrolan laju Aliran Refrijeran . . . . . . . . . . . 164 9.1 Pengontrolan Laju Aliran Refrijeran . . . . . . . . . 165 Hand Expansion Valve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 165 Automatic Expansion Valve . . . . . . . . . . . . . . . 9.3 166 Thermostatic Expansion Valve . . . . . . . . . . . . . 9.4 168 9.5 Pipa Kapiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 10. Kondensor Dan Pemeliharaannya . . . . . . . . . . . . . 175 10.1 Pendahuluan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 10.2 Permasalahan Kondensor . . . . . . . . . . . . . . . . 176 10.3 Permukaan Kondensor Kotor . . . . . . . . . . . . . . 179 10.4 Pemeliharaan Air-cooled Condensor . . . . . . . . . 180 v
  • Pemeliharaan Water-cooled Condensor . . . . . . . 10.5 182 11. Kompresor dan Pemeliharaannya . . . . . . . . . . . . . 187 11.1 Fungsi Kompresor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 11.2 Kompresor Torak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 11.3 Piston (Compressor) Displacement . . . . . . . . . . 195 11.4 Efisiensi Volumetrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 11.5 Perbandingan Kompresi . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 11.6 Kontaminasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 11.7 Pengujian Kompresor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 12. Kontrol Komponen dan Rangkaian . . . . . . . . . . . . 204 12.1 Fungsi Pengontrol Sistem Refrijerasi dan Tata Udara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 12.2 Fungsi Mengatur Kondisi Ruang . . . . . . . . . . . . 205 12.3 Fungsi Proteksi dan Perlindungan . . . . . . . . . . . 205 12.4 Fungsi Operasi Ekonomis . . . . . . . . . . . . . . . . 206 12.5 Fungsi Starting dan Stoping . . . . . . . . . . . . . . . 208 12.6 Fungsi Pengontrol Operasi . . . . . . . . . . . . . . . . 208 12.7 Fungsi pengontrol Kondisi Ruang . . . . . . . . . . . 208 12.8 Fungsi Pengontrol Residental AC . . . . . . . . . . . 209 12.9 Fungsi Pengontrol AC Komersial . . . . . . . . . . . 210 12.10 Fungsi Pengontrol untuk Central Station (AC) . .. 211 12.11 Sistem Kontrol Elektrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 12.12 Sistem Kontrol Pneumatik . . . . . . . . . . . . . . . . 213 12.13 Sistem Kontrol Elektronik . . . . . . . . . . . . . . . . 214 12.14 Thermostat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 12.15 Humidistat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 12.16 Pressure Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 12.17 Oil differential Pressure Control . . . . . . . . . . . .. 231 12.18 Evaporator Pressure Regulator . . . . . . . . . . . . . 232 12.19 Crankcase Pressure Regulator . . . . . . . . . . . . .. 234 12.20 Capacity Regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 13. Pengujian Sistem Refrijerasi Mekanik . . . . . . . . .. 238 13.1 Peralatan Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 239 13.2 Penggunaan Service Manifold . . . . . . . . . . . . .. 246 13.3 Pengujian Kebocoran dan Tekanan . . . . . . . . . . 249 13.4 Pemeriksaan Tekanan Kondensasi . . . . . . . . . .. 256 13.5 Evakuasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 260 13.6 Charging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 262 vi
  • 14. Pemipaan Sistem Refrijerasi . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 14.1 Jenis pipa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 266 14.2 Pipa Tembaga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 267 14.3 Pipa Alumunium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 14.4 Pipa Baja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 14.5 Pipa Fleksibel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 14.6 Pipa Kapiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 14.7 Soldering Fitting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 14.8 Alat Kerja Pipa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 14.9 Pengerjaan Pemipaan Refrijerasi . . . . . . . . . . .. 289 14.10 Brazing dan Perlengkapan Las Oxi-acetilin . . . .. 301 15. Motor Listrik dan Rangkaian Kontrol . . . . . . . . . .. 313 15.1 Motor Listrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 15.2 Motor Satu Fasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 15.3 Motor Tiga Fasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 15.4 Rangkaian Kontrol Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 16. AC Mobil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 16.1 Pendahuluan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 326 16.2 Operasi AC Mobil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 327 16.3 Kapasitas Pendinginan . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 329 16.4 Tipikal Sistem dan Instalasi AC Mobil . . . . . . . .. 330 16.5 Magnetic Clutch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 332 16.6 Kompresor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 16.7 Instalasi Sabuk Puli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 16.8 Kondensor dan Evaporator . . . . . . . . . . . . . . .. 337 16.9 Receiver-Dryer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 16.10 Katub Ekspansi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 16.11 Pekerjaan Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 DAFTAR PUSTAKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 344 DAFTAR ISTILAH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 345 vii
  • LEMBAR PENGESAHAN viii
  • SINOPSIS Buku ini dimaksudkan untuk membuka wawasan siswa SMK yang akan menggeluti dunia refrijerasi dan tata udara. Untuk maksud itu, Buku ini membahas berbagai aspek yang ada di dunia refrijerasi dan Tata Udara (refrigeration & Air Conditioning), meliputi gejala fisik dan termodinamika, pentingnya refrijerasi dan tata udara, tantangan yang dihadapi dalam berbagai level pekerjaan, dan lingkup dunia industri refrijerasi dan tata udara. Tidak dapat dibayangkan, bagaimana dalam fase kehidupan modern seperti saat ini, tanpa ada keterlibatan sistem Refrijerasi dan Tata Udara. Urusan bisnis dan urusan komersial lainnya, proses manufaktur di industri, penyimpanan dan pengawetan makanan, transportasi dan pengapalan serta urusan rumah tangga, mempunyai ketergantungan yang sangat tinggi terhadap kegiatan pengkondisian suhu dan kelembaban udara di dalam ruang. Industri refijerasi dan Tata Udara telah membantu dan membuka peluang terhadap segala keperluan perilaku kehidupan modern. Pada bidang refrijerasi, penanganan kegiatan pasca panen mengharuskan buah-buahan dan sayuran segera didinginkan agar kondisinya tetap segar dan kualitasnya tetap prima. Kemudian pada kegiatan penyimpanan produk di gudang pendingin (cold storage) dan pemasaran produk dalam skala besar di supermarket, seperti pendinginan dan pembekuan daging, pendinginan minuman memerlukan sentuhan sistem refrjerasi dan Tata Udara. Sistem Tata Udara telah meningkatkan efisiensi dan produktifitas dunia usaha dan industri ketika kenyamanan kerja, melalui pengkondisian suhu dan kelambaban udara ruang mulai dipertimbangkan. Banyak pabrik dan industri besar memanfaatkan Sistem Tata Udara untuk membantu proses produksi mereka. Perencanaan atau desain peralatan, manufaktur atau pembuatan peralatan, penjualan, pemasangan dan pemeliharaan peralatan refrijerasi dan tata udara menyediakan banyak pekerjaan dan sekaligus tantangan. Tidak dapat dipungkiri, karena begitu banyaknya pengguna peralatan refrijerasi dan tata udara, maka menuntut siapa saja yang akan berkecimpung di dalam industri ini harus memiliki kemampuan dan pengetahuan tentang dasar pengkondisian udara serta proses refrijerasi. Industri Refrijerasi dan Tata Udara pada umumnya dapat dibagi menjadi tiga kelompok industri, yaitu: 1. Domestik 2. Komersial ix
  • 3. Industrial Kelompok domestic diarahkan untuk memenuhi keperluan rumah tangga. Peralatan domestik yang banyak beredar di pasaran antara lain home refrigerator, freezer dan air conditioner, tipe window dan tipe split. Pada aplikasi komersial, peralatannya mencakup peralatan komersial yang lazim digunakan di supermarket, misalnya reach-in freezer, service case, dan produce sale case, water cooler, beverage cooler dan truck refrigeration system. Pada aplikasi industri, peralatannya meliputi central air conditioner, packing plant, cold storage dan pabrik es. Industri Refrijerasi dan Tata Udara memerlukan dan membuka banyak peluang pekerjaan di berbagai jenjang dan level jabatan yaitu: 1. Level Pelaksana, tingkat Muda, Madya dan Utama. 2. Level Teknisi tingkat Muda, Madya dan Utama. 3. level Ahli dan Spesialis tingkat Muda, Madya dan Utama. Lulusan SMK dapat mengisi pekerjaan pada level Pelaksana Utama dan Teknisi Muda, dalam hal pemasangan dan pemeliharaan peralatan refrijerasi dan tata udara untuk keperluan rumah tangga (domestik) dan komersial. x
  • DESKRIPSI KONSEP PENULISAN Buku Refrijerasi dan Tata Udara ini diharapkan dapat dijadikan sebagai buku teks dasar bagi para teknisi dan praktisi di dunia refrijerasi dan pengkondisian udara. Sebagai buku teks dasar bagi para teknisi lapangan pada level SMK, maka penyajian buku ini dibuat sederhana dimulai dengan gejala fisik dan hukum-hukum fisik yang berkaitan kemudian dilanjutkan dengan pembahasan praktis yang terjadi di lapangan pekerjaan. Buku ini dibagi menjadi lima belas bagian, yang disajikan secara berurutan, dimulai dari yang mudah menuju ke yang lebih komplek. Karena refrijerasi berkaitan denga perpindahan energi panas maka masalah yang sangat krusial ini disajikan pada bagian pertama buku ini dengan harapan siswa akan mendapat pengetahuan dasar yang kuat tentang energi panas. Pada bagian selanjutnya disajikan masalah sifat-sifat udara dan berbagai proses pengkondisiannya. Berikutnya disajikan aplikasi berbagai sistem refrijerasi dan permasalahannya. Yang pertama adalah masalah komponen yang digunakan dan pengaturannya, serta masalah pemeliharannya. Yang terakhir disajikan masalah pemipaan refrijerasi dan motor listrik yang digunakan sebagai penggerak kompresor. xi
  • PETA UNIT KOMPETENSI BIDANG TEKNIK PENDINGIN DAN TATA UDARA Kode Unit Unit Kompetensi U KELOMPOK UMUM TP-U1-OO-A Melaksanakan pekerjaan secara aman (K -3) TP-U2-OO-A Mengukur Besaran Listrik dan Temperatur Tata Udara TP-U3-OO-A Memeriksa Fungsi dan Performassi Peralatan TP-U4-OO-A Membaca Gambar Sistem Pempaan Refrijeran Primer TP-U5-OO-A Membaca Gambar Sistemm Pemipaan Refrijeran Sekunder TP-U6-OO-A Membaca Gambar Sistem Ducting Teknik Pendingin TP-U7-OO-A Membaca Gambar Pabrik Es/Refrijerasi Komersial TP-U8-OO-A Membaca gambar Cold Storage TP-U9-OO-A Membaca gambar Cold Storage Transportasi TP-U10-OO-A Membaca Gambar Ruang Retail TP-U11-OO-A Membaca Gambar Perencanaan AC Sentral TP-U12-OO-A Membaca gambar Ruang Bersih TP-U13-OO-A Mengisi Refrijeran Mesin pendingin kurang dari 2 PK TP-U14-OO-A Mengisi Refrijeran Mesin pendingin lebih dari 2 PK TP-U15-OO-A Mengisi Refrijeran sekuinder Mesin Pendingin Sentral. TP-U16-OO-A Mengganti Refrijeran (Retrofitting) G KELOMPOK MENGGAMBAR TP-G1-OO-A Menaggambar Instalasi Pemipaan Refrijeran Teknik Pendingn. TP-G2-OO-A Menggambar Sistem Pemipaan Refrijeran Sekunder Teknik Pendingin TP-G3-OO-A Menggambar Ducting Teknik Pendingin. TP-G4-PE-A Menggambar Pabrik Es/Refrijerasi Komersial TP-G5-CS-A Menggambar Sistem Cold Storage. TP-G6-CS-A Menggambar Cold Storage Transportasi Darat. TP-G7-CS-A Menggambar Cold Storage Transportasi Laut TP-G8-TU-A Menggabar Sistem Ruang Retail. TP-G9-TU-A Menggambar Sisten Tata Udara Industri/Produksi. TP-G10-TU-A Menggambar Sistem Tata Udara Sentral. TP-G11-TU-A Menggambar Sistem Tata Udara Ruang Bersih TP-G12-OO-A Menggambar Teknik Pendingin dengan Metode CAD xii
  • L KELOMPOK MELAYANI MESIN TP-L1-PE-A Mengoperasikan Pabrik Es Komersial TP-L2-CS-A Mengoperasikan dan Mealayani Cold Storage untuk Sayuran TP-L3-CS-A Mengoperasikan dan Mealayani Cold Storage untuk Daging, Ikan dan Udang TP-L4-CS-A Melayani Cold Storage Transportasi Darat TP-L5-CS-A Melayani Cold Storage Transportasi Laut R KELOMPOK MERAWAT DAN MEMPERBAIKI TP-R1-OO-A Merawat peralatan Udara Ventilasi TP-R2-OO-A Merawat dan Memperbaiki Kompresor Mesin Pendingin TP-R3-OO-A Merawat dan Memperbaiki Alat Penukar Kalor TP-R4-OO-A Merawat dan Memperbaiki Mesin Listrik Teknik Pendingin TP-R5-PE-A Merawat dan Memperbaiki Mesin Pabrik Es (Refrijerasi) TP-R6-CS-A Merawat dan Memperbaiki Cold Storage TP-R7-CS-A Merawat dan Memperbaiki Cold Storage Transportasi Darat TP-R8-CS-A Merawat dan Memperbaiki Cold Storage Transportasi Laut TP-R9-TU-A Merawat dan Memperbaiki tata Udara Industri TP-R10-OO-A Merawat dan Memperbaiki Mesin Pendingin TP-R11-TU-A Merawat dan Memperbaiki Mesin Pendingin Mobil Pribadi TP-R12-TU-A Mengoperasikan dan Merawat Mesin Pendingin Rumah Tangga (Domestik) TP-R13-OO-A Merawat dan Memperbaiki Kontrol Mesin Pendingin Sentral TP-R14-TU-A Merawat dan Melayani Restoran dan Kelab Malam TP-R15-TU-A Merawat dan Memperbaiki Ruang Retail TP-R16-TU-A Merawat dan Memperbaiki Mesin Pendingin Sentral TP-R17-TU-A Merawat dan Memperbaiki Pengatur Kualitas Udara Indoor (KUI) TP-R18-TU-A Merawat dan memperbaiki Sistem Pendingin Ruang Bersih xiii
  • P KELOMPOK PEMASANGAN/PEMBANGUNAN TP-P1-TU-A Memilih Lokasi dan Pemasangan Outdoor Unit TP-P2-PE-A Membangun Pabrik Es (Mesin Refrijerasi) komersial TP-P3-CS-A Membangun Ruang Dingin (Cold Storage) TP-P4-CS-A Membangun Cold Storage Transportasi Darat TP-P5-CS-A Membangun Cold Storage transportasim Laut. TP-P6-TU-A Memasang Mesin Tata Udara Domestik TP-P7-TU-A Memasang Mesin Tata Udara Mobil. TP-P8-TU-A Membangun Tata Udara Industri TP-P9-TU-A Membangun Ruang Retail. TP-P10-TU-A Membangun Tata Udara Sentral TP-P11-TU-A Membangun Tata Udara Ruang Bersih D KELOMPOK MERENCANA/0DESAIN TP-D1-OO-A Merencana Instalasi Pemipaan Refrijeran Primer TP-D2-OO-A Merencana Instalasi Pemipaan Refrijeran Sekunder TP-D3-OO-A Merencana Instalasi Lorong (ducting) Udara TP-D4-EPE-A Merencana Pabrik Es Komersial TP-D5-CS-A Merencana Ruang Dingin (Cold storage) TP-D6-CS-A Merencana Cold Storage Transportasi Darat TP-D7-CS-A Merencana Cold Storage Transportasi Laut TP-D8-TU-A Merencana Ruang Retail TP-D9-TU-A Merencana Tata Udara Industri/Produksi TP-D10-TU-A Merencana tata Udara Gedung Sentral TP-D11-TU-A Merencana Ruang Bersih/Steril xiv
  • 1 GAYA DAN ENERGI YANG TERKANDUNG PADA BENDA 1 Kerangka Isi 1.1 Masa dan Berat Jenis 1.2 Grafitasi Spesifik dan Berat Jenis Relatif 1.3 Masa dan Volume Zat yang Mengalir 1.4 Velositas dan Kecepatan Gerak Benda 1.5 Percepatan 1.6 Percepatan Grafitasi 1.7 Gaya 1.8 Gaya Grafitasi 1.9 Energi Kinetik Eksternal 1.10 Energi Potensial Eksternal 1.11 Energi Eksternal Total 1.12 Hukum Konservasi Energi 1.13 Energi Internal 1.14 Energi Kinetik Internal 1.15 Energi Potensial Internal
  • 2 Pada prinsipnya Sistem Refrijerasi dan Tata Udara berbasis kepada prinsip-prinsip keilmuan dan rekayasa. Padahal keilmuan dan rekayasa itu sendiri mengakar pada ilmu fisika dan matematika terapan. Proses pendinginan udara ruang (cooling process) dan proses pemanasan udara ruang (heating process) berdasar kepada hukum Penukaran Kalor (heat exchange) yang berlangsung pada elemen-elemen fisis. Desain dan operasi peralatan pendingin dan pemanas ruangan berbasis pada salah satu cabang ilmu fisika yaitu thermodynamics. Sedangkan proses aktual pada pengkondisian ruangan, yakni pengontrolan suhu udara dan kandungan uap air atau kelembaban udara tergantung kepada pengetahuan dari salah satu cabang ilmu fisika yang lazim disebut sebagai psikrometri (psychrometry). Pendistribusian udara yang sudah dikondisi ke ruang-ruang yang memerlukannya, dan pengaturan udara segar dari luar ruangan berhubungan erat dengan masalah ventilasi (ventilation). Proses aliran fluida dalam suatu siklus menyangkut aliran fluida dan energi kinetik (kinetic energy). Pemeliharaan suhu ruangan agar selalu konstan pada titik yang diinginkan akan berkaitan dengan masalah pemindahan panas (heat transfer). Setiap aspek yang ada di dalam sistem refrijerasi dan tata udara berkaitan dengan satu atau lebih prinsip-prinsip di dalam ilmu fisika. Konsekuensinya, prinsip-prinsip dasar pada ilmu fisika, seperti panas atau kalor, suhu, berat jenis, grafitasi spesifik, tekanan, energi, usaha dan daya harus dapat dipahami dan dihayati. Energi dapat dinyatakan sebagai kemampuan untuk melakukan suatu usaha. Energi diperlukan untuk melaksanakan suatu usaha, dan suatu benda dikatakan memiliki energi ketika ia memiliki kapasitas untuk melakukan suatu usaha. Jumlah energi yang diperlukan untuk melalkukan suatu usaha selalu sama dengan jumlah usaha yang dilakukan. Sama halnya, jumlah energi yang dimiliki suatu benda selalu sama dengan jumlah usaha yang dikenakan pada benda tersebut. Usaha dan energi diukur dalam satuan Joule.
  • 3 1.1 Masa dan Berat Jenis Dalam bidang Refrijerasi dan Tata Udara, ukuran utama untuk menentukan kuantitas suatu benda adalah masa (m), biasanya dinyatakan dalam gram (g) atau kilogram (kg), volume (v), biasanya diekspresikan dalam centimetre kubik (cm3) atau meter kubik (m3). Satu meter kubik sama dengan 1.000.000 centimeter kubik. Ukuran lain dari volume fluida adalah liter. Satu liter sama dengan 1/1000 meter kubik. Berat jenis (ρ) dinyatakan sebagai masa per satuan volume. Sedang volume spesifik (υ) dinyatakan sebagai volume per satuan masa. Bila diekspresikan dalam formula matematika; adalah, ρ = m/V (1.1) υ = V/m (1.2) Berat jenis lazimnya diekspresikan dalam kilogram per meter kubik (kg/m3) atau per liter (kg/l). Jadi, ρ = 1/υ dan υ = 1/ρ. Udara mempunyai berat jenis 0,0807 lb/ft3. Tentukan Contoh 1.1 volume spesifiknya? ft 3 1 = 12,4 υ = 1/ρ = Solusi lb lb 0,0807 3 ft Udara mempunyai berat jenis 1,293 kg/m3. Tentukan Contoh 1.2 volume spesifiknya? m3 1 = 0,773 υ = 1/ρ = Solusi kg kg 01,293 m3
  • 4 Tabel 1.1 Berat Jenis dan grafitasi Spesifik beberapa banda Berat Jenis Grafitasi 3 3 Nama Benda Spesifik Lb/ft Kg/m Air 62,4 1000 1 Aluminium 168 2690 2,7 Amonia cair (60oF) 38,5 615 0,62 Beton 112 1790 1,8 Tembaga 560 8980 8,98 Cork 15 240 0,24 Gelas 175 2800 2,8 Mercury 848 13570 13,6 Minyak 48,6 780 0,78 Baja 486 7780 7,8 Kayu Oak 50 800 0,8 Kayu pinus 34,2 550 0,55 Akan dapat diketahui pada pembahasan berikutnya, bahwa volume spesifik dan berat jenis suatu benda tidak konstan tetapi bervariasi terhadap suhu benda. Tetapi untuk keperluan perhitungan praktis dalam bidang refrijerasi, berat jenis air adalah 1000 kg/m3. Ini merupakan harga maksimum berat jenis air pada suhu 4oC. Berat jenis air turun menjadi 958 kg/m3 pada suhu 100oC, yakni titik didih air pada tekanan atmosfir. Untuk mengetahui nilai yang lebih akurat lagi, dapat dilihat dari tabel Uap. Contoh 1.3 Sebuah fan menghembuskan udara kering pada suhu 32oF, sebesar 3000 ft3 per menit (cfm) pada tekanan 1 atmosfir. Hitung quantitas udara yang disirkulasikan setiap jam dalam satuan pound dan kilogram? Solusi a. Dari tabel 1.2 diperoleh ρ = 0,087 lb/ft3. ft 3 lb min Q = 3000 Jadi x0,0807 3 x60 min hr ft = 14.520 lb/hr b. Dari tabel 1.2 diperoleh ρ = 1,293 kg/m3. ft 3 m3 kg min Q = 3000 Jadi x0,0283 3 x1,293 3 x60 min hr ft m = 6590 kg/hr
  • 5 1.2 Grafitasi Spesifik atau Berat Jenis Relatif Grafitasi spesifik dari suatu benda merupakan nilai perbandingan antara berat jenis benda tersebut dengan berat jenis benda yang dijadikan standar acuan. Pada kasus cairan, maka yang dijadikan standar acuan adalah air yang memiliki berat jenis maksimum 1000 kg/m3. Jika ρw adalah berat jenis air, maka grafitasi spesifik (ρr) suatu benda adalah, ρ ρr = (1.3) ρw Tembaga mempunyai berat jenis sebesar 560 lb/ft3. Contoh 1.4 Tentukan nilai grafitasi Spesifik lb 560 ρ ft 3 ρr = = 8,98 Solusi = ρw lb 62,4 3 ft Tabel 1.2 Berat Jenis dan grafitasi Spesifik beberapa jenis Gas Berat Jenis Grafitasi Lb/ft3 Kg/m3 Nama Benda Spesifik Udara 0,0807 1,293 1 Amonia 0,482 0,769 0,596 CO2 0,1234 1,98 1,53 Hidrogen 0,0056 0,0896 0,069 Oksigen 0,0892 1,428 1,105 1.3 Masa dan Volume Zat yang Mengalir Bila masa benda diukur dalamsatuan gram (g) atau kilogram (kg), maka masa suatu zat cair yang mengalir diukur dalam satuan gram per detik (g/s) atau dalam kilogram per detik (kg/s). Satuan lain yang dapat dipakai untuk mengukur aliran suatu zat cair adalah kilogram per menit (kg/m) dan kilogram per jam (kg/h). Sama seperti masa, volume diukur dalam meter kubik (m3) atau dalam liter (l), volume suatu zat cair yang mengalir diukur dalam satuan
  • 6 meter kubik per detik (m3/s) atau dalam liter per detik (l/s) atau dalam meter kubik per jam (m3/h). Dari persamaan (1.1) dan (1.2), dapat dibuat hubungan antara masa dan volume, aliran masa dan aliran volume sebagai berikut, V m = (V )( ρ ) = (1.4) υ m V = (m)(υ ) = (1.5) ρ Dalam hal ini m = masa atau masa zat yang mengalir V = volume atau volume zat yang mengalir Contoh 1.5 Masa air yang mengalir dalam suatu pipa adalah 0,03 m3/s. Tentukan masa air yang mengalir dalam satuan kilogram per detik (kg/s)? Anggaplah berat jenis air adalah 1000 kg/m3. Solusi Dengan menggunakan formula (1-4), didapatkan, M = (0,03 m3/s)(1000 kg/m3) = 30 kg/s. Contoh 1.6 Sebuah kompresor refrijerasi memompa gas amonia. Laju aliran gas amonia adalah 85 lb/min. Suhu gas amonia adalah 32oF dan tekanannya 1 atm. Tentukan laju aliran gas amonia dalam satuan cfm dan dalam m3/s. Solusi Lihat Tabel 1.2 a. Laju aliran gas dalam cfm lb 85 min = 176 ft3/min (cfm) Q= lb 0,482 3 ft
  • 7 Laju aliran gas dalam m3/s b. ft 3 1 min 176 x min 60 s = 0,0831 m3/s Q= ft 3 35,3 (Tabel1.3) m3 Contoh 1.7 Udara yang masuk ke koil pendingin mempunyai volume spesifik sebesar 12,6 ft3/lb. Bila blower yang digunakan dapat mensirkulasikan udara sebesar 2000 ft3/min (cfm), tentukan berapa pound jumlah udara yang disirkulasikan oleh blower per jam? Solusi ft 3 min 2000 x60 min hr = 9520 lb/hr. Q= ft 3 12,6 lb 1.4 Velositas dan Kecepatan Gerak Benda Contoh gerakan sederhana dari suatu benda yang dapat dilakukan adalah gerakan benda dalam kecepatan konstan pada garis lurus. Dalam hal ini, gerakan benda tersebut memiliki arah dan jarak yang sama per satuan waktu. Gerakan benda yang demikian dikatakan gerakan yang memiliki velositas konstan. Ingat, bahwa istilah velositas konstan mempunyai implikasi tidak adanya perubahan arah dan kecepatan benda. Tetapi bila benda bergerak dengan kecepatan konstan, maka arah gerakan benda tersebut dapat berubah. Jadi velositas (velocity), merupakan kuantitas vektor, di mana satuan velositas memiliki arah dan besaran. Sedang kecepatan (speed) merupakan kuantitas skalar, tidak memiliki arah tetapi hanya memiliki besaran. Walaupun begitu, karena arah gerakan tidak begitu penting, maka dalam buku ini velositas dianggap sama dengan kecepatan yaitu sebagai kuantitas skalar.
  • 8 Kecepatan benda yang sedang bergerak adalah jarak yang ditempuh benda bergerak per satuan waktu. Secara matematika, formulanya dapat dituliskan sebagai berikut, s v= (1.6) t Dalam hal ini v = kecepatan dalam satuan meter per detik (m/s) atau meter per menit (m/min) atau kilometer per jam (km/h) s = jarak yang ditempuh dalam meter (m) atau kilometer (km) t = waktu tempuh dalam detik (s), menit (min) atau dalam jam (h) Contoh 1.8 Suatu peluru bergerak sejauh 1000 meter dalam waktu 3,5 detik. Hitung kecepatan rata-rata dalam satuan m/s? Solusi Dengan menggunakan persamaan (1.6), diperoleh, 1000m v= = 285,7 m/s 3,5s 1.5 Percepatan Benda yang sedang bergerak biasanya akan mengalami perubahan kecepatan. Gerakan benda yang mengalami perubahan kecepatan lazim disebut sebagai akselerasi gerakan, dan satuan waktu dari perubahan kecepatan disebut sebagai akselerasi atau percepatan (a). Akselerasi atau percepatan dapat positif atau negative tergantung pada nilai kecepatannya apakah naik atau turun. Bila kecepatan awal adalah vo dan kecepatan sesaat adalah vi, maka pada waktu t detik, diperoleh formula sebagai berikut, vi = vo + (a)(t) (1.7) Bila gerakan benda dimulai dari keadaan diam, sehingga kecepatan awalnya vo adalah nol, maka persamaa 1.7 dapat disederhanakan menjadi, vi = (a)(t) (1.8)
  • 9 kemudian vi t= (1.9) a Dan vi a= (1.10) t Dapat dilihat, bahwa kecepatan rata-rata (v) suatu benda yang sedang bergerak dengan akselerasi sama mulai dari posisi diam adalah vi/2. Substitusi dengan persamaan 1.6, jarak yang ditempuh benda dalam waktu t detik, adalah (vi )(t ) (a )(t 2 ) s= = (1.11) 2 2 1.6 Percepatan Grafitasi Contoh nyata adanya akselerasi sama dalam kehidupan sehari-hari yang dapat diambil adalah benda jatuh bebas dari ketinggian tertentu. Benda jatuh bebas ke permukaan tanah karena adanya grafitasi bumi akan mengalami akselerasi sebesar 9,807 m/s untuk setiap detiknya. Nilai tersebut dikena sebagai akselerasi standard dari grafitasi atau dikenal pula dengan sebutan konstanta grafitasi universal (g) di mana g = 9,807 m/s. Contoh 1.9 Suatu bola besi, mempunyai masa 0,21 kg, jatuh secara bebas dari puncak gedung ke tanah. Bila gesekan udara diabaikan dan waktu yang ditempuh adalah 3,5 detik, tentukan, (a) kecepatan gerak bola besi dan (b) tinggi gedung? Solusi Dengan menerapkan persamaan 1.8, diperoleh vi = (9,087 m/s)(3,5 s) = 34,32 m/s Dengan menggunakan persamaan 1.11, (934,32m / s )(3,5s ) s= = 60 m 2
  • 10 1.7 Gaya Gaya dapat dinyatakan sebagai suatu dorongan atau tarikan pada suatu benda. Gaya adalah sesuatu yang memiliki kecenderungan untuk membuat benda bergerak, membuat benda yang sedang bergerak menjadi berhenti, atau untuk mengubah arah gerakan benda. Gaya juga dapat merubah bentuk atau ukuran benda. Sehingga suatu benda dapat dilipat, dibengkok, dan dipampatkan atau dikompresikan. Satuan gaya adalah newton. Dalam hal ini, newton dinyatakan sebagai gaya,yang bila dikenakan pada suatu benda yang memiliki masa sebesar 1 kg, akan memberikan akselerasi sebesar 1 m/s setiap detik. Bila dinyatakan dalam persamaan matematika adalah F = (m)(a) (1.12) Dalam hal ini F = gaya dalam Newton (N) m = masa dalam kilogram (kg) a = akselerasi dalam meter per detik (m/s2) Contoh 1.10 Suatu gaya yang dikenakan pada suatu benda yang memiliki masa 15 kg, menimbulkan akselerasi benda sebesar 10 m/s2 searah dengan arah gaya. Tetntukan besarnya gaya tersebut? Solusi Menggunakan formula 1.12, diperoleh F = (15 kg)(10 m/s2) = 150 N 1.8 Gaya Grafitasi Gaya grafitasi yang dikenakan pada suatu benda dapat ditentukan dengan mensubtitusikan gaya grafitasi lokal (g) ke dalam faktor akselerasi (a) dalam persamaan 1.12. Jadi, bila digunakan untuk menghitung gaya grafitasi, maka persamaan 1.12 dapat diubah menjadi, F = (m)(g) (1.13)
  • 11 Contoh 1.11 Tentukan besarnya gaya grafitasi yang dialami suatu benda yang memiliki masa sebesar 25 kg. Solusi Menggunakan persamaan 1.13, didapat F = (25 kg)(9,807 N/kg) = 245,18 N 1.9 Energi Kinetik Eksternal Energi yang dimiliki oleh suatu benda dapat bersumber dari dua tipe energi, yaitu energi kinetic dan energi potensial. Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki oleh suatu benda sebagai hasil dari adanya pergerakan atau kecepatan. Misalnya benda jatuh, aliran fluida, dan bagian-bagian bergerak dari suatu mesin menimbulkan energi kinetik karena adanya pergerakan. Besarnya energi kinetic eksternal (KE) yang dimiliki oleh suatu benda merupakan fungsi dari masa (m) dan kecepatan (v) benda, sesuai formula berikut: (m)(v 2 ) KE = (1.14) ( 2) Dalam hal ini KE = energi kinetic eksternal yang diukur dalam satuan Joule (J) m = masa benda dalam kilogram (kg) v = kecepatan dalam satuan meter per detik (m/s) Contoh 1.12 Suatu mobil mempunyai masa 1625 kg bergerak maju dengan rata-rata 50 km/jam. Hitung besar energi kinetic yang dihasilkannya? Solusi kecepatan 50 km/jam sama dengan 13,89 m/detik. Dengan menerapkan persamaan 1-1, diperoleh (1625kg )(13,89m / s ) 2 KE = = 156,8kJ 2
  • 12 1.10 Energi Potensial Eksternal Potensial energi merupakan energi yang dimiliki suatu benda karena posisi atau konfigurasinya. Jumlah usaha yang dapat dilakukan oleh benda dari posisi atau kondisi tertentu ke posisi atau kondisi lainnya merupakan ukuran energi potensial yang dimiliki oleh benda tersebut. Misalnya, kepala mesin pemasang tiang pancang memiliki energi potensial bila posisinya dinaikkan hingga mencapai ketinggian tertentu. Contoh lainnya adalah pegas dan air yang mengalis pada pipa pesat di Pusat Listrik Tenaga Air. Energi potensial grafitasional yang dimiliki oleh benda dapat dinyatakan sebagai berikut: PE = (m)( g )( z ) (1.15) Dalam hal ini PE = energi potensial eksternal yang diukur dalam Joule (J) m = masa benda dalam satuan (kg) g = gaya grafitasi dalam (N/kg) z = jarak dalam satuan meter (m) Contoh 1.13 air sebanyak 150 meterkubik disimpan di dalam tangki, yang terletak pada 100 meter di atas permukaan tanah. Tentukan energi potensial garfitasional terhadap tanah? Solusi Asumsikan berat jenis air 1000kg/m3, jadi masa air total adalah 150.000 kg. Dengan menerapkan formula 1.15, diperoleh PE = (150.000 kg)(9,807 N/kg)(100 m) = 147,105 kJ Pipa Pesat Gambar 1.1 energi Potensial Eksternal
  • 13 1.11 Energi Eksternal Total Energi eksternal total yang dimiliki oleh suatu benda merupakan penjumlahan dari energi kinetic dan energi potensial. Contoh 1.14 Tentukan besar energi eksternal total per kilogram yang dimiliki air yang mengalir dalam suatu pipa pesat dengan ketinggian 200 m dan kecepatan 50 m/s. Solusi dengan menerapkan formula 1.14, diperoleh (1kg )(50m / s )2 KE = = 1,25 kJ 2 Dengan menerapkan formula 1.15, diperoleh PE = (1 kg)(9,807 N/kg)(200)= 1,96 kJ Jadi Energi total adalah (1,25 + 1,96) = 3,21 kJ. 1.12 Hukum Konservasi Energi Hukum Thermodinamika pertama menyatakan, bahwa jumlah energi di dalam system thermodinamik adalah konstan. Tidak ada satupun kekuatan yang dapat meningkatkan atau mengembangkannya kecuali hanya mengubah dari bentuk satu ke bentuk lainnya. Energi merupakan usaha yang tersimpan. Sebelum suatu benda memiliki energi, maka suatu usaha harus dilakukan pada benda tersebut. Usaha yang dikenakan pada benda tersebut akan mengubah gerakan, posisi, atau konfigurasi benda dan disimpan sebagai energi. Dalam banyak kasus, energi yang tersimpan sama dengan usaha yang dilakukan. Di dalam ilmu fisika, disamping diklasifikasikan dalam bentuk energi kinetic dan potensial, maka energi dapat juga muncul dalam bentuk lain yang berbeda-beda, seperti energi mekanik, energi listrik, energi panas, energi kimiawi dan keseluruhannya siap diubah dari bentuk satu ke bentuk lainnya. Misalnya, pada electric toaster, energi listrik diubah menjadi energi panas, pada motor listrik energi
  • 14 listrik diubah menjadi energi mekanik. Contoh lainnya, pada generator, batere akumulator, thermocouple, energi mekanik diubah menjadi energi listrik. 1.13 Energi Internal Menurut teori molekul, seluruh zat baik yang berwujud cair, gas dan padat terdiri dari jutaan partikel mikroskopik yang disebut molekul. Istilah molekul menjelaskan adanya partikel terkecil yang dimiliki oleh suatu benda yang masih memiliki sifat sama seperti bendanya. Misalnya molekul air memiliki sifat seperti air. Setiap molekul terdiri dari suatu partikel yang lebih kecil lagi yang disebut atom. Sedangkan atom itu sendiri memiliki partikel elemental yang disebut proton yang bermuatan positif, electron yang bermuatan negatif dan neutron. Pada bab sebelumnya kita sudah mengenal adanya energi eksternal yang diakibatkan oleh adanya pergerakan dan kecepatan. Semua benda juga memiliki energi internal sebagai akibat dari adanya pergerakan dan kecepatan molekul yang ada pada benda tersebut. Adalah Sir Isaac Newton (1642-1727) yang mengemukakan filosofi baru tentang panas. Menurut konsep Newton, panas adalah energi internal yang dimiliki oleh suatu zat karena adanya pergerakan molekul atau lazim disebut sebagai energi kinetic internal dan energi potensial internal. Molekul yang ada pada setiap benda dapat memiliki energi kinetic dan energi potensial. Energi total internal yang dapat dimiliki oleh suatu benda merupakan penjumlahan dari energi kinetic internal dan energi potensial internal. Hubungan tersebut diperlihatkan pada persamaan berikut ini U=K+P (1.16) Dalam hal ini U = energi total internal K = energi kinetic internal P = energi potensia internal
  • 15 1.14 Energi Kinetik Internal Energi kinetik internal merupakan energi dari pergerakan atau kecepatan molekul. Bila energi lain yang dikenakan pada suatu benda meningkatkan pergerakan dan kecepatan molekul, maka energi kinetik internal benda tersebut juga akan meningkat. Peningkatan energi ini akan direfleksikan melalui peningkatan suhu benda. Sebaliknya, bila energi kinetik internal mengalami penurunan atau kehilangan energi, maka pergerakan dan kecepatan molekul menjadi turun, demikian juga suhunya. Pada suhu biasa, molekul dipercaya memiliki kecepatan bergerak konstan, tetapi berbeda-beda untuk setiap zat, sehingga energi yang ditimbulkan oleh pergerakan molekul tersebut tidak sama antara zat satu dengan zat lainnya. 1.15 Energi Potensial Internal Energi potensial internal merupakan energi yang timbul akibat adanya pemisahan dalam derajad molekul. Ini merupakan energi yang dimiliki molekul sebagi hasil dari posisi molekul relatif terhadap lainnya. Semakin besar tingkat pemisahan molekularnya semakin besar pula energi potensialnya. Bila suatu benda berkembang atau berubah status fisiknya karena adanya tambahan energi, maka terjadi penyusunan ulang terhadap susunan molekul yang membuat jarak antar molekul berubah. Energi ini tidak akan berpengaruh terhadap kecepatan gerak molekulnya. Gambar 1.2 Diagram Skematik menggambarkan Teori Kinetik pada gas. Energi panas meningkatkan gerakan molekul. Kenaikan kecepatan molekul ditandai dengan naiknya suhu Thermometer T dan tekanan P.
  • 16 Table 1.3 Beberapa Satuan Turunan da ekivalennya Panjang 1 m = 39,37 in = 3,28 ft = 1,094 yard 1 km = 0,621 mil = 3289 ft 1 yard = 0,914 m 1 ft = 30,48 cm = 0,3048 m 1 in = 2,54 cm = 25,4 mm 1 mil = 1,61 km = 5280 ft Masa 1 kg = 2,205 lb 1 gr = 0,0353 oz 1 lb = 0,4536 kg = 453,6 gm = 16 oz = 7000 gr 1 oz = 28,35 gm 1 grain (gr) = 65 mg = 0,065 gm 1 ton = 907 kg Luas Area 1 ft2 = 144 inc2 = 929 cm2 = 0,093 m2 1 yd2 = 9 ft2 = 0,836 m2 1 m = 10,76 ft2 = 1550 in2 = 10.000 cm2 2 Volume 1 ft3 = 1728 in3 = 7,48 gal = 0,0283 m3 = 28,3 liter 1 m3 = 35,3 ft3 = 1000 liter 1 liter = 1000 cm3 = 1000 mliter = 61,1 in3 1 gal = 231 in3 = 3,785 liter Gaya 1 lb = 4,45 newton = 454gm.f = 0,454 kg-f 1 N = 0,225 lb-f = 0,102 kg-f = 102 gm-f 1 Kn = 1000 N 1 kg-f = 9,81 N
  • 17 Soal Latihan 1. Udara mempunyai berat jenis 0,0807 lb/ft3. Tentukan volume spesifiknya? 2. Udara mempunyai berat jenis 1,293 kg/m3. Tentukan volume spesifiknya? 3. Sebuah fan menghembuskan udara kering pada suhu 42oF, sebesar 3000 ft3 per menit (cfm) pada tekanan 1 atmosfir. Hitung quantitas udara yang disirkulasikan setiap jam dalam satuan pound dan kilogram? Tembaga mempunyai berat jenis sebesar 560 lb/ft3. 4. Tentukan nilai grafitasi Spesifik 5. Masa air yang mengalir dalam suatu pipa adalah 0,07 m3/s. Tentukan masa air yang mengalir dalam satuan kilogram per detik (kg/s)? 6. Sebuah kompresor refrijerasi memompa gas amonia. Laju aliran gas amonia adalah 110 lb/min. Suhu gas amonia adalah 36oF dan tekanannya 1 atm. Tentukan laju aliran gas amonia dalam satuan cfm dan dalam m3/s. 7. Suatu peluru bergerak sejauh 1800 meter dalam waktu 4,5 detik. Hitung kecepatan rata-rata dalam satuan m/s? 8. Suatu bola besi, mempunyai masa 0,40 kg, jatuh secara bebas dari puncak gedung ke tanah. Bila gesekan udara diabaikan dan waktu yang ditempuh adalah 3,0 detik, tentukan, (a) kecepatan gerak bola besi dan (b) tinggi gedung? 9. Suatu gaya yang dikenakan pada suatu benda yang memiliki masa 25 kg, menimbulkan akselerasi benda sebesar 20 m/s2 searah dengan arah gaya. Tentukan besarnya gaya tersebut? 10. air sebanyak 200 meterkubik disimpan di dalam tangki, yang terletak pada 150 meter di atas permukaan tanah. Tentukan energi potensial garfitasional terhadap tanah? 11. Tentukan besar energi eksternal total per kilogram yang dimiliki air yang mengalir dalam suatu pipa pesat dengan ketinggian 300 m dan kecepatan 70 m/s.
  • 18 ENERGI PANAS, DAYA, DAN PERUBAHAN WUJUD ZAT 2 Kerangka Isi 2.1 Energi Panas dan Daya 2.2 Metoda Pemindahan Panas 2.3 Perhitungan Energi Panas 2.4 Suhu 2.5 Thermometer 2.6 Suhu Absolut 2.7 Tekanan 2.8 Perubahan wujud Benda 2.9 Saturasi, Panaslanjut, dan Superdingin Pada Sistem Refrijerasi dan Tata Udara, terjadi proses penambahan atau pengurangan energi panas terhadap refrijeran sebagai fluida penukar kalor dan udara ruang yang dikondisikan. Selama proses perubahan energi itu berlangsung maka akan terjadi pula perubahan wujud pada refrijeran dan udara.
  • 19 2.1 Energi Panas dan Daya Panas merupakan suatu bentuk energi. Ini merupakan fakta yang tidak dapat diingkari bahwa panas dapat diubah menjadi suatu bentuk energi lainnya demikian juga sebaliknya, bentuk energi lainnya dapat pula diubah menjadi energi panas. Secara prinsip thermodinamik, panas dinyatakan sebagai energi yang berpindah dari satu zat ke zat lainnya sebagai akibat dari adanya perbedaan suhu antara kedua zat tersebut. Pada Energi lainnya, perpindahan energi dapat berlangsung karena adanya suatu usaha yang dilakukan pada benda. Bila suatu benda mengalami kenaikan suhu kita nyatakan bahwa energi panas telah diberikan kepada benda tersebut. Begitu sebaliknya, bila suatu benda mengalami penurunan suhu, maka kita nyatakan bahwa energi panas yang ada pada benda tersebut telah diambil. Perubahan suhu ini berimbas pada perubahan energi internal total yang dimiliki oleh molekul benda tersebut. Dalam hal Kenyatannya, penambahan dan pengurangan energi tidak selalu dibarengi dengan perubahan suhu. Dalam kondisi tertentu penambahan dan pengurangan energi internal yang dikenakan pada suatu benda justru akan merubah wujud benda tersebut. Selama proses perubahan wujud, suhu benda relatif konstan. Dalam refrijerasi dan tata udara, kita berhubungan secara langsung dengan energi panas berikut perhitungan penambahan dan pengurangan energi panas. Seperti telah diketahui, bahwa besarnya energi yang terkandung dalam molekul benda tidak sama walaupun benda tersebut memiliki suhu yang sama. Oleh karena itu untuk keperluan pengukuran energi diperlukan acuan standard. Air digunakan sebagai acuan standard. Energi adalah kapasitas untuk melakukan suatu pekerjaan. Energi yang disimbolkan dengan huruf w, merepresentasikan adanya kondisi pergerakan benda, posisi, atau susunan molekul yang akan dapat menghasilkan suatu pekerjaan dalam kondisi tertentu. Satuan Energi Panas menurut standard British adalah Btu singkatan British Thermal Unit, dimana 1 Btu = jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu air setiap pound, setiap 1 oF.
  • 20 Dalam sistem metrik, panas diukur dalam satuan kilo kalori (kkal), 1 kkal = jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu air setiap 1 kg, setiap 1 oC. Dalam sistem SI, panas diukur dalam satuan kilo joule (kJ). Dimana 1 Btu = 1,055 kJ. Daya (P) atau Power didefinisikan sebagai laju aliran energi per satuan waktu di mana pekerjaan sedang berlangsung atau kerja yang dilakukan per satuan waktu. w ( F )( s ) P= = (2.1) t t Menurut standar Amerika (US standard), daya dinyatakan dalam satuan Hourse Power (HP), atau (ft)(lb)/(sec), di mana, ( ft )(lb) ( ft )(lb) 1HP = 550 = 33.000 (2.2) sec min Dalam satua internasional, satuan daya adalah watt (W) atau setara Joule per detik (J/sec). Daya listrik juga diekspresikan dalam watt (W) atau kilowatt (kW). Konversi antara satuan HP dan watt, dinyatakan dengan formula sebagai berikut: 1 HP = 746 W = 0,746 kW 1kW = 1,34 HP Contoh 2.1 Sebuah pompa yang digunakan dalam mesin tata udara, memompa air menuju cooling tower yang terletak di ketinggian 250 feet dari pompa. Laju aliran airnya sebesar 100 galon per menit. Tentukan besarnya daya dalam HP yang diperlukan untuk melekukan kerja tersebut. Bila efisiensinya 100% berapa konsumsi daya listrik yang diperlukan? Solusi Mengacu persamaan 2.1, dan berat jenis air 8,33 lb/gal didapatkan daya mekanik sebesar ( ft )(lb) gal lb P = (100) x(250) ft = 208.300 x(8,33) min min gal
  • 21 Substitusi dengan persamaan 2.2, didapat ( ft )(lb) 208.300 min = 6,31 HP HP = ( ft )(lb) 330.000 min 1HP Setara dengan daya listrik yang diperlukan, yaitu P = 6,31 HP x 0,746 kW/HP = 4,71 kW Ekivalen Mekanikal Prescott Joule (1818-1889), menemukan hubungan antara energi panas dan energi mekanik. Joule telah dapat membuktikan bahwa energi mekanik (w) yang nilainya 778 ft-lb setara dengan energi panas (Q) 1 Btu. Penemuannya ini diformulasikan sebagai berikut: w Q= (2.3) j Di mana j adalah konstanta Joule yang besarnya J = 778 (ft)(lb)/Btu = 4,186 (kJ)/kcal (2.4) 2.2 Metoda Pemindahan Panas Energi panas dapat dipindahkan dari satu benda atau substansi ke benda lainnya. Pemindahan energi panas dapat berlangsung dalam tiga cara, yaitu (1) konduksi, (2) konveksi, dan (3) radiasi. Cara Konduksi Pemindahan panas secara konduksi terjadi bila energi panas dipindahkan melalui kontak langsung antara molekul suatu benda atau antara molekul benda satu dengan molekul benda lainnya melalui suatu kontak thermal yang bagus. Dalam kasus ini, molekul yang mempunyai suhu lebih tinggi karena proses pemanasan akan
  • 22 memberikan energi panasnya kepada molekul yang ada di dekatnya, begitu seterusnya. Pemindahan energi panas antar molekul satu dengan molekul lainnya, berlangsung seperti halnya pergerakan bola-bola bilyard di atas meja bilyard, di mana seluruh atau sebagian energi yang dimiliki oleh satu bola yang mendapat pukulan atau gaya dorong ditransmisikan pada saat itu juga ke bola-bola lainnya. Bila salah satu ujung suatu batang logam mendapat energi panas dari suatu sumber panas, misalnya api, sebagian energi panas yang diterima oleh ujung logam yang mendapat pemanasan akan mengalir secara konduksi dari molekul ke molekul melalui batang logam hingga ke ujung yang lebih dingin. Kecepatan gerak molekul–molekul logam akan meningkat cepat, sehingga suhu logampun akan meningkat cepat. Batang logam panas akan mengkonduksikan energi panasnya ke udara yang ada disekitarnya, sehingga udara di sekitar logam juga menjadi panas, karena pergerakan molekul-molekul udara yang semakin cepat. Pemindahan panas yang berlangsung pada boiler atau furnace adalah cara konduksi. Dalam boiler, energi panas dari sumber api dikonduksikan ke air yang ada di dalam pipa-pipa logam. Dalam mesin refrijerator atau freezer, energi panas mengalir dari makanan melalui pipa alumunium atau tembaga hingga ke cairan refrigeran yang ada di dalam pipa alumunium atau tembaga. Konduktivitas Panas Zat cair atau liquid dan gas mempunyai konduktivitas panas sangat lambat tetapi konduktivitasnya akan naik cepat bila dilakukan secara konveksi dan secara radiasi. Logam memiliki konduktivitas panas yang bagus; gelas, dinding bata atau beton, kayu mempunyai konduktivitas panas buruk. Bahan yang mempunyai konduktivitas sangat buruk, misalnya stirofoam, dan glasswool lazim disebut sebagai isolator panas. Kuantitas atau jumlah energi panas yang dikonduksikan melalui suatu benda tergantung pada beberapa faktor sebagai berikut: 1. Beda suhu antara kedua sisi benda (t2-t1) 2. Luas penampang benda (A) 3. Tebal benda (L) 4. Konduktivitas Panas yang dimiliki benda (K) 5. Waktu (T)
  • 23 Gambar 2.1 Prinsip Pemindahan energi Panas secara Konduksi Jumlah energi panas yang dikonduksikan melalui benda adalah berbanding langsung atau proporsional dengan luas area dan beda suhu tetapi berbanding terbalik dengan ketebalan benda. Hubungan kelima faktor tersebut, dapat diformulasikansebagai berikut, ( K )( A)(T )(t 2 − t1 ) Q= (2.5) ( L) Di mana, Q = Jumlah panas dalam Btu atau dalam watt (W) K = Koefisien konduktivitas panas dalam (Btu)/(hr)(ft2)(oF/in) atau (W)/(m2)(oC/m) A = Luas Area dalam ft2 atau m2 T = Waktu dalam detik, menit atau jam T2-t1 = Bed suhu dalam oF atau oC L = tebal benda dalam in atau m
  • 24 Tabel 2.1 Koefisien Konduktivitas Panas (K) Koefisien Konduktivitas Panas (K) Satuan SI Satuan British 2o Btu/(hr.ft2)(oF/in.) Jenis Benda W/(m )( C/m) Udara 0,024 0,168 Alumunium 212 1480 Dinding Bata (rendah) 0,72 5,0 Dinding Bata (tinggi) 1,33 9,2 Dinding Beton 1,72 12,0 Tembaga 378 2640 Papan Gabus 0,05 0,34 Fiberglass 0,037 0,23 Gelas 0,79 5,5 Papan isolasi fiber 0,04 – 0,05 0,28 – 0,35 Besi 50,5 350 Kapok 0,034 0,24 Glasswool 0,037 0,27 perak 412 2880 Baja 44,6 312 Air (liquid) 0,61 4,28 Air (es) 2,23 15,6 Kayu Maple 0,17 1,20 Kayu Oak 0,16 1,10 Kayu Pinus 0,12 0,84 Kayu redwood 0,11 0,74 Contoh 2.1 Sebuah gedung mempunyai luas lantai 1650 ft2. Lantai terbuat dari kayu (maple) dengan ketebalan 0,875 inchi. Suhu permukaan lantai bagian atas (di dalam gedung) adalah 70oF dan suhu permukaan lantai bagian bawah adalah 35oF. Hitung jumlah panas yang bocor melalui lantai per jam dalam Btu dan dalam kJ. Gunakan Tabel 2.1, Tabel 1.3 dan Tabel 1.4 Solusi Jumlah panas yang bocor melalui lantai dalam Btu per jam, adalah
  • 25 Btu x1650 ft 2 x(70 − 35) o F 1,2 o F (hr − ft 2 ) in Q= = 79.200 Btu/hr. 0,875in Jumlah panas yang bocor melalui lantai dalam kJ per jam, adalah W x(1650 x0,093)m 2 x((70 − 35) − 32) / 1,8( o C ) 0,17 2o (m )( C / m) Q= (0,875 x0,0254)m = 1956 watt Contoh 2.2 Sebuah mesin pemanas ruang (Furnace) menghasilkan panas sebesar 54 kW. Panas tersebut disalurkan ke ruangan melalui dinding besi yang memiliki tebal 8,4 mm. Bila besar suhu pada sisi panas dari dinding besi tersebut adalah 135oC dan suhu udara sekitarnya adalah 124oC. Tentukan luas permukaan dinding besinya? Solusi Gunakan formula sebagai berikut (Q)( L) A= (2.6) ( K )(t 2 − t1) (54 x10 3 )Wx(0,0084)m A= = 0,817 m2 W x(135 − 124) o C (50,5) 2 o (m )( C / m) Cara Konveksi Pemindahan panas secara konveksi terjadi bila panas bergerak dari satu tempat ke tempat lain melalui suatu aliran arus dalam medium liquid atau gas. Aliran arus panas ini disebut arus konveksi sebagai akibat dari perubahan berat jenis liquid atau gas karena menerima panas. Bila ada bagian fluida yang mendapat energi panas, akan mengembang, volume per satuan masa meningkat. Bagian fluida yang mendapat energi panas akan lebih ringan, sehingga bergerak naik ke puncak, dan ruang yang ditinggalkannya akan langsung
  • 26 diganti oleh fluida yang lebih dingin. Misalnya, sebuah sejumlah air di dalam tanki metal dipanaskan lewat bagian dasar tanki (Gambar 2.2). Bagian air yang lebih dingin akan menggantikan bagian yang lebih ringan yang bergerak naik Nyala Api Bagian bawah Tanki Gambar 2.2 Konduksi Energi panas dari sumber nyala api dikonduksikan melalui bagian bawah tanki metal. Air yang berada paling dekat dengan sumber panas akan menyerap energi panas, suhunya naik sehingga air mengembang. Bagian air yang mengambang tersebut menjadi lebih ringan dibandingkan air sekitarnya sehingga ia akan bergerak naik dan tempatnya akan segera digantikan oleh bagian air lainnya yang lebih dingin. Bagian air baru tersebut akan mandapat energi dari nyala api, sehingga ia juga akan bergerak naik, begitu seterusnya. Karena proses terus berlanjut, maka energi panas akan didistribusikan ke seluruh masa air secara alami karena adanya arus konveksi. Arus konveksi juga dapat timbul pada udara yang mendapatenergi panas, seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.3.
  • 27 Udara yang Lebih panas Udara yang Lebih dingin Gambar 2.3 Konveksi Cara Radiasi Pemindahan panas secara radiasi tidak dapat dijelaskan dengan konteks pergerakan dan tumbukan molekul secara beranting. Hampir semua energi panas yang ada di permukaan bumi berasal dari radiasi sinar matahari yang jaraknya ratusan juta kilometer dari bumi. Energi panas dari matahari disalurkan ke bumi secara radiasi melalui gelombang elektromagnetik dengan kecepatan rambat sebesar 3x108 m/s atau setara dengan186.000 mil/s. Setiap hari kita menerima energi radiasi matahari dengan besaran rata-rata sekitar 860 W/m2 atau setara dengan 4,5 Btu/(min)(ft2). Energi sebesar itu diserap langsung oleh atap rumah kita. Marilah kita hitung betapa besarnya energi radiasi matahari ini yang dapat diserap oleh rumah kita. Anggaplah sebuah rumah memiliki luas permukaan sebesar 50 m2. Ini berarti, rumah tersebut akan menerima energi panas dari matahari sebesar 860x50= 43.000 watt atau 43 kW. Anggaplah efisiensi alat yang digunakan untuk mengubah energi matahari menjadi energi listrik adalah 20%. Artinya kita dapat menerima energi Cuma-Cuma setiap hari sebesar 0,2x43 =8,6 kW. Sangat fantastik. Tetapi sayang sebagian besar kita belum memanfaatkan energi pemberian Illahi ini. Teori Stefan-Boltzmann Eksperiman yang dilakukan oleh Stefan dan Boltzmann tentang radiasi panas menghasilkan suatu ketetapan, yakni jumlah panas yang diradiasikan dari suatu permukaan berbanding lurus dengan pangkat empat suhu kelvin. Formula,
  • 28 Q = σ (T4 – T04) (2.7) Di mana Q = Jumlah panas yang diradiasikan dalam satuan Kkal/(s)(m2) σ = konstanta radiasi, 1,35x10-11 kkal/(s)(m2)(K4) Atau 5,67x10-8 W/(m2)(K4) T = suhu kelvin benda T0 = suhu kelvin udara sekitar benda. Contoh 2.3 Radiator uap dengan permukaan warna hitam bekerja dengan suhu permukaan sebesar 180oF. Bila luas permukaan efektif adalah 10 ft2. Berapa kapasitas panas dalam Btu/hr yang diradiasikan ke udara ruang, bila suhu ruang 70oF. Solusi Pertama, konversikan suhunya, sebagi berikut 180 oF = 82,2 oC = 355,2 K 70 oF = 21,1 oC = 294,1 K Kemudian disubstitusikan ke persamaan 2.5 Q = 1,35x10-11 kkal/(s)(m2)(K4) x (3554-2954) K4 = 1,35x10-11 kkal/(s)(m2)(K4) x 84,1x108 K4 = 0,114 kkal/(s)(m2) Dalam satu hari ada 3600 detik (s), dan 1 ft2 = 0,093 m2 Dengan menggunakan konversi tersebut, diperoleh Q = 0,114 kkal/(s)(m2) x 3600 (s/hr) x 0,093 (m2/ft2) = 38,2 kkal/(hr)(ft2) Karena, 1 kkal = 3,97 Btu, dan luas area radiator 10 ft2, maka Q = 38,2 kkal/(hr)(ft2) x 10 ft2 x 3,97 (Btu/kkal) = 1520 Btu/hr. 2.3 Perhitungan Energi Panas Sifat energi panas yang terkandung dalam suatu benda selain air diekspresikan melalui suatu konsep yang disebut sebagai kapasitas panas spesifik (c). Kapasitas panas spesifik suatu benda adalah besarnya nilai Btu yang harus ditambahkan ke suatu benda atau
  • 29 diambil dari suatu benda setiap pound untuk menaikkan suhu sebesar 1 oF. Dalam sistem British, kapasitas panas spesifik untuk air adalah 1 Btu/lb.oF Dalam satuan metrik, kapasitas panas spesifik diukur dalam satuan kilo kalori (kkal). Kapasitas panas spesifik untuk air adalah 1 kkal/kg.oC. 1 Btu = 0,252 kkal. 1 kkal = 3,97 BTU Dalam satuan Internasional, kapasitas panas spesifik diukur dalam satuan kilo Joule (kJ). Kapasitas panas spesifik untuk air adalah 4,19 kJ/kg K. Kapasitas panas spesifik untuk benda lain, selalu lebih kecil dari satu. Dengan kata lain air memiliki kapasitas panas spesifik yang paling tinggi. Tabel 2.2 menunjukkan nilai kapasitas panas spesifik untuk beberapa benda. Tabel 2.2 Kapasitas Panas Spesifik dari beberapa benda pada suhu 0 oC – 100 oC Kapasitas Panas Spesifik (c) Btu/lb.oFa Benda Kkal/kg.oC kJ/kg.oC Air murni 1,00 4,19 Udara kering 0,24 1,01 Aluminium 0,22 0,92 Tembaga 0,093 0,39 Es 0,50 2.09 Besi 0,115 0,48 Uap 0,48 2,01 o Uap air (70 F) 0,45 1,88 Definisi British thermal unit (Btu) telah memberi kemudahan bagi cara perhitungan jumlah panas yang diperlukan dalam proses perpindahan panas. Jumlah kuantitas panas yang diperlukan untuk proses pemanasan dan jumlah panas yang diambil untuk proses pensinginan tergantung pada berat atau masa benda, nilai perubahan suhu dan nilai kapasitas panas spesifik. Formula matematikanya sebagai berikut, Dalam sistem British,
  • 30 Q = (m)(c)(t2-t1) (2.8) Dalam hal ini Q = Kuantitas Panas yang diukur dalam (Btu) m = masa benda dalam pound (lb) = panas spesifik dalam (Btu/lb.oF) c = perubahan suhu dalam oF t2-t1 Dalam sistem Internasional, persamaan 2.4, berubah menjadi Q = (m)(c)(t2-t1) (2.9) Dalam hal ini Q = Kuantitas Panas yang diukur dalam (kJ) m = masa benda dalam kilogram (kg) c = panas spesifik dalam (kJ/kg.K) t2-t1 = perubahan suhu dalam oC. Contoh 2.4 Kecepatan laju udara kering bertekanan yang keluar dari fan sebesar 1200 cfm. Besar nilai suhunya adalah 35oF dan nilai volume spesifiknya adalah 13,5 ft3/lb. Tentukan besarnya kuantitas panas yang diperlukan per jam, bila suhunya ingin dinaikkan menjadi 120oF. Solusi Pertama-tama, berat masa aktual udara yang akan dipanaskan harus ditetapkan terlebih dahulu. Dalam sesi 1.1 kita telah dapat menentukan jumlah udara yang disirkulasikan oleh fan atau blower, yaitu, ft 3 min 1200 x60 min hr = 5330 lb/hr m= 3 ft 13,5 lb Subtitusi pada persamaan 2.4, untuk c (udara) = 0,24 Btu/lb.oF. Diperoleh nilai kuantitas panas sebesar lb Btu Q = 5330 x(120 − 35) o F = 109.000 Btu/hr x0,24 o hr (lb)( F ) Dalam sistem metrik, mengekspresikan besarnya energi panas yang disalurkan dalam satuan Joule (J) atau kilo Joule (kJ), dan untuk menyatakan besarnya daya atau kapasitas panas yang disalurkan
  • 31 per detik dalam satuan watt (W) atau kilowatt (kW). Hubungan antara kkal dan kW adalah, 1 kkal/detik = 4,186 kW 1 kW = 0,239 kkal/detik Contoh 2.5 Sebuah register discharge menyalurkan udara kering ke dalam suatu ruangan sebesar 1,25 m3/detik. Volume spesifik udara kering adalah 0,895 m3/kg dan suhunya 42oC. Tentukan kapasitas panas yang disalurkan ke ruang bila suhu ruang 21oC? Solusi Pertama dicari besarnya masa udara yang disalurkan m3 1,25 det ik = 1,4 kg/detik m= m3 0,895 kg Dari Tabel 2.2, c untuk udara 1,01 kJ/(kg)(oC), substitusi ke dalam persamaan 2.5, diperoleh kg kJ Q = 1,4 x(42 − 21) o C x1,01 o det (kg )( C ) = 29,7 kJ/det = 29,7 kW Contoh 2.6 Pada sebuah ruang pabrik yang dikondisikan udaranya, terdapat sebuah motor listrik yang mempunyai kapasitas sebesar 2 kW. Tentukan jumlah panas dalam Btu/hr yang ditambahkan oleh motor ketika sedang bekerja? Solusi Energi mekanik yang dikeluarkan pompa per jam adalah ( ft )(lb) min ( ft )(lb) w = (25) HPx33.000 min x60 = 49.500.000 1HP hr hr Substitusi dalam persamaan 2.0
  • 32 ( ft )(lb) 49.500.000 w hr = 63.600 Btu/hr Q= = ( ft )(lb) j 778 Btu Catatan Dalam standar Amerika (engineering system) Laju aliran panas diekspresikan dalam satuan Btu/hr. Dalam sistem metrik dinyatakan dalam kcal/detik, dan dalam dunia refrijerasi dan Tata Udara lazim dinyatakan dalam satuan kJ/detik atau kW 2.4 Suhu Suhu termasuk salah satu sifat yang dimiliki oleh suatu zat atau benda. Suhu merupakan ukuran intensitas atau level dari tekanan thermis yang dimiliki oleh suatu benda. Suhu tinggi menunjukkan adanya tekanan thermis pada level yang tinggi pula. Sebaliknya, suhu rendah menunjukkan adanya tekanan thermis yang rendah pada benda tersebut. Pada kondisi itu, kita menyebut benda itu mengalami pendinginan. Kini semakin jelaslah, bahwa nilai suhu benda merupakan indek dari kecepatan gerak molekul yang ada pada benda tersebut. Menurut teori kinetik, bila penurunan energi internal pada suatu benda berlangsung terus-menerus sehingga nilai energi kinetik internal turun hingga mencapai zero atau nol, maka suhu benda dinyatakan turun ke nilai nol absolut (absolute zero), yaitu sebesar – 273,15oC, dan pergerakan molekul benda akan berhenti total. 2.5 Thermometer Instrumen untuk mengukur suhu disebut Thermometer. Pada umumnya thermometer beroperasi dengan memanfaatkan sifat fisik yang dimiliki oleh zat cair, yaitu akan mengambang atau menyusut jika suhunya naikatau turun. Karena suhu titik bekunya rendah dan memiliki koefisien muai konstan, maka alcohol dan mercury sering digunakan pada pembuatan thermometer. Thermometer mercury lebih akurat dibandingkan dengan thermometer alkohol, karena
  • 33 mercury memiliki koefisien muai yang lebih konstan pada rentang yang lebih besar dibandingkan alkohol. Skala suhu yang lazim digunakan hingga saat ini adalah skala Celcius dan Skala Fahrenheit. Titik suhu di mana air membeku pada tekanan barometer standar atau tekanan atmosfir digunakan sebagai titik nol pada skala Celcius. Dan titik suhu di mana air menguap pada tekanan atmosfir digunakan sebagai titik 100 pada skala Celcius. Kemudian jarak antara titik nol dan titik 100 dibagi menjadi 100 bagian yang sama dan disebut sebagai derajad. Sehingga perbedaan antara titik beku dan titik uap air pada skala Celcius adalah 100 derajad. Sama seperti pada skala Celcius, Skala Fahrenheit juga menggunakan dua titik pengukuran sebagai ukuran standar, yaitu titik beku dan titik uap air pada tekanan atmosfir standar. Pada skala Fahrnheit, titik beku air ditetapkan pada titik 32 dan titik uap air ditetapkan pada titik 212. Kemudian jarak antara kedua titik tersebut rata menjadi 180 bagian yang sama. Gambar 1.2 memperlihatkan dua skala suhu yang bersisihan untuk memudahkan membandingkannya. Harap dicacat, bahwa 100 derajad Celcius sama dengan 180 derajad Fahrenheit. Jadi 1 oC = 1,8 oF. Kadangkala, pada prakteknya diperlukan konversi atau perubahan dari satu skala ke skala lainnya. Berikut ini diberikan contoh praktisnya. Contoh 2.7 Tentukan nilai ukur dalam skala Celcius bila diketahui nilai ukur dalam skala Fahrenheit adalah +14 oF. Ingat, bahwa +14 oF, adalah 18 derajad Fahrenheit Solusi (32-14) di bawah titik beku air. Setiap derajad Fahrenheit sama dengan 1/1,8 derajad Celcius, dan 18/1,8 = 10 derajad Celcius di bawah titik beku air. Jadi +14 oF = -10 oC.
  • 34 Titik didih air Titik didih air Titik beku air Titik beku air Skala sama Gambar 2.4 Perbandingan Skala Celcius dan Fahrenheit Contoh 2.8 Tentukan nilai ukur dalam skala Fahrenheit bila diketahui nilai ukur dalam skala Celcius adalah +40 oC. 40 oC adalah 40 derajad Celcius di atas titik beku air Solusi dan setiap 1 derajad Celcius sama dengan 1,8 derajad Fahrenheit. 40 x 1,8 = 72 derajad Fahrenheit di atas titik beku air. Tetapi karena titik beku air pada skala Fahrenheit adalah 32 oF, maka nilai ukur sebenarnya pada skala fahrenheit adalah 72 + 32 = 104 oF. Contoh di atas dipresentasikan sebagai dasar rasionalisasi proses konversi suhu. Selanjutnya, untuk keperluan praktis, dapat digunakan formula sebagai berikut: Konversi skala Fahrenheit ke Celcius F − 32 C= (2.10) 1,8 Konversi skala Celcius ke Fahrenheit F = 1,8C + 32 (2.11)
  • 35 2.6 Suhu Absolut Dari percobaan diketahui bahwa pada suhu – 273,15oC, pergerakan molekul benda akan berhenti total. Titik suhu di mana pergerakan molekul berhenti total dinyatakan sebagai titik nol absolut (absolute zero). Secara praktis, Suhu Celcius dapat dikonversi ke suhu absolut dengan menambahkan 273 pada pembacaan skala celcius. Hasil pembacaan suhunya dinyatakan dalam kelvin (K). Interval suhu sebesar 1 K sama dengan interval suhu 1 oC. Konversi dari dan ke suhu absolut, dapat menggnakan formula sebagai berikut: K = oC + 273 (2.12) o C = K – 273 (2.13) Skala Celcius skala kelvin 100oC 373,15 K 0oC 273,15 K -273,15oC Nol absolut 0K Gambar 2.5 Perbandingan Skala Celcius dan Kelvin
  • 36 Contoh 2.9 jika suhu gas adalah 100 oC, berapakah suhu dalam Kelvin? Solusi Dengan menerapkan persamaan 2.10 diperoleh K = 100oC + 273 = 373 K Contoh 2.10 Suhu uap ketika memasuki saluran hisap kompresor adalah -30oC. Tentukan suhu absolut dalam kelvin? Solusi dengan cara yang sama seperti di atas, diperoleh K = -30oC + 273 = 243 K 2.7 Tekanan Tekanan adalah gaya yang bekerja per satuan luas permukaan. Tekanan dapat dinyatakan sebagai ukuran intensitas gaya pada setiap titik permukaan yang terkena oleh gaya tersebut. Bila gaya didistribusikan ke seluruh permukaan maka besarnya tekanan pada setiap titik di permukaan yang terkena gaya tersebut adalah sama. Besarnya tekanan dapat dihitung dengan membagi gaya total dengan luas permukaan. Hubungan ini diformulasikan sebagai berikut: F P= (2.14) A Di mana P = Tekanan dalam satuan newton per meter persegi (N/m2) atau pascal (Pa) F = Gaya dalam satuan newton (N) A = Luas permukaan dalam meter persegi (m2) Karena F = (m)(a), maka (m)(a) (m)( g ) P= = (2.15) A A
  • 37 Contoh 2.11 Sebuah tanki yang lantainya berukuran (2 x 3) meter, diisi air sehingga masa air total mencapai 18.000 kg. Tentukan (a) Gaya grafitasi dalam newton yang diterima dasar tanki, (b) tekanan yang diterima dasar tanki dalam pascal? Solusi (a) gaya grafitasi yang diterima dasar tanki adalah F = (18.000) kg x (9,807) N/kg = 176.526 N Luas dasar tanki adalah 6 m2, dengan persamaan 2.14, (b) Tekanan yang diterima dasar tangki adalah P = 176.526 N / 6 m2 = 29.421 N/m2 (Pa) Dalam sistem satuan internasional (SI unit), satuan tekanan adalah pascal (Pa) atau kilopascal (kPa). Satu pascal setara dengan satu newton per meter persegi. Ukuran tekanan lain yang masih banyak digunakan adalah bar. Di mana 1 bar setara dengan 100 kilopascal (kPa) atau 100 N/m2. Tekanan juga dapat dinyatakan dalam istilah kolom fluida, biasanya mercury (Hg) atau air (H2O). Bila mercury yang digunakan untuk mengukur tekanan, maka ukuran tekanan dinyatakan dalam milimeter mercury (mm.Hg), Bila air yang digunakan, maka dinyatakan dalam milimeter air (mm.H2O). Tekanan Atmosfir Bumi kita dilingkupi oleh lapisan atmosfir atau udara mulai dari permukaan bumi hingga puluhan kilometer jaraknya dari permukaan bumi. Karena udara memiliki masa atau berat akibat adanya gaya grafitasi bumi, maka bekerjalah tekanan pada permukaan bumi, yang disebut tekanan atmosfir. Bayangkan ada satu kolom udara yang mempunyai luas permukaan sebesar 1 m2 terletak di atas permukaan laut hingga mencapai batas lapisan atmosfir. Masa udara yang ada dalam kolom tersebut adalah 101.325 N. Karena gaya yang ditimbulkan oleh masa udara tersebut bekerja pada luas permukaan 1 m2, maka tekanan yang bekerja pada permukaan laut, di mana kolom udara itu berdiri adalah 101.325 N/m2 atau Pa. Angka tersebut dijadikan patokan
  • 38 ukuran tekanan atmosfir atau tekanan barometer di atas permukaan laut, yakni satu atmosfir (1 atm). Tekanan atmosfir tidak selalu konstan tetapi bervariasi terhadap suhu, kelembaban, dan kondisi lainnya. Tekanan atmosfir juga bervariasi terhadap ketinggian (altitude), yaitu akan turun jika tempatnya semakin tinggi. Barometer Barometer adalah instrumen yang digunakan untuk mengukur tekanan pada atmosfir bumi. Barometer sederhana untuk mengukur tekanan dalam istilah ketinggian kolom mercury dapat dibuat dengan mengisikan mercury ke dalam tabung gelas sepanjang satu meter atau 100 milimeter yang salah satu ujungnya tertutup. Kemudian tabung berisi mercury diletakkan ke dalam mangkuk yang berisi mercury seperti diperlihatkan dalam Gambar 1.6. Tabung gelas Mangkuk mercury Gambar 2.6 Barometer mercury Tekanan yang bekerja pada permukaan mercury akibat tekanan atmosfir menyebabkan mercury yang ada di dalam tabung tetap
  • 39 terjaga pada level tertentu. Besarnya tekanan atmosfir akan menentukan tinggi kolom mercury. Tinggi kolom mercury di dalam tabung merupakan ukuran tekanan yang dihasilkan oleh gaya tekan udara atmosfir pada permukaan mercury (air raksa), dan dibaca dengan menggunakan skala kolom mercury (mm Hg). Tekanan normal atmosfir di atas permukaan laut sebesar 101.325 pascal yang bekerja pada permukaan mercuri, akan menyebabkan tinggi kolom mercury tetap pada tinggi 760 mm. Bila 760 mm Hg setara dengan 101.325 Pa, maka untuk setiap mm Hg akan setara dengan 133,32 Pa. Dari sini kita dapat membuat hubungan lain sebagai berikut: Cm Hg = (Pa)/(1333,2) (2.16) Mm Hg = (Pa)/(133,32) Pa = (cm Hg)(1333,2) Pa = (mm Hg)(133,32) Contoh 2.12 Sebuah barometer mercury membaca 764 mm Hg. Tentukan tekanan atmosfir yang menyebabkannya dalam Pa? Solusi menggunakan persamaan 2.16, tekanan atmosfir adalah (764 mm Hg)(133,32) = 101.856 Pa = 101,856 kPa. Manometer Manometer adalah salah satu jenis meter tekanan (pressure gauge) yang menggunakan kolom mercury untuk mengukur tekanan suatu zat (cair atau gas) yang ada di dalam suatu tabung. Konstruksi manometer mercury ayng sederhana diperlihakan dalam Gambar 2.7 hingga Gambar 2.9.
  • 40 Gambar 2.7 Manometer Tabung-U. Karena kedua ujung kaki manometer terbuka, maka akan menerima tekanan atmosfir sama pada kedua sisinya, sehingga level kolom mercury sama tinggi. Gambar 2.8 Manometer mercury sederhana. Pada salah satu ujung kaki manometer terhubung ke tabung yang bertekanan 800 mm Hg. Tekanan tabung menggeser kolom mercury naik sebesar 40 mm Hg. Gambar 2.9 Manometer mercury sederhana. Pada salah satu ujung kaki manometer terhubung ke tabung yang bertekanan 720 mm Hg. Tekanan atmosfir menggeser kolom mercury turun sebesar 40 mm Hg.
  • 41 Tabung Bourdon Karena konstruksi manometer yang tidak praktis, memerlukan tabung panjang, untuk alasan praktis manometer tidak digunakan untuk mengukur tekanan yang lebih besar dari satu atmosfir. Sebagai gantinya, untuk mengukur tekanan yang lebih besar dari satu atmosfir digunakan Tabung Bourdon. Seperti diperlihatkan dalam Gambar 1.10. Tipikal Tabung Bourdon adalah melengkung cenderung melingkar, bentuk elip, terbuat dari metal yang cenderung bergerak lurus bila tekanan di dalam tabung naik dan kembali melengkung bila tekanan di dalam tabung turun kembali. Kemudian gerakan tabung yang mengembang dan menyusut kembali tersebut ditransmisikan secara mekanik ke jarum penunjuk. Gambar 2.10 Tipikal Tabung Bourdon Meter tekanan yang terbuat dari tabung Bourdon sangat kuat dan dapat mengukur tekanan di atas dan di bawah tekanan atmosfir. Tabung Bourdon yang digunakan untuk mengukur tekanan di atas tekanan atmosfir lazim disebut sebagai pressure gauge. (Gambar 1.11). Tabung Bourdon yang didesain untuk mengukur tekanan di bawah tekanan atmosfir disebut vacuum gauge. (Gambar 1.12). Dan bila digunakan untuk dapat mengukur kedua jenis skala, disebut compound gauge. (Gambar 1.13)
  • 42 Gambar 2.11 Pressure Gauge Gambar 2.12 Vacuum gauge Gambar 1.13 Coumpond Gauge
  • 43 Tabel 2.3 Beberapa Satuan dan Ekivalennya Tekanan 1 atm = 14,7 psi = 29,92 in.Hg = 760 mm.Hg = 33,9 ft.w = 407 in.w = 1,013 x 105 Pa = 101,3 kPa 1 psi = 144 lb/ft2 = 6,9 x 103 kPa 1 Pa = 1 N/m2 = 1,45 x 10-4 psi 1 kPa = 0,145 psi 1 in.Hg = 3385 Pa = 3,385 kPa 1 mm.Hg = 1 torr = 133,3 Pa =1/760 atm 1 in.w = 1,86 mm.Hg = 249 Pa Energi 1 Btu = 252 cal = 0,252 kcal = 1,055 kJ 1 kcal = 3,97 Btu = Daya 1 hp = 746 watt = 550 ft.lb/sec 1 kW = 1,34 hp = 0,239 kcal/sec 1kcal/sec = 4,186 kW 2.8 Perubahan Wujud Benda Status benda dapat berwujud dalam tiga fasa yang berbeda, yaitu sebagai zat padat, zat cair dan gas. Misalnya, air berbentuk zat cair, tetapi dapat muncul pula berupa zat padat, yaitu es, dan dapat muncul pula berupa uap air atau gas. (Gambar 2.14). Semua benda atau materi, di bawah kondisi suhu dan tekanan tertentu, dapat muncul dalam salah satu dari ketiga fase tersebut di atas. Penambahan dan penurunan energi yang dikenakan pada suatu benda dapat berpengaruh terhadap suhu dan wujud benda. Untuk membantu memahai konsep ini, marilah kita tinjau kembali teori molekul. Katakanlah, air pada suhu ruang dan tekanan atmosfir berwujud cair atau likuid. Molekul air bergerak secara random, jarak antar molekul agak jauh, sering terjadi tumbukan elektron. Bila suhu air naik sampai 100oC (212oF), dan tekanan dijaga tetap 1 atmosfir, maka air akan mendidih dan mengeluarkan uap. Ini adalah proses perubahan wujud dari cair ke gas. Uap air atau steam, adalah air dalam wujud gas. Sifat molekul uap air dalam wujud gas berbeda dengan sifat molekul air dalam wujud
  • 44 cair. Jarak antar molekul uap menjadi lebih jauh, dan kecepatan gerak molekul menjadi lebih besar dari pada molekul air. Uap juga mudah dipampatkan atau memiliki tingkat kompresibel yang tinggi. Air dalam bentuk cair hampir tidak dapat dipampatkan. Uap air memiliki sifat seperti gas murni. Dalam kasus berikutnya, bila air dalam wujud cair tersebut, suhunya turun hingga mencapai 0 oC (32 oF), tekanan tetap konstan 1 atmosfir, maka air akan membeku dan berubah wujud menjadi es yaitu wujud padat dari air. Sifat molekul es seperti sifat molekul zat padat lain, yakni jarak molekul relatif lebih dekat, gerakan molekul menjadi tertahan sehingga energi molekul menjadi lebih rendah dan tidak dapat dipampatkan. Proses perubahan wujud untuk benda lain, sama seperti air tetapi dalam kondisi suhu dan tekanan yang berbeda. Es (Padat) Air (Cair) Uap air (Gas) ≥ 32 oC (0 oC) 32 oF – 212 oF ≥ 212 oF (0 oC – 100 oC) (100 oC) Gambar 2.14 Wujud benda tergantung pada suhu dan tekanannya Fasa Padat Benda dalam fasa padat atau solid, memiliki energi potensial internal relative kecil. Molekul benda tersebut agak sedikit rapat akibat adanya gaya tarik dan gaya grafitasi. Struktur molekulnya menjadi kaku sehingga pergerakan molekul menjadi terbatas. Karena struktur molekulnya kaku (rigit) maka pada fasa padat ini ukuran dan bentuk benda cenderung tetap dan tidak dapat dimampatkan (non compressible).
  • 45 Fasa Cair Molekul pada benda yang berada pada fasa cair memiliki energi yang lebih besar daripada ketika berada pada fasa padat. Energi yang lebih besar ini, dapat mengatasi adanya gaya tarik-menarik molekul sehingga dapat lebih bebas bergerak. Molekulnya bebas bergerak kemana saja sehingga zatnya mudah mengalir mengikuti bentuk bejana yang ditempatinya. Fasa Gas Molekul benda dalam fasa gas memiliki energi yang lebih besar daripada energi yang dimiliki ketika berada dalam fasa cair. Ia mempunyai energi yang lebih dari cukup untuk mengatasi adanya gaya yang dapat mengekangnya. Konsekuensinya, mereka dapat terbang dengan kecepatan tinggi. Selalu bertubrukan dengan sesamanya dan juga dinding kontainernya. Oleh karena itu gas akan tetap berada pada ukurannya tetapi tidak pada bentuknya. Gas mudah dikompresi tetapi juga mudah bocor bila kontainernya tidak bagus. Kurva T – Q untuk Air Gambar 2.15 Diagram Kurva T-H Air satu pound pada tekanan atmosfir. Proses perubahan wujud dan hubungan antara kandungan panas (entalpi) dan suhu diperlihtakan dalam kurva T-H.
  • 46 Kurva T-H untuk air adalah kurva yang menggambarkan hubungan antara suhu air (T) dan energi panas yang dikandungnya (Q). Bila energi panas yang ditambahkan ke air dalam wujud cair mencukupi kebutuhannya, maka air akan mendidih dan mengeluarkan uap. Bila energi panas yang diambil dari air mencukupi kebutuhannya, maka air akan membeku dan berubah menjadi padat atau solid. Hubungan antara besaran suhu dan energi untuk air diperlihatkan dalam Gambar 2.15. Titik awal diagram kurva T-H dimulai dari satu pound es pada suhu 0oF. Suhu diplot pada sumbu vertical dan kandungan panas (entalpi) diplot pada sumbu horizontal. Energi panas ditambahkan secara perlahan kepada es, sehingga suhu es naik secara gradual, 2oF/Btu. Ppanas spesifik (c) untuk es adalah 0,5 Btu/lb. Bila panas yang diberikan mencapai 16 Btu, suhu es naik menjadi 32oF. Proses pemanasan es ini direpresentasikan dalam garis AB. Energi panas yang diperlukan untuk proses ini disebut panas sensibel (QS). Panas sensibel adalah energi panas yang bila ditambahkan atau diambil dari suatu benda akan menimbulkan efek sensibel pada benda tersebut (dapat dideteksi oleh indera kita), yaitu perubahan suhu yang dapat diukur dengan thermometer. Pada titik B, wujud es masih tetap solid, tetapi suhunya naik menjadi 32oF. Panas sensibel yang diperlukan oleh es untuk menaikkan suhunya dari 0 ke 32oF adalah 16 Btu. Bila sekarang kita tambahkan panas ke es, maka suhu es tidak akan naik, tetapi es mulai mencair. Bila energi panas terus ditambahkan hingga mencapai 144 Btu (160-16), maka seluruh es sudah mencair dan berubah wujud menjadi air. Energi panas sebesar 144 Btu hanya digunakan untuk merubah 1 pound es pada suhu 32oF menjadi 1 pound air pada suhu yang sama, 32oF. Karena penambahan energi panas selama proses pencairan yang digambarkan dengan garis BC tidak merubah suhu es, namanya bukan panas sensibel. Kita tidak dapat mengukur efek tersebut dengan thermometer. Karena tidak dapat dideteksi oleh indera kita, maka lazim disebut sebagai panas laten (QL).
  • 47 Panas laten adalah energi panas yang bila ditambahakan atau diambildari suatu benda akan menimbulkan perubahan wujud tanpa merubah suhunya. Panas laten untuk pencairan es pada tekanan atmosfir dan suhu 32oF atau 0oC (QL atau LF ) adalah 144 Btu/lb. Kembali ke percobaan di atas, bila energi panas ditambahkan ke air (titik C), secara gradual suhu air akan naik, 1 oF/Btu. Pada saat suhu air mencapai 212oF (100oC) titik D, maka panas sensibel yang diperlukan adalah 180 Btu (340-160). Bila energi panas terus ditambahkan ke air yang suhunya telah mencapai 100oC (titik D), secara gradual air mulai mendidih dan mengeluarkan uap. Diperlukan panas laten sebesar 970 Btu (1310- 340) untuk merubah wujud air menjadi uap. Panas laten untuk penguapan air pada tekanan atmosfir dan pada suhu 100oC (QL atau LV) adalah 970 Btu/lb. Bila penambahan energi panas terus berlanjut, maka suhu uap akan naik. Panas sensibel yang diperlukan untuk merubah suhu uap setiap derajad fahrenheit adalah 0,48 Btu. Nilai ini sesuai dengan besaran panas spesifik untuk uap c = 0,48 Btu/Lb. Kembali ke keseluruhan bahasan dari sesi ini, yaitu energi panas, daya dan perubahan wujud benda, yang paling penting harus kita pahami berkaitan dengan proses refrigerasi dan tata udara adalah panas sensibel dan panas laten. Pengukuran kandunagn panas merupakan hal yang paling penting dalam refrijerasi dan Tata Udara. Analisis yang paling utama adalah perhitungan panas total (Q) yaitu penjumlahan panas sensibel dan panas laten. Oleh karena itu dengan mengacu ke Gambar 2.15, pastikan anda sudah paham benar tentang diagram T-H. PanasTotal (entalpi) = panas sensibel + panas laten (2.17) Dalam proses pengkondisian udara, penambahan atau pengambilan energi panas ke atau dari benda, baik udara, refrigeran, produk makanan dan benda lainnya akan selalu berlangsung secara terus menerus. Sekarang pelajari dengan lebih seksama Gambar 2.16 yang membahas topik sama, tentang proses perubahan wujud air melalui
  • 48 diagram T-H seperti Gambar 2.15 Tetapi satuan yang digunakan berbeda yakni menggunakan sistem metrik dan sistem internasional. Yaitu: LF = 80 kcal/kg = 334 kJ/kg LV = 540 kcal/kg = 2256 kJ/kg Gambar 2.16 Diagram T-H Air satu kilogram pada tekanan atmosfir. Proses perubahan wujud dan hubungan antara kandungan panas (entalpi) dan suhu diperlihatkan dalam kurva T-H.
  • 49 Contoh 2.13 Suatu boiler penghasil uap, memanaskan 50 galon air yang suhunya 40oF setiap jam. Suhu uap yang dihasilkan oleh boiler adalah 240oF. Hitung entalpi yang diperlukan? Solusi Dalam kasus ini diperlukan panas sensibel dan panas laten. Step 1. Pemanasan air, panas sensibel QS, persamaan 2.8 , lb Btu QS = (5) galx(8,33) x(212 − 40) o F = 71.600 Btu x1 o gal (lb)( F ) Step2. Proses penguapan, panas laten QL Btu QL = (970) x(416)lb = 404.000 Btu lb Step 3. Pemanasan uap, panas sensibel Btu QS = (416)lbx0,48 x(28) o F = 5600 Btu o (lb)( F ) Total panas (entalpi) = 71.600+404.000+5600 = 481.200 Btu/hr Contoh 2.14 Suatu koil pendingin dari sistem refrijerasi menerima udara kering dengan laju aliran sebesar 0,944 m3/det. Volume spesifik udara kering adalah 0,890 m3/kg. Suhu udara yang masuk ke koil adalah 41oC dan suhu keluar dari koil adalah 13oC. Tentukan panas total yang diperlukan untuk pendinginan udara ini? Solusi Dalam tidak terjadi perubahan wujud,jadi hanya panas sensibel yang diperlukan. Step 1. Masa udara (m) yang disalurkan ke koil pendingin adalah m3 (0,944) det = 1,06 kg/det. m= m3 (0,89) kg Step 2. Panas sensibel kg kJ kJ QS = (1,06) x(41 − 13) o C = 30 = 30 kW x(1,01) o det det (kg )( C )
  • 50 2.9 Saturasi, Panaslanjut, dan Superdingin Saturasi (saturation), superlanjut (superheat) dan dingin lanjut atau superdingin (subcooled) adalah istilah untuk kondisi benda ketika berada pada suhu dan tekanan tertentu. Refrijeran yang digunakan sebagai fluida penukar kalor dalam mesin refrijerasi, akan mengalami ketiga kondisi tersebut ketika sedang bersirkulasi di dalam mesin refrijerasi. Untuk memahami konsep ini, marilah kita kembali ke Gambar 2.16. Kondisi wujud air pada saat berada di garis DE adalah campuran antara bentuk cair dan gas. Mendekati titik D, jumlah air lebih banyak, tetapi mendekati titik E jumlah uap lebih banyak. Kondisi wujud benda yang terdiri dari campuran gas dan cair, lazim disebut sebagai kondisi saturasi (saturation). Air pada titik D disebut likuid saturasi dan Uap pada titik D disebut gas saturasi. Uap pada titik F, disebut uap panas lanjut (superheat vapour) Kondisi wujud es pada saat berada di garis BC adalah campuran antara bentuk padat dan cair. Mendekati titik B, jumlah masih bentuk padat, tetapi mendekati titik C, bentuk cair lebih banyak. Es pada titik B, disebut sebagai suhu saturasi es, dan pada titik C,disebut suhu saturasi air. Es pada suhu -20oC, titik A, disebut sebagai suhu dinginlanjut es (subcolled) dengan derajad subcooled sebesar 20.
  • 51 Tabel 2.4 Tekanan saturasi uap air pada berbagai suhu Suhu Tekanan o o F C In Hg mm Hg 32 0 0,1803 4,58 50 10 0,3626 9,21 60 15,6 0,5218 13,25 70 21,1 0,7392 18,78 80 26,7 1,032 26,21 90 32,2 1,442 36,12 100 37,8 1,933 49,1 120 48,9 3,45 87,6 140 60 5,88 149,4 160 71,1 9,65 245 170 76,7 12,2 310 180 82,2 15,29 388 200 93,3 23,47 596 212 100 29,92 760 Gambar 2.17 Kurva P-T atau Kurva Titik Didih Air
  • 52 Soal Latihan 1. Sebuah pompa yang digunakan dalam mesin tata udara, memompa air menuju cooling tower yang terletak di ketinggian 300 feet dari pompa. Laju aliran airnya sebesar 90 galon per menit. Tentukan besarnya daya dalam HP yang diperlukan untuk melekukan kerja tersebut. Bila efisiensinya 100% berapa konsumsi daya listrik yang diperlukan? 2. Sebuah mesin pemanas ruang (Furnace) menghasilkan panas sebesar 75 kW. Panas tersebut disalurkan ke ruangan melalui dinding besi yang memiliki tebal 9,5 mm. Bila besar suhu pada sisi panas dari dinding besi tersebut adalah 135oC dan suhu udara sekitarnya adalah 124oC. Tentukan luas permukaan dinding besinya? 3. Kecepatan laju udara kering bertekanan yang keluar dari fan sebesar 1300 cfm. Besar nilai suhunya adalah 38oF dan nilai volume spesifiknya adalah 13,5 ft3/lb. Tentukan besarnya kuantitas panas yang diperlukan per jam, bila suhunya ingin dinaikkan menjadi 140oF. 4. Pada sebuah ruang pabrik yang dikondisikan udaranya, terdapat sebuah motor listrik yang mempunyai kapasitas sebesar 3,5 kW. Tentukan jumlah panas dalam Btu/hr yang ditambahkan oleh motor ketika sedang bekerja? 5. Sebuah tanki yang lantainya berukuran (3 x 3) meter, diisi air sehingga masa air total mencapai 20.000 kg. Tentukan (a) Gaya grafitasi dalam newton yang diterima dasar tanki, (b) tekanan yang diterima dasar tanki dalam pascal? 6. Suatu boiler penghasil uap, memanaskan 50 galon air yang suhunya 40oF setiap jam. Suhu uap yang dihasilkan oleh boiler adalah 240oF. Hitung entalpi yang diperlukan? 7. Suatu koil pendingin dari sistem refrijerasi menerima udara kering dengan laju aliran sebesar 0,944 m3/det. Volume spesifik udara kering adalah 0,890 m3/kg. Suhu udara yang masuk ke koil adalah 41oC dan suhu keluar dari koil adalah 13oC. Tentukan panas total yang diperlukan untuk pendinginan udara ini?
  • 53 SIFAT UDARA DAN PSIKROMETRI 3 Kerangka Isi 3.1 Komposisi Udara 3.2 Campuran Uap air dan Udara Kering 3.3 Suhu Saturasi 3.4 Uap Panaslanjut 3.5 Cairan Superdingin 3.6 Efek Tekanan pada Suhu Saturasi 3.7 Evaporasi 3.8 Kondensasi 3.9 Suhu Titik Embun 3.10 Kandungan Uap air Maksimum 3.11 Kelembaban Absolut 3.12 Kelembaban relatif 3.13 Kelembaban Spesifik 3.14 Suhu Bola Basah dan Suhu Bola Kering 3.15 Proses Transfer Panas
  • 54 Tata Udara (air conditioning) dapat didefinisikan sebagai pengontrolan secara simultan semua faktor yang dapat berpengaruh terhadap kondisi fisik dan kimiawi udara dalam struktur tertentu. Faktor-faktor tersebut meliputi : suhu udara, tingkat kelembaban udara, pergerakan udara, distribusi udara dan polutan udara. Di mana sebagian besar dari faktor tersebut di atas dapat berpengaruh terhadap kesehatan tubuh dan kenyamanan. Udara yang telah dikondisi secara tepat dapat hanya merupakan salah satu atau kombinasi dari berbagai pengaturan faktor-faktor di atas. Sebagai contoh : hanya proses pendinginan atau proses pemanasan saja, atau hanya proses sirkulasi udara saja dengan mengunakan fan atau hanya proses penambahan/pengurangan kelembaban udara, atau proses pemurnian (penyaringan) udara agar bebas dari polutan udara atau bahkan kombinasi dari berbagai proses tata udara seperti yang diuraikan di atas. 3.1 Komposisi Udara Udara atmosfir merupakan campuran tiga material penting yaitu udara kering (dry air), uap air (water vapour) dan polutan seperti asap rokok, debu dan gas-gas berbahaya lainnya. Setiap material yang terkandung di dalam udara atmosfir mempunyai kontribusi langsung terhadap permasalahan proses pengkondisian udara. Udara kering itu sendiri merupakan campuran dari beberapa gas. Yang paling penting adalah gas oksigen dan gas nitrogen. Selebihnya berupa gas karbondioksida dan gas-gas ringan lain, yaitu argon, neon, helium dan krypton. Carbon monoksida dapat muncul ke atmosfir bila terjadi pembakaran karbon yang tidak sempurna, misalnya dari tungku atau dapur api dan motor bakar. kandungan gas ini di udara sebesar 1% saja sudah dapat berakibat fatal bagi kehidupan manusia. Komposisi campuran udara kering tersebut dapat dinyatakan menurut beratnya, seperti diperlihatkan dalam Tabel 3.1.
  • 55 Tabel 3.1 komposisi Udara kerng Gas Prosentase Nitrogen 77% Oksigen 22% Karbondioksida 0,04% Gas lain 0,96% Dewasa ini, udara murni yang bebas polutan merupakan komoditi yang sukit didapat, sehingga kegiatan purifikasi dan filtrasi cenderung semakin rumit dan sulit dilakukan. Debu, asap rokok, asap pabrik, asap kendaraan bermotor, bakteri, dan gas ringan lainnya merupakan kontaminan atau polutan yang telah mencemari udara atmosfir, khususnya udara di kota-kota besar. Sistem pengkondisian udara atau sistam tata udara berskala besar biasanya sudah membuang kontaminan tersebut, tetapi untuk kebanyakan sistem berskala rendah, untuk keperluan domestik atau skala rumah tangga belum dilengkapi dengan sistem filtrasi seperti itu. Dalam sistem tata udara, semua faktor yang berkaitan dengan komposisi udara menjadi pertimbangan utama. Pengontrolan suhu merupakan suatu keniscayaan yang tak dapat dihindari lagi. Debu, kotoran, asap rokok, dan bau tak sedap harus dapat dieliminasi atau dikurangi hingga mencapai titik aman dan nyaman bagi manusia atau produk lainnya. Pengontrolan jumlah kandunagn uap air atau tingkat kelembaban udara ruang, merupakan satu hal yang sangat penting karena hal tersebut langsung berkaitan dengan kenyamanan hunian atau dalam proses produksi di industri. Udara yang terlalu kering, akan berakibat langsung pada dehidrasi, yaitu hilangnya sebagian besar cairan tubuh manusia, kulit menjadi kering dan bersisik. Disamping itu juga dapat merusak material lain seperti sayuran dan buah-buahan. Sedang udara yang terlalu basah, akan menyebabkan kurang nyaman, tidak bagus untuk kesehatan. Pada industri manufaktur tertentu, diperlukan ruang yang sangat bersih, bebas polutan dengan mengontrol secara cermat suhu, kelembaban dan polutan udara. Aktivitas ini lazim disebut sebagai ruang bersih atau clean room.
  • 56 3.2 Campuran Uap air dan Udara Kering Dari semua sifat-sifat udara yang mempunyai efek langsung terhadap proses pengkondisian udara selain suhu udara adalah kandungan uap air di udara atau kelembaban udara. Kandungan uap air di udara ruang merupakan sifat yang paling penting untuk dipertimbangkan. Uap air selalu ada di dalam setiap udara atmosfir dan jumlahnya dapat berpengaruh langsung terhadap kenyamanan. Suatu studi yang membahas tentang sifat-sifat atau karakteristik campuran udara kering dan uap air disebut Psikrometrik. Kandungan uap air di udara bervariasi di setiap lokasi atau daerah. Di Daerah yang memiliki empat musim biasanya memiliki udara yang sangat kering artinya jumlah kandungan uap airnya sangat rendah. Di daerah tropis seperti indonesia, kandungan uap air di udara sangat tinggi sehingga udaranya lembab. Dalam prakteknya, pengaturan jumlah kandungan uap air ini merupakan faktor yang memiliki kesulitan lebih tinggi dibandingkan dengan pengaturan suhu. Seperti namanya uap air adalah bentuk gas dari air pada suhu di bawah titik uap air, yang nilainya tergantung pada tekanan atmosfir. Pada suhu dan tekanan barometer tertentu, uap air dapat berwujud gas atau liquid. Hal ini dapat dibuktikan dengan adanya formasi awan dan kabut. Kandungan uap air di udara dapat mencapai 1 hingga 3% dari total volume udara. Uap air dapat menguap pada tekanan yang sangat rendah. Misalnya, pada tekanan 29 inchi mercury di bawah nol, uap air akan menguap pada suhu 27 derajad celcius. Jumlah kandungan uap di udara berpengaruh terhadap kelembaban udara. Kelembaban udara di suatu tempat dapat bertambah tinggi bila konsentrasi uap air di tempat tersebut ditambah. Dan sebaliknya bila konsentrasi uap airnya dikurangi maka tingkat kelembabannya akan turun. Pengurangan dan penambahan kandungan uap air di udara ruang merupakan salah satu kegiatan pengkondisian udara untuk kenyamanan. Karena tingkat konsentrasi uap air yang terkandung di udara ruang dapat berpengaruh terhadap kenyaman penghuninya. Untuk mengukur jumlah kandungan uap air di udara digunakan satuan grains per kilogram udara. Di mana 1 grain = 0,065gram.
  • 57 Hukum Boyle Hukum Boyle merupakan suatu pernyataan penting yang menyangkut sifat gas, yaitu pada suhu konstan, volume gas berbanding terbalik dengan tekanan absolutnya. Dalam formula matematika Hukum boyle menjadi seperti berikut, (P1)(V1) = (P2)(V2) (3.1) (P1)/(V2) = (P2)/(V1) (3.2) Hukum Boyle ini dapat diverifikasi melalui percobaan sederhana seperti diperlihatkan dalam Gambar 3.1, yaitu percobaan pemampatan gas yang berlangsung pada suhu konstan. Kurva isotermal Gambar 3.1 Gas di dalam silinder dikompresi tetapi suhu gas dipertahankan konstan. Dari kurva P-V diketahui, bahwa area yang ada di bawah kurva memiliki luas sama, yaitu (P1)(V1) = (P2)(V2). Hukum Charles Hukum Charles merupakan suatu pernyataan penting yang menyangkut sifat gas, yaitu pada tekanan konstan, volume gas berbanding lurus dengan suhu absolutnya. Dalam formula matematika Hukum Charles menjadi seperti berikut, (V1)(T2) = (V2)(T1) (3.3) (V1)/(V2) = (T1)/(T2) (3.4)
  • 58 Hukum Charles ini dapat diverifikasi melalui percobaan sederhana seperti diperlihatkan dalam Gambar 3.2, yaitu percobaan pemampatan gas yang berlangsung pada tekanan konstan. Gambar 3.2 Gas di dalam silinder dipampatkan sedemikan sehingga suhu gas tetap konstan. Gambar 3.3 Kurva V-T. Dari kurva V-T yang merupakan garis lurus diketahui bahwa ratio dua variabel pada titik A dan titik B mempunyai nilai sama, sehingga (V1)/(V2) = (T1)/(T2).
  • 59 Dari kedua hukum tersebut diperoleh formula baru, yaitu ( P1)(V 1) ( P 2)(V 2) = (3.5) T1 T2 Persamaan 3.5 menyatakan, untuk besaran masa dan jenis gas tertentu, maka perbandingan tekanan kali volume dengan suhu adalah konstan. ( P)(V ) = kons tan (3.6) T Untuk jenis gas tertentu, dengan masa sebesar 1 kg, maka besaran volumenya dapat diganti dengan volume spsesifik (υ), sehingga persamaan 3.6 dapat dituliskan menjadi, ( P)(υ ) =R (3.7) T Dalam hal ini, R adalah konstanta gas yang besarannya berbeda untuk setiap gas. Tabel 3.2 memperlihatkan besaran R untukbeberapa jenis gas. Dengan mengalikan kedua sisi persamaan 3.7 dengan masa m, didapat (m)(P)(υ) = (m)(R)(T), karena (m)(υ) = V, maka (P)(V) = (m)(R)(T) (3.8) Dalam hal ini P = tekanan absolut gas, dalam pascal (Pa) V = volume gas, dalam meter kubik (m3) M = masa dalam kilogram (kg) R = konstanta gas dalam (J/kg.K) T = suhu absolut, dalam kelvin Suhu kelvin = OC + 273oC Persamaan 3.8 dikenal dengan sebutan Hukum Gas Umum
  • 60 Tabel 3.1 Beberapa Sifat Gas Gas K CP CV R kJ/kg.K kJ/kg.K J/kg.K Udara 1,406 1,0000 0,711 287 Amonia 1,273 2,1269 1,6705 487 Karbondioksida 1,28 0,8709 0,6783 189 Karbonmonoksida 1,403 1,0174 0,7243 297 Hidrogen 1,41 14,277 10,132 4124 Nitrogen 1,41 1,0216 0,7243 297 Oksigen 1,4 0,9127 0,6531 260 Sulfurdioksida 1,26 0,6448 0,5150 130 Contoh 3.1 Sebuah tangki untuk kompresor udara mempunyai volume 2 m . Tangki berisi udara dengan suhu 40oC. Bila meter 3 tekanan pada tangki menunjukkan 7,5 bar, tentukanmasa udara di dalam tangki? Solusi dari Tabel 3.1, R udara adalah 287 J/kg.K. Tekanan absolut udara adalah 7,5 bar + 1 bar = 8,5 bar = 850.000 pascal, dengan menggunakan persamaan 3.8, didapat (850.000) Pax(2)m 3 m= = 18,95 kg (287) J / kg.Kx(40 + 273) K Contoh 3.2 2 kilogram udara mempunyai volume 0,2 m3. Bila tekanan absolut udara 8,84 bar,tentukan suhu kelvin untuk udara? Solusi 884.000( Pa) x0,2(m 3 ) T= = 308 K 2(kg ) x 287( J / kg.K )
  • 61 Hukum Dalton tentang Tekanan parsial gas Hukum Dalton tentang parsial gas, menyatakan bahwa dalam suatu campuran gas dan uap secara mekanik tidak bercampur secara kimiawi, misalnya udara kering dengan uap air, berlaku ketentuan sebagi berikut, (1) Total masa campuran merupakan penjumlahan masa dari setiap gas, mt = ma + mw (2) Setiap gas mempunyai volume sama, Vt = Va = Vw (3) Suhu absolute setiap gas sama, Tt = Ta = Tw (4) Tekanan campuran, merupakan penjumlahan tekanan setiap gas, Pt = Pa + Pw (5) Panas total (entalpi) campuran merupakan penjumlahan dari entalpi setiap gas, Qt = Qa + Qw Dalam hal ini Pt = Tekanan absolut campuran gas, dalam lb/ft2 Pa = tekanan parsial udara kering, dalam lb/ft2 Pw = tekanan parsial uap air, dalam lb/ft2 Va = volume udara kering dalam ft2 Vw = volume uap air dalam ft2 ma = masa udara kering, dalam lb mw = masa uap air, dalam lb 3.3 Suhu Saturasi Suhu di mana suatu fluida atau zat cair merubah dari fasa cair menjadi fasa uap atau gas, atau kebalikannya, yaitu dari fasa gas berubah menjadi fasa cair, disebut suhu saturasi. Ingat kembali proses perubahan wujud dalam Bab 2, Gambar 2.16. Liquid yang berada pada suhu saturasi disebut liquid saturasi dan uap atau gas yang berada pada suhu saturasi disebut uap saturasi. Satu hal penting yang perlu diketahui adalah, suhu saturasi untuk liquid (suhu di mana liquid akan menguap) dan suhu saturasi uap (suhu di mana uap mulai mengembun) adalah sama pada suatu tekanan tertentu. Pada suatu tekanan tertentu, suhu saturasi adalah suhu maksimum liquid dan suhu minimum uap yang dapat dicapai. Adanya usaha untuk menaikkan suhu suhu liquid di atas suhu saturasi hanya akan menybabkan menguapnya beberapa bagian dari liquid. Halnya yang
  • 62 sama akan terjadi, bila adanya upaya untuk menurunkan suhu uap di bawah suhu saturasi uap, hanya akan menyebabkan beberapa bagian uap mengembun. 3.4 Uap Panas Lanjut Uap yang berada di atas suhu saturasi uap tetapi tetap pada tekanan saturasi uap dikenal dengan sebutan uap panas lanjut (superheated vapour). Begitu fasa liquid telah berubah menjadi fasa uap (menguap), maka suhu uap tersebut dapat dinaikkan lagi dengan menambahkan energi panas kepadanya. Bila suhu uap sudah naik jauh di atas suhu saturasi uap, maka uapnya disebut mengalami pemanasan lanjut, dan energi yang digunakan untuk membuat panas lanjut uap, disebut sebagai panaslanjut (superheat). Sebelum uap dapat dibuat berada dalam fasa panaslanjut, maka uap harus dipisahkan hubungannya dengan penguapan liquid. Demikian juga, uap panaslanjut yang akan diembunkan, pertama- tama harus didinginkan hingga mencapai suhu saturasi pada tekanan saturasi liquid. Gambar 3.4 menjelaskan maksud tersebut. superheater Uap saturasi Energi Uap panaslanjut Panas Energi Panas Gambar 3.4 Proses pemanasan lanjut melalui alat pemisah superheater
  • 63 3.5 Cairan Superdingin Bila setelah mengalami kondesasi (pengembunan), liquid hasil pengembunan tersebut dilanjutkan lagi proses pendinginanya sehingga suhu liquid turun di bawah suhu saturasi, liquid tersebut dikatakan menjadi superdingin (subcooled). Konsenkuensinya, suatu liquid pada suhu di bawah suhu saturasi liquid, disebut liquid superdingin. 3.6 Efek Tekanan pada Suhu Saturasi Suhu saturasi suatu fluida tergantung pada tekanan yang bekerja pada fluida tersebut. Kenaikan tekanan pada fuida akan menyebabkan naiknya suhu saturasi. Untuk mengilustrasikan efek tekanan pada suhu saturasi liquid, asumsikan sebuah bejana berisi air seperti diperlihatkan dalam Gambar 3.5. Meter tekanan pada bejana mengukur tekanan air di dalam bejana dan dua buah thermometer untuk mengukur suhu air dan suhu uap didalam bejana. Gambar 3.5 Bejana air Katub terbuka penuh sehingga tekanan air di bejana sama dengan tekanan atmosfir 0 kPag. Suhu air dan suhu uap di dalam bejana sama 100oC. Berat jenis uap 0,5977 kg/m3.
  • 64 Gambar 3.6 Bejana air Katub tertutup sebagian sehingga tekanan air di bejana naik menjadi 97,2 kPag atau 198,2 kPaa. Pada kondisi ini suhu air dan suhu uap naik menjadi 120oC, dan berat jenis uap naik menjadi 1,122 km/m3. Dalam gambar 3.5, laju penguapan tidak berpengaruh terhadap suhu dan tekanan saturasi karena uapnya langsung keluar ke udara bebas sehingga berat jenis dan tekanan uap tidak naik atau turun. Tetapi pada kasus gambar 3.6, karena katubnya tertutup sebagian, maka uap tidak bebas keluar. Adanya kenaikan laju penguapan, akan menyebabkan kenaikan berat jenis uap dan tekanan uap (naik menjadi 97,2 kPag). Hal ini mengakibatkan suhu saturasinya juga naik menjadi 120oC. Indek g pada kPag, menyatakan bahwa angka tersebut diperoleh dari pengukuran meter tekanan (gauge) dan indek a pada kPaa menyatakan tekanan absolut. Kemudian, bila katub dibuka penuh kembali, maka secara berangsur-angsur uap akan bebas keluar. Tekanan uap akan turun kembali ke 0 kPag demikian juga berat jenis uap. 3.7 Evaporasi Dalam contoh-contoh sebelumya, kita dapat menguapkan air dengan cara menaikkan suhu air sehingga mencapai titik didihnya. Pada kondisi demikian maka secara gradual air berubah menjadi uap. Proses tersebut disebut penguapan atau vaporisasi. Proses penguapannya terjadi pada suhu di atas suhu saturasi. Pada kehidupan sehari-hari kita dapat melihat proses penguapan yang terjadi pada air sungai, air danau, dan pakaian basah. Cukup bukti, bahwa penguapan pada kondisi tersebut dapat terjadi pada suhu di bawah suhu saturasi. Air yang ada di suatu permukaan, misalnya
  • 65 air yang berada permukaan bodi mobil, dengan mengabaikan suhunya, akan menguap secara gradual diserap oleh udara atmosfir. Penguapan air di bawah suhu saturasi dapat dijelaskan sebagai berikut. Molekul air akan berada dalam pergerakan dengan kecepatan konstan. Dalam pergerakannya, molekul akan bertumbukan dengan molekul lainnya, yang mengakibatkan kecepatannya lebih tinggi dari kecepatan rata-rata molekul lainnya. Sehingga energinyapun lebih tinggi dari energi rata-rata molekul lainnya. Bila ini berlangsung pada molekul yang ada dipermukaan air, maka molekul yang memiliki energi ekstra tinggi akan melepaskan diri dan ke udara dan menjadi lolekul udara. Keadaan ini akan berlangsung secara terus menerus. Pada suhu tertentu, beberapa jenis liquid akan menguap lebih cepat dari pada liquid lainnya. Liquid yang mempunyai titik didih paling rendah, yakni suhu saturasi paling rendah, pada tekanan tertentu akan menguap paling cepat. Pada kebanyakan liquid, laju evaporasinya naik bila suhunya juga naik atau bila tekanannya turun. Gambar 3.7 Evaporasi yang berlangsung pada permukaan liquid
  • Molekul lepas 66 dari permukaan Suhu air sedikit lebih rendah daripada suhu udara Gambar 3.8 Evaporasi dari permukaan air yang ada di dalam bejana terbuka. Molekul tidak dapat keluar 0,0234 bar Uap saturasi liquid saturasi Gambar 3.9 Molekul yang lepas dari permukaan air tidak dapat keluar dan kembali ke liquid. Suhu liquid dan suhu uap air 0,0424 bar sama dengan suhu udara, kondisinya menjadi saturasi Uap saturasi liquid saturasi
  • 67 3.8 Kondensasi Pada pembahasan sebelumnya sudah dibuktikan bahwa uap saturasi yang mengalami pendinginan akan mengalami proses kondensasi dan berubah fasanya menjadi liquid. Ini dapat terjadi karena uap tidak dapat mempertahankan fasa vapornya pada suhu di bawah suhu saturasi. Bila uap tersebut didinginkan, molekul uap tidak dapat mempertahankan energi dan kecepatannya untuk mengatasi gaya tarik antar molekul sebagai molekul uap, dan berubah menjadi molekul liquid. Bila kondensasi berlangsung, dan volume tetap, maka tekanan dan berat jenis uap turun, sehingga suhu saturasinay juga turun. 3.9 Suhu Titik Embun (dew point) Perlu diketahui, kenyataannya uap air yang terkandung di udara atmosfir adalah uap bertekanan rendah. Seperti halnya dengan uap bertekanan tinggi, uap bertekanan rendahpun akan dapat berada dalam kondisi saturasi pada suhu dan tekanan tertentu. Tekanan dan suhu di mana udara kering dan uap air mencapai kondisi saturasi, disebut tekanan dan suhu saturasi. Tabel 3.2 menunjukkan suhu dan tekanan saturasi udara kering dan uap air. Dalam kondisi saturasi, campuran air dan uap air menempati volume sama, demikian juga suhu dan tekanannya. Bila udara kering berada pada suhu di atas suhu saturasinya, sesuai dengan tekanan parsial uap air, maka kondisi uap air akan berubah menjadi kondisi superheat (panaslanjut). Di lain pihak, bila udara kering berada pada suhu yang sama dengan suhu saturasi sesuai dengan tekanan parsial uap airnya, maka uap air yang ada di udara menjadi saturasi. Suhu, di mana uap air yang terkandung di udara menjadi saturasi disebut sebagai suhu titik embun dari udara. (dew point temperature). Suhu titik embun udara atmosfir selalu suhu saturasi sesuai dengan tekanan parsial yang diterima uap air. Jadi, bila tekanan saturasi parsial dari uap air diketahui, maka suhu titik embun dari udara atmosfir dapat ditentukan dari Tabel 3.2. Seballiknya bila suhu titik embun udara diketahui, maka tekanan parsial uap airnya juga dapat diketahui dari Tabel 3.3.
  • 68 Pada titik suhu tertentu maka uap air yang terkandung di udara ruang akan merubah wujud menjadi liquid atau mengembun. salah satu faktor penting yang perlu dipertimbangkan dalam merencanakan pengkondisian ruangan adalah suhu titik embun. Suhu titik embun adalah suhu udara pada tekanan atmosfir di mana uap air di udara mulai mengembun merubah wujud menjadi titik- titik embun. Penerapan dari fenomena ini dapat ditemukan di almari es. Dengan dipasangnya mullion heater yaitu pemanas yang diletakkan di sepanjang pintu almari es maka dinding almari es tidak menjadi basah akibat mengembunnya uap air yang terkandung di udara sekitarnya. Tabel 3.3 Sifat Air, saturasi liquid dan saturasi uap Tekanan Volume spesifik Entalpi 3 Suhu Saturasi m /kg kJ/kg o C bar Liquid uap liquid uap 0 0,006108 0,0010002 206,3 0,04 2501,6 2 0,007055 0,0010001 179,0 8,39 2505,2 4 0,008129 0,0010000 157,3 16,8 2508,9 6 0,009345 0,0010000 137,8 25,21 2512,6 8 0,010720 0,0010001 121,0 33,6 2516,2 10 0,012270 0,0010003 106,4 41,99 2519,9 12 0,014014 0,0010004 93,84 50,38 2523,6 14 0,015973 0,0010007 82,90 58,75 2527,2 16 0,018168 0,0010010 73,38 67,13 2530,9 18 0,020620 0,0010013 65,09 75,5 2534,5 20 0,023370 0,0010017 57,84 83,86 2538,2 22 0,026420 0,0010022 51,49 92,23 2541,8 24 0,029820 0,0010026 45,93 100,59 2545,5 26 0,033600 0,0010032 41,03 108,95 2549,1 28 0,037780 0,0010037 36,73 117,31 2552,7 30 0,042410 0,0010043 32,93 125,66 2556,4
  • 69 32 0,047530 0,0010049 29,57 134,02 2560,0 34 0,053180 0,0010056 26,6 142,38 2563,6 36 0,059400 0,0010063 23,97 150,74 2567,2 38 0,066240 0,0010070 21,63 159,09 2570,8 40 0,073750 0,0010078 19,55 167,45 2574,4 42 0,081980 0,0010086 17,69 175,81 2577,9 44 0,091000 0,0010094 16,04 184,17 2581,5 46 0,10086 0,0010103 14,56 192,53 2585,1 48 0,11162 0,0010112 13,23 200,89 2588,6 50 0,12335 0,0010121 12,05 209,26 2592,2 52 0,13613 0,0010131 10,98 217,62 2595,7 54 0,15002 0,0010140 10,02 225,98 2599,2 56 0,16511 0,0010150 9,159 234,35 2602,7 58 0,18147 0,0010161 8,381 242,72 2606,2 60 0,19920 0,0010171 7,679 251,9 2609,7 62 0,2184 0,0010182 7,004 259,46 2613,2 64 0,2391 0,0010193 6,469 267,84 2616,6 66 0,2615 0,0010205 5,948 276,21 2620,1 68 0,2856 0,0010217 5,475 284,59 2623,5 70 0,3116 0,0010228 5,046 292,97 2626,9 72 0,3396 0,0010241 4,656 301,35 2630,3 74 0,3696 0,0010253 4,300 309,74 2633,7 76 0,4019 0,0010266 3,976 318,13 2637,1 78 0,5365 0,0010279 3,680 326,52 2640,4 80 0,4736 0,0010292 3,409 334,92 2643,8 82 0,5133 0,0010305 3,162 343,31 2647,1 84 0,5557 0,0010319 2,935 351,71 2650,4 86 0,6011 0,0010333 2,727 360,12 2653,6 88 0,6495 0,0010347 2,536 368,53 2656,9
  • 70 90 0,7011 0,0010361 2,361 376,94 2660,1 92 0,7561 0,0010376 2,200 385,36 2663,4 94 0,8146 0,0010391 2,052 393,78 2666,6 96 0,8769 0,0010406 1,915 402,20 2669,7 98 0,9430 0,0010421 1,789 410,63 2672,9 100 1,0133 0,0010437 1,673 419,06 2676,0 Contoh 3.3 Asumsikan suatu udara ruang mempunyai suhu 26oC (terukur dengan thermometer), dan tekanan saturasi parsial yang diterima oleh uap air yang terkandung di dalam udara tersebut adalah 0,012270 bar. Tentukan suhu titik embun dari udara tersebut? Solusi Dari Tabel 3.2, diketahui bahwa suhu saturasi uap sesuai tekanan saturasi parsial 0,012270 adalah 10oC. Jadi suhu titik embun udara tersebut adalah 10oC. Contoh 3.4 Suhu udara di ruang tertentu terukur dengan thermometer sebesar 26oC. Diketahui suhu titik embun di ruuang tersebut adalah 16oC. Tentukan tekanan saturasi parsial yang diterima oleh uap air yang terkandung di dalam udara ruang tersebut? Solusi Dari Tabel 3.2, diketahui tekanan saturasi pada suhu 16oC adalah 0,018168 bar. Ini adalah tekanan parsial yang diterima oleg uap airnya. 3.10 Kandungan Uap air Maksimum Kandungan uap air yang dapat bercampur dengan udara kering tergantung pada suhu udara. Karena jumlah uap air di udara menentukan tekanan parsial pada uap air, maka sudah pasti, udara akan dapat mengandung uap air maksimum bila uap air di udara menerima tekanan parsial maksimum. Karena tekanan parsial maksimum yang dapat diterima oleh uap air merupakan tekanan
  • 71 saturasi yang berhubungan langsung dengan suhu saturasi, maka udara akan mengandung uap air maksimum (mempunyai berat jenis uap air maksimum) ketika tekanan yang diterima uap air sama dengan tekanan saturasi pada suhu udara tersebut. Pada kondisi ini, suhu udara dan suhu bola kering menjadi sama,dan udara dikatakan menjadi saturasi. Sebagai catatan, semakin tinggi suhu udara, semakin tinggi pula tekanan parsial maksimum dan semakin tingi pula kandungan uap air di udara. 3.11 Kelembanan Absolut Kandungan uap air di udara lazim disebut sebagai kelembaban udara. Kelembaban absolut udara pada suatu kondisi adalah masa uap air setiap satuan volume udara pada kondisi tersebut dan dinyatakan sebagai berat jenis uap air. Kelembaban absolut atau berat jenis uap air dinyatakan dalam satuan gram per meter kubik atau kilogram per meter kubik. Kembali ke Hukum Dalton, bahwa masa uap air aktual per satuan volume udara (berat jenis uap air) adalah semata-mata metrupakan fungsi dari suhu bola kering udara Karena tekanan uap air pada udara sangat rendah, maka uap air yang terkandung di udara juga dapat diabggap sebagai gas ideal, sehingga perhitungannya dapat menggunakan formula gas ideal. Persamaa 3.8 dan Tabel 3.3 Contoh 3.5 Tentukan kelembaban absolut udara sampel yang mempunyai suhu titik embunnya 20oC. Anggaplah nilai konstanta gas adalah 461 J/kg.K Solusi Dari Tabel 3.3, tekanan uap air pada suhu saturasi 20oC adalah 0,02337 bar. Anggaplah volume udara V=1 m3. Dengan menggunakan formula 3.8 didapat jumlah masa per meter kubik, yaitu: 2337( Pa ) x1(m 3 ) ( P)(V ) m= = = 0,01729 kg ( R)(T ) 461( J / kg.K ) x(20 + 273) K Jadi tekanan P = 0,01729 kg/m3
  • 72 Kelembaban absolut dapat juga ditentukan secara langsung dengan mengunakan tabel 3.3. Misalnya pada contoh 3.5, volume spesifik untuk uap saturasi pada suhu 20oC adalah 57,84 m3/kg. Jadi kelembaban absolutnya adalah 1 / 57,84 m3/kg = 0,017289 kg/m3. 3.12 Kelembaban Relatif Kelembaban relatif (RH), dinyatakan dalam persen (%), adalah perbandingan antara tekanan parsial aktual yang diterima uap air dalam suatu volume udara tertentu dengan tekanan parsial yang diterima uap air pada kondisi saturasi pada suhu udara saat itu. Jadi: Tekanan parsial aktual RH = ------------------------------------ (3.9) Tekanan parsial saturasi Untuk keperluan praktis, RH seringkali dinyatakan sebagai suatu perbandingan yang dinyatakan dalam persen (%) antara berat jenis uap air aktual dengan berat jenis uap air pada keadaan saturasi. Contoh 3.6 Suatu udara sampel mempunyai suhu 26oC. Suhu titik embunnya 10oC. Tentukan %RH. Solusi Dari Tabel 3.3, tekanan parsial uap air pada suhu titik embun 10oC adalah 0,012270 bar. Tekanan parsial pada titik embun 26oC adalah 0,03360 bar. Dengan formula 3.9, didapat 0,012270(bar ) RH = x100 = 36,5% 0,03360(bar ) Contoh 3.7 tentukan RH udara dala contoh 3.6, bila suhu udara diturunkan menjadi 16oC.?
  • 73 Solusi Karena kandungan uap di udara tetap konstan, maka suhu titik embunnya juga tetap sama. Dari tabel 3.3, tekanan parsial uap air pada suhu 10oC dan pada suhu 16oC adalah 0,012270 bar dan 0,018168 bar. Sehingga RH adalah 0,012270(bar ) RH = x100 = 67,5% 0,018168(bar 3.13 Kelembaban Spesifik Kelembaban spesifik atau ratio kelembaban (w), dinyatakan dalam besaran masa uap air yang terkandung di udara per satuan masa udara kering yang diukur dalam gram per kilogram dari udara kering (gr/kg) atau kg/kg. Pada tekanan barometer tertentu, kelembaban spesifik merupakan fungsi dari suhu titik embun. Tetapi karena penurunan tekanan barometer menyebabkan volume per satuan masa udara naik, maka kenaikan tekanan barometer akan menyebabkan kelembaban spesifik menjadi turun. Hal ini dinyatakan dengan formula: (0,622) x( PW ) w= (3.10) ( P) − ( PW ) Dalam hal ini, w = ratio kelembaban dalam kg/kg PW = tekanan parsial uap air pada suhu titik embun, dalam pascal P = Tekanan baormeter, dalam pascal Contoh 3.8 Tentukan ratio kelembaban suatu udara sampel yang mempunyai suhu 26oC pada tekanan barometer standar. Suhu titik embunnya adalah 10oC. Solusi Dari Tabel 3.3, tekanan parsial uap air pada suhu titik embun 10oC adalah 0,012270 bar dan tekanan atmosfir normal adalah 101.000 pascal. Dengan formula 3.10, didapat
  • 74 0,622(kg / kg )(1227( Pa) w= = 0,00762 kg/kg atau 101.000( Pa) − 1227( Pa) w = 7,62 g/kg Contoh 3.9 Tentukan ratio kelembaban (w) dari uadar sampel pada contoh 3.8, jika uap air di udara mengalami saturasi pada suhu udara tersebut. Solusi dari tabel 3.3, tekanan parsial pada suhu titik embun 26oC adalah 3360 Pa. Dengan formula 3.10 didapat 0,622(kg / kg )(3360( Pa) w= = 0,02133 kg/kg 101.000( Pa) − 3360( Pa) 3.14 Suhu Bola Kering dan Suhu Bola Basah Thermometer yang lazim digunakan untuk mengukur suhu adalah thermometer bola kering. Bila sensor panas (bulb) Thermometer yang digunakan untuk mengukur suhu dijaga dalam kondisi kering maka thermometernya disebut sebagai thermometer bola kering. Hasil pengukuran suhu dengan alat ini disebut sebagai : Suhu Bola Kering. Dalam keadaan biasa , bila ukuran suhu tersebut tidak diberi penjelasan khusus maka dianggap sebagai ukuran bola kering. Sebagai contoh : 20 0 C bola kering atau cukup dengan : 20 0 C. Bila sensor panas (bulb) thermometer yang digunakan sengaja dikondisikan menjadi basah, yaitu sengaja ditutup oleh kain yang higroskopis maka ukuran suhu yang diperoleh disebut sebagai ukuran suhu bola basah. Dalam kondisi biasa maka adanya cairan yang melingkupi sensor panas ini maka penunjukan skala suhu bola basah akan lebih rendah dengan penunjukan suhu bola kering. Tetapi bila kandungan uap air di udara mencapai titik maksimalnya (titik jenuh) maka penunjukkan kedua jenis thermometer tersebut menjadi sama.
  • 75 Dalam keadaan jenuh maka cairan yang ada disekeliling bulb thermometer tidak dapat menguap lagi sehingga penunjukkan thermometer basah menjadi sama dengan thermometer bola kering. Tetapi bila kondisi udara ruang belum mencapai saturasi maka penunjukkan thermometer bola basah selalu lebih rendah dari bola kering, akibat adanya efek penguapan cairan yang terjadi pada thermometer bola basah. Alat khusus dapat digunakan untuk mengukur bola basah da bola kering disebut Slink Psychometer. Thermometer Suhu Bola kering Thermometer Kain basah Suhu Bola basah Gambar 3.10 Slink Psychrometer Psychrometer terbuat dari dua thermometer, satu bola kering dan satu lagi bola basah yang dipasang berdampingan pada suatu papan dan dilengkapi dengan handel pemutar, sehingga susunan tersebut mudah diputar. Dalam penggunaannya slink diputar selama satu menit, kemudian di baca penunjukan kedua themometer bola kering dan bola basah.
  • 76 Presedur Menggunakan Slink Psikrometer: 1. Periksa pembacaan kedua thermometer sebelum digunakan. 2. Basahi selongsong higroskpis dengan air 3. Putar Slink psikrometer kurang lebih selama 20 detik dengan kecepatan putar sekitar 150 rpm. 4. Baca skala Wet Bulb terlebih dahulu segera setelah pemutaran selesai dilakukan. Kemudian baru membaca skla dry Bulb thermometernya. 5. Dapatkan minimal tiga kali pembacaan untuk dapat memperolaeh jasil yang lebih akurat. Setiap kali pembacaan pastikan selongsong kain senantiasa dalam keadaan basah. 6. Catat hasil pembacaan dan plot-kan pada chart psikrometrik untuk memperoleh data-data lain yang diperlukan. 3.15 Proses Transfer Panas Dilihat dari prosesnya maka tata udara merupakan proses tranfer panas. Proses transfer panas ini berlangsung melalui suatu medium yaitu udara. Misalnya untuk menurunkan suhu udara suatu ruang maka udara yang bersuhu lebih dingin disalurkan ke dalam ruang tersebut. Udara dingin diperoleh dengan menyalurkan udara yang bersuhu lebih panas melaui koil pendingin. Dalam hal ini energi panas yang ada di udara yang bersuhu lebih tinggi tersebut dipindahkan ke fluida pendingin melalui kontak langsung dengan permukaan koil pendingin yang dingin. Akibatnya udara yang telah melewati coil pendingin menjadi dingin, sebaliknya fluida yang ada di dalam coil pendingin menjadi lebih hangat. Karena proses tata udara berkaitan erat dengan proses pemindahan panas, maka marilah kita ulangi lagi fenomena-fenomena fisik dan thermis berikut ini : (a) Panas adalah suatu bentuk energi yang aktif, seperti energi listrik. (b) Panas dapat dipindahkan melalui 3 cara, yaitu : Konduksi, konveksi dan radiasi. (c) Konduksi adalah pemindahan panas melalui benda padat, di mana enegi panasnya dipindahkan dari satu molukul ke
  • 77 molukul lain dari benda tersebut. Contoh, pemindahan panas melalui sepotong besi. (d) Konveksi adalah pemindahan panas melalui benda cair dan gas. Di mana molukul-molukul benda membawa energi panas dari satu titik ke titik lainnya. Contoh, pemindahan panas di dalam air. (e) Radiasi adalah pemindahan panas melalui gerakan gelombang cahaya dan gelombang elektromagnetik melalui medium transparan tanpa berpengaruh terhadap pemanasan mediumnya. Contoh Sinar matahari. (f) Panas Sensibel, adalah jumlah energi panas (dalam satuan BTU) yang dapat menyebabkan terjadinya perubahan suhu benda. Jadi untuk menaikkan atau menurunkan suhu suatu benda dibutuhkan sejumlah energi panas. (g) Panas Spesifik, yaitu energi panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebesar satu derajad fahrenheit untuk setiap pound berat benda. Tabel 3.4 memperlihatkan tabel panas spesifik beberapa benda berikut panas latennya. (h) Panas laten, yaitu jumlah energi panas yang dapat menyebabkan terjadinya perubahan wujud benda. Misalnya, bila air diubah wujudnya menjadi gas atau uap, maka diperlukan sejumlah panas yang disebut sebagai panas laten. Dalam hal ini dibedakan panas laten penguapan dan panas laten pengembunan. Selama proses perubahan wujud tersebut maka suhu benda tidak berubah. Tabel 3.4 Panas Spesific dan Panas Laten Nama Benda Panas Spesific Panas Laten 1. Air 4,19 (evaporasi) 335 (kondensasi) 2. Air 2257 (evaporasi) 3. Daging sapi 3,14 (segar) 4. Daging sapi 1,67 (beku) 228 5. Brokoli 3,77 (segar) 6. Brokoli 2,01 (beku) 314 7. Melon 3,81 (segar) 8. Melon 1,92 (beku) 267
  • 78 Untuk lebih mendalami permasalahan tersebut, kembali kita bahas kurva T-H PENJELASAN : Garis A-B memperlihatkan proses pemanasan es hingga mencapai titik cair es pada tekanan atmosfir. Dalam proses ini panas yang diambil hanya untuk merubah suhu sehingga disebut : panas sensibel. (A-B) Garis B-C memperlihatkan proses pencairan es untuk merubah wujud es menjadi air. Oleh karena itu energi panas yang diambil disebut : panas laten. (BC). Selama proses perubahan wujud energi panas yang diserap semata-mata hanya untuk perubahan wujud, sehingga suhu air tidak berubah. Pada titik C disebut liquid saturasi. Garis C-D memperlihatkan proses pemanasan air, untuk menaikkan suhu air hingga mencapai suhu titik didih 100oC. Energi panas yang hanya digunakan untuk merubah suhu air. Energi panas yang diserap merupakan panas sensibel. Garis D-E memperlihatkan proses penguapan air untuk merubah wujud air menjadi uap. Oleh karena itu energi panas yang
  • 79 diambil disebut : panas laten. Selama proses perubahan wujud energi panas yang diserap semata-mata hanya untuk perubahan wujud, sehingga suhu air tidak berubah. Pada titik E ini disebut uap saturasi. Garis E-F memperlihatkan proses pemanasan uap lanjut, untuk menaikkan suhu uap hingga mencapai suhu di atas suhu saturasi. Energi panas yang hanya digunakan untuk merubah suhu uap. Energi panas yang diserap merupakan panas sensibel. (i) Superheat, adalah istilah yang lazim digunakan pada pengaturan katub ekspansi thermostatik. Secara fisik superheat adalah panas sensibel yang diserap oleh liquid refrigeran untuk menaikkan suhunya tanpa perubahan tekanan yang berarti pada saat ia berubah wujud menjadi gas. Bila suhu evaporasi sebesar 10 derajad dibawah nol dan suhu gas refrigeraran hasil evaporasi sebesar 2 derajad di atas nol berarti refrigerannya mempunyai superheat sebesar 12 derajad. ke Kompresor 2oC -10OC Evaporator (j) Hubungan Tekanan dan Suhu Gas, merupakan fenomena yang sangat menarik seperti yang dinyatakan dalam Hukum Charles. Bahwa Tekanan dan suhu gas mempunyai hubungan positip artinya bila suhu gas naik maka tekanannya juga naik demikian pula sebaliknya. Tetapi pada suhu 455 derajad fahrenheit di bawah nol, hubungan itu tidak berlaku lagi. Oleh karena itu suhu sebesar -455oF, disebut sebagai titik nol absolut untuk skala Fahrenheit. Hal ini dilakukan agar tidak bertentangan dengan hukum konservasi energi yang menyatakan bahwa suatu materi tidak dapat dibuat atau dilenyapkan. Bila ditransfer ke skala Celcius maka titik nol absolut menjadi -273oC.
  • 80 Permasalahan 1. Sebuah tangki untuk kompresor udara mempunyai volume 2,5 m3. Tangki berisi udara dengan suhu 40oC. Bila meter tekanan pada tangki menunjukkan 7 bar, tentukan masa udara di dalam tangki? Asumsikan suatu udara ruang mempunyai suhu 28oC (terukur 2. dengan thermometer), dan tekanan saturasi parsial yang diterima oleh uap air yang terkandung di dalam udara tersebut adalah 0,012270 bar. Tentukan suhu titik embun dari udara tersebut? 3. Suhu udara di ruang tertentu terukur dengan thermometer sebesar 30oC. Diketahui suhu titik embun di ruuang tersebut adalah 16oC. Tentukan tekanan saturasi parsial yang diterima oleh uap air yang terkandung di dalam udara ruang tersebut? 4. Tentukan kelembaban absolut udara sampel yang mempunyai suhu titik embunnya 18oC. Anggaplah nilai konstanta gas adalah 461 J/kg.K 5. Tentukan ratio kelembaban suatu udara sampel yang mempunyai suhu 29oC pada tekanan barometer standar. Suhu titik embunnya adalah 12oC
  • 81 PSIKROMETRIK CHART 4 Kerangka Isi 4.1 Pemetaan Psikrometrik Chart 4.2 Pengenalan letak Garis Skala pada chart 4.3 Definisi Istilah dan Pemetaan (plotting) pada Chart 4.4 Cara Membaca Chart 4.5 Perubahan Kondisi Udara Ruang 4.6 Pemanasan udara tanpa Penambahan Uap Air 4.7 Pemanasan dengan Penambahan Uap Air 4.8 Pendinginan tanpa Pengurangan Uap Air 4.9 Pendinginan dengan Pengurangan Uap air 4.10 Percampuran Udara
  • 82 Psychrometric Chart atau Chart psikrometrik merupakan hasil karya jenius peninggalan kakek moyang kita yang berhubungan dengan karakteristik udara. Dengan adanya chart ini maka perencanaan tata udara menjadi lebih sederhana, karena tidak perlu menggunakan hitungan matematis yang rumit. Chart psikrometrik merupakan tampilan secara grafikal sifat thermodinamik udara antara lain suhu, kelembaban, enthalpi, kandungan uap air dan volume spesific. Dalam chart ini dapat langsung diketahui hubungan antara berbagai parameter udara secara cepat dan persisi, baik yang berkaitan dengan sifat fisik udara maupun sifat thermiknya. 4.1 Pemetaan Psikrometrik Chart Cara terbaik memahami psikrometrik chart adalah mengobservasi bagaimana letak dan posisi setiap garis kurva diletakkan atau dipetakan pada psikrometrik chart. Psikrometrik chart menyatakan hubungan antara suhu bola kering, suhu bola basah, suhu titik embun, kelembaban relatif, panas total (entalpi), volume speisifik, kelebaban spesifik, panas sensibel dan panas laten. Anda akan memerlukan banyak fotocopi psikrometrik chart untuk menyelesaiakan masalah-masalah pendingian dan pemanasan yang ada di buku ini. 4.2 Pengenalan letak garis skala pada Chart Gambar 4.1 Tipikal pemetaan garis skala Psikrometrik chart
  • 83 Gambar 4.2 Tipikal pemetaan garis skala Suhu bola kering (DB), Kelembaban Spesifik (specific humidity, w), dan garis saturasi (saturation line) Gambar 4.3 Tipikal Pemetaan garis skala kelembaban relatif atau relative humidity (RH).
  • 84 Gambar 4.4 Tipikal Pemetaan garis skala volume spesifik yang segaris dengan suhu bola basah (wet bulb), suhu titik embun (dew point temperature) dan entalpi. 4.3 Definisi Istilah dan Plotting pada Chart Berikut ini dijelaskan tujuh parameter udara terpenting yang digunakan untuk keperluan perancangan air conditioning. Chart yang digunakan sebagai acuan adalah chart psikrometirk yang disusun oleh Carrier dengan mengacu pada kondisi atmosfir normal. Dry-bulb Temperature (DB) DB adalah suhu udara ruang yang diperoleh melalui pengukuran dengan Slink Psikrometer pada theremometer dengan bulb kering. Suhu DB diplotkan sebagai garis vertikal yang berawal dari garis sumbu mendatar yang terletak di bagian bawah chart. Suhu DB ini merupakan ukuran panas sensibel. Perubahan suhu DB menunjukkan adanya perubahan panas sensibel. Wet-bulb Temperature (WB) WB adalah suhu udara ruang yang diperoleh melalui pengukuran dengan Slink Psikrometer pada theremometer dengan bulb basah. Suhu WB diplotkan sebagai garis miring ke bawah yang berawal dari garis saturasi yang terletak di bagian samping kanan chart. Suhu WB ini merupakan ukuran panas total (enthalpi). Perubahan suhu WB menunjukkan adanya perubahan panas total.
  • 85 Dew-point temperature (DP) Suhu DP adalah suhu di mana udara mulai menunjukkan aksi pengembunan ketika didinginkan. Suhu DP ditandai sebagai titik sepanjang garis saturasi. Pada saat udara ruang mengalami saturasi (jenuh) maka besarnya suhu DB sama dengan suhu WB demikian pula suhu DP. Suhu DP merupakan ukuran dari panas laten yang diberikan oleh sistem. Adanya perubahan suhu DP menunjukkan adanya perubahan panas laten atau adanya perubahan kandungan uap air di udara. Specific Humidity (W) Specific humidity adalah jumlah kandungan uap air di udara yang diukur dalam satuan grains per pound udara. ( 7000 grains = 1 pound) dan diplotkan pada garis sumbu vertikal yang ada di bagian samping kanan chart. Relative Humidity (% RH) % RH merupakan perbandingan jumlah actual dan jumlah maksimal (saturasi) dari uap air yang ada pada suatu ruang atau lokasi tertentu. 100% RH berarti saturasi dan diplortkan menurut garis saturasi. Untuk ukuran yang lebih kecil diplotkan sesuai arah garis saturasi. Enthalpi (H) Enthalpi adalah jumlah panas total dari campuran udara dan uap aire di atas titik nol. Dinyatakan dalam satuan Btu/lb udara. Harga enthapi dapat diperoleh sepanjang skala di atas garis saturasi Specific volume (SpV) Specific volume atau volume spesifik adalah kebalikan dari berat jenis, dinyatakan dalam ft3/lb. Garis skalanya sama dengan garis skala bola basah (wet bulb)
  • 86 4.4 Cara membaca Chart Gambar 4.5 memperlihatkan suatu kondisi udara (titik P) yang parameternya di-plot-kan pada chart psikrometirk yang disederhanakan untuk mempermudah. Bila ada dua parameter yang diketahui maka kedua parameter tersebut diplotkan pada chart sehingga ketemu titik potongnya (misalnya titik P). Kemudian dari titik potong tersebut dapat ditentukan parameter lainnya. Misalkan diketahui suhu bola kering 95oF, dan suhu bola basah 76oF. Dari kedua data ini kita dapatkan titik potong di titik P. Dengan dikethuinya titik potong ini maka data lain yang diperlukan dapat diketahui. Besarnya kelembaban relatif (RH) adalah 42%. Kelembaban psesifik (w) adalah 104,5 g/lb. Volume spesifik (SpV) adalah 14,3 ft3/lb. Suhu titik embun (DP) adalah 68,6oF. Enthalpy (H) adalah 39,55 Btu/lb. Gambar 4.5 Pembacaan Psikrometrik Chart
  • 87 Contoh 4.1 Hasil pengukuran kondisi suatu ruangan dengan slink psychrometer memberikan data sebagai berikut: suhu bola kering 78oF DB, suhu bola basah 65oF WB. Tentukan parameter udara lainnya dengan mengunakan psikrometrik chart. Solusi Mengacu ke Gambar 4.6, pertama-tama tentukan titik potong antara garis 78 DB dan garis 65 DB. Titik tersebut adalah titik P. Dari titik P ikuti garis horisontal ke arah kanan, yaitu skala kelembaban spesifik w = 72 gr/lb. Ikuti garis kemebaban relatif,RH = 50%. Ikuti garis horisontal ke kiri hingga memotong garis saturasi, diperoleh suhu DP = 58oF. Dan ikuti garis entalpi, H = 30,05 Btu/lb. Yang terakhir tentukan volume spesifik, SpV. Titik P berada diantara garis 13,5 dan 14,0, dapat diperkirakan SpV = 13,75 ft3/kg. Dari hasil pem-plot-an kita dapatkan: RH= 50% W = 72gr/lb DP = 58oF H = 30,05 Btu/lb SpV = 13,75 ft3/lb Gambar 4.6 Hasil pemetaan pada Psikrometrik chart contoh 4.1
  • 88 4.5 Perubahan Kondisi Udara Ruang Sistem Tata Udara dapat terdiri dari beberapa proses pengkondisian udara, yaitu proses pemanasan (heating), proses pendinginan (cooling), proses penambahan uap air (humidifying), dan proses pengurangan uap air (dehumidifying). Pengkondisian udara akan merubah kondisi udara, dari kondisi awal menjadi kondisi akhir. Dalam prakteknya, ada enam proses yang lazim dilaksanakan dalam sistem tata udara, yaitu: 1. Proses dengan Panas Sensibel Konstan 2. Proses dengan Panas Laten Konstan 3. Proses dengan Panas Total (entalpi) Konstan atau proses Adiabatik 4. Proses dengan Kelembaban relatif constan 5. Proses tata udara lengkap, kombinasi 6. Proses Pencampuran udara dalam kondisi berbeda Perlu dicatat, bahwa: 1. Garis DB merupakan garis panas sensible konstan 2. Garis DP merupakan garis panas laten konstan 3. Garis WB merupakan garis entalpi (panas total) konstan Berikut ini akan diberikan beberapa tipikal proses pengkondisian udara yang lazim dilakukan melalui ilustrasi contoh-contoh masalah. Perlu diketahui, bahwa psikrometrik chart bukan merupakan instrumen yang meiliki kepresisian tinggi. Ada kemungkinan hasil ploting-nya berbeda antara satu orang dengan orang lainnya. Tetapi dalam banyak kasus, dengan bantuan psikrometrik chart, orang dapat melakukan banyak hal, berkaitan dengan penanganan sistem refrijerasi dan tata udara. 4.6 Pemanasan Udara tanpa Penambahan Uap Air Pemanasan udara ruang tanpa menambah kandungan uap air, berarti proses pengkondisian udara ruang dengan panas laten konstan atau proses atau proses dengan kandungan uap air konstan. Dalam hal ini hanya panas sensibel yang ditambahkan ke udara ruang. Proses ini dapat berupa penggunaan pemanas ruang dengan air atau uap panas yang disalurkan melalui koil pemanas,
  • 89 baik dengan blower ataupun tanpa blower. Proses ini lazim disebut sebagai proses pemanasan-sensibel yang direpresentasikan dengan garis horisontal pada psikrometrik chart, karena kelembaban spesifik udara ruang tidak berubah. Contoh 4.2 Udara ruang dengan kondisi awal 35oF DB dan 80% RH dipanaskan hingga kondisi berubah menjadi 105oFDB. Tentukan WB, DP, RH, dan panas total yang ditambahkan ke dalam udara ruang tersebut? Solusi Lihat Gambar 4.7. Suhu 35 DB di-plot pada titik A dan suhu 105 DB dipetakan pada titik B. Entalpi pada titik A 12,15 Btu/lb dan entalpi pada titik B adalah 29,3 Btu/lb. Dari titik B, diperoleh WB 64oF, dan DP 30oF, dan RH 8% (kira-kira). Untuk menghitung panas total yang diperlukan dalam proses pemanasan ini adalah denganmengurangkan besaran 29,3 Btu/lb dengan 12,16 Btu/lb dan diperoleh H = 17,15 Btu/lb. Gambar 4.7 Hasil Pemetaan pada Psikrometrik Chart Contoh 4.2
  • 90 Contoh 4.3 Kondisi awal, udara yang masuk melewati koil pemanas (heating Coil), adalah oC DB, 16oC WB, melaju dengan volume rata-rata 2kg/detik. Kondisi akhir suhu udara naik menjadi 33oC DB. Petakan proses tersebut pada psikrometrik chart dan tentukan (a) suhu akhir WB, (b) panas sensibel yang dipindahkan dan (c) panas total yang dipindahkan. Solusi Gambar 4.8 memperlihatkan hasil pemetaan prosesnya, Gambar 4.9 merupakan sketsa proses pemanasan sensibel. Gambar 4.8 Pemetaan Proses Pemanasan Sensibel Gambar 4.9 Sketsa Proses Pemanasan Sensibel
  • 91 Dari hasil pemetaan prosesnya (Gambar 4.9), dapat diketahui (a) Kondisi suhu akhir WB adalah 20oC (b) Karena proses pemanasan sensibel maka besaran panas sensibel dan panas total sama, dan dapat ditentukan dengan dua cara, yaitu QS = (2 kg/det)(1 kJ/kg oC)(33-21)oC = 24 kJ/det = 24 kW Dari chart diketahui, besarnya panas sensibel yang dipindahkan per kilogram adalah 57,6 – 4,9 = 12,7 kJ/kg, Jadi untuk 2 kg/s udara, adalah QS = 2 kg/det x 12,7 kJ/kg = 25,4 kJ/s = 25,4 kW. Karena adanya deviasi entalpi, maka hasil kedua cara ada sedikit perbedaan. Tetapi bila deviasi entapi ikut diperhitungkan maka perhitungan kedua cara tersebut akan mendekati sama. QS = 2 Kg/det x {(57,6 – 0,45) – (4,9 – 0,14)} kJ/kg = 24,78 kJ/det = 24,78 kW 4.7 Pemanasan dengan Penambahan Uap Air Pada musim dingin didaerah empat musim, disamping suhu udara rendah kelembaban absolut atau kandungan uap air di udara juga rendah. Sehingga membutuhkan sistem pengkondisian udara, untuk menaikkan suhu dan kelembaban udara pada tingkat yang nyaman. Peralatan Pemanas (heater) yang bagus dilengkapi dengan piranti penambah kelembaban udara (humidifier). Pada peralatan itu memungkinkan menambah uap air secukupnya ke udara ruang untuk mempertahankan kelembaban relatif pada level 20 – 40% RH. Contoh 4.3 Udara ruang 40oF DB dan kelembaban relatif 30%RH, dipanaskan hingga mencapai 105oF DB dan ditambahkan uap air untuk mempertahankan kelembaban relatif tetap berada pada level 30% RH. Tentukan besaran panas yang ditambahkan ke udara per pound dan volume uap air yang harus ditambahkan per pound udara kering.
  • 92 Solusi Mengacu pada Gambar 4.8. dengan memetakan kondisi awal udara ruang pada chart, diperoleh titik A, dengan H1=11,0 Btu/lb; w1=11 gr/lb. Pemetaan kondisi akhir dengan mengikuti garis 30% RH, diperoleh titik B, H2=41,6 Btu/lb; w2=102 gr/lb. Jadi Panas yang ditambahkan = 41,6 – 11 = 30, Btu/lb Uap air yang ditambahkan = 102 – 11 = 91 gr/lb. Ganbar 4.8 Hasil Pemetaan Pada psikrometrik chart Contoh 4.3 4.8 Pendinginan tanpa Pengurangan Uap Air Proses pendinginan tanpa pengurangan uap air disebut pross pendinginan sensibel. Proses ini dapat dilakukan dengan menggunakan koil pendingin yang suhunya di atas suhu titik embun udara DP, tetapi di bawah suhu bola kering DB. Contoh 4.4 Udara mempunyai suhu awal 42oC DB dan 21oC WB, mengalir melalui koil pendingin dengan jumlah 2 kg/detik. Suhu akhir menjadi 24oC DB. Bila suhu koil pendingin 19oC, tentukan panas sensibel yang ditransfer Solusi Gambar 4.9 adalah hasil pemetaan prosesnya pada chart dan gambar 4. 10 adalah sketsa proses pendingian sensibel
  • 93 Gambar 4.9 Sketsa Proses Pendinginan Sensibel Gambar 4.10 Pemetaan proses pendinginan sensibel Panas sensibel yang ditransfer adalah QS = (2 kg/detik)(1 kJ/kg.oC)(42-24)oC = 36 kJ/det.
  • 94 4.9 Pendinginan dengan Pengurangan Uap Air Pendinginan dan proses pengurangankandungan uap air berlangsung secara simultan dalam suatu proses pengkondisian udara, ketika udara yang akan dikondisi disalurkan lewat koil pendingian yang mempunyai suhu permukaan di bawah suhu titik embun (DP) udara. Contoh 4.5 4 kilogram udara, suhu awal 30oC DB dan 21oC WB, disalurkan ke koil pendingin, di mana suhu efektif permukaan koil adalh 10oC. Anggaplah semua bagian udara mengalami kontak langsung dengan permukaan koil sehingga udara yang meninggalkan koil mengalami saturasi pada suhu permukaan koil. Petakan proses tersebut pada chart, dan tentukan; (a) Panas total yang diambil dari udara per kilogram udara kering, (b) panas sensibel yang diambildari udara kering per kilogram, (c) panas laten yang diambil dari udara kerin per kilogram, (d) masa uap air di udara yang mengembun dalamkilogram per detik. Solusi Gambar 4.11 adalah sketsa proses pendingian dengan pengurangan uap air, dan gambar 4.12 adalah pemetaan prosesnya pada chart. Gambar 4.11 Sketsa Proses Pendingian dan pengurangan uap air
  • 95 Gambar 4.12 Pemetaan proses pendingian dengan pengurangan uap air Berdasarakan anggapan awal bahwa semua bagian udara dapat kontak langsung dengan perlukaan koil, kemudian didinginkan secara langsung dan progresif dari kondisi awal menuju ke kondisi akhir. (a) Panas total QT adalah QT = ( 1) kg x (60,78 – 29,35) kJ/kg = 31,43 kJ/kg (b) Panas sensible QS adalah QS = (1) kg x (1) kJ/kg.oC x (30-10)oC = 20 kJ/kg (c) Panas laten QL adalah QL = 31,43 kJ/kg – 20 kJ/kg = 11,43kJ/kg (d) masa uap air yang mengembun adalah M = (4) kg/det x (0,012 – 0,0077) kg/kg = 0,0172 kg/det Atau 17,2 gr/detik
  • 96 4.10 Pencampuran Udara Salah satu proses sering dijumpai dalam proses psikrometrik adalah percampuran dua atau lebih aliran udara yang mempunyai kondisi berbeda. Dalam kasus ini, kondisi akhir campuran udara ini ditentukan oleh keseimbangan masa-energi. Sebagai contoh, perhatikan Gambar 4.13. Sejumlah udara, satu dengan kondisi A dan satu lagi dengan kondisi B, dicampur sehingga kondisiberubah menjadi C. Gambar 4.13 Ilustrasi Percampuran Udara Sudah dapat dipastikan, dalam percampuran udara ini maka masa total yang dimiliki oleh kondisi C, yaitu percampuran kondisi A dan kondisi B,adalah mc = ma+ mb, demikian juga entalpinya, Hc = Ha+Hb, dan (mc)(wc) = (ma)(wa) + (mb)(wb). Panas sensibel pada setiap kondisi, adalah HSc = (mc)(cp)(Tc) HSa = (ma)(cp)(Ta) HSb = (mb)(cp)(Tb) Di dapatkan, (mc)(cp)(Tc) = (ma)(cp)(Ta) + (mb)(cp)(Tb) (ma)(Ta ) + (mb)(Tb) (ma )( wa ) + (mb)( wb) Tc = atau wc = (4 mc mc
  • 97 Contoh 4.6 Dua puluh kilogram udara, 27oC DB mempunyai ratio kelebaban 0,010 kg/kg dicampur dengan sepuluh udara lainnya, 35oC DB yang memiliki ratio kelembaban 0,020 kg/kg. Tentukan kondisi akhir hasil percampuran udara tersebut. Solusi (10)kg (35) o C + (20)kg (27) o C Tc = = 29,67 o C (20 + 10)kg (10)kg (0,020)kg / kg + (20)kg (0,010)kg / kg wc = = 0,0133 kg/kg (20 + 10)kg Soal Latihan 1. Tentukan besarnya suhu titik embun, suhu bola basah dan kandungan uap air nya bila diketahui Suhu bola kering di suatu ruang : 30 derajad dan kelembabannya 60% RH. 2. Tentukan besarnya suhu titik embun, suhu bola basah dan kandungan uap air nya bila diketahui Suhu bola kering di suatu ruang : 30 derajad dan kelembabannya 90% RH 3. Tentukan besarnya kandungan uap air dalam gr/kg pada suatu ruang yang mempunyai suhu Suhu bola kering di suatu ruang : 30 derajad dan kelembabannya 60% RH. 4. Tentukan besarnya kandungan uap air dalam grain/kg pada suatu ruang yang mempunyai suhu Suhu bola kering di suatu ruang : 30 derajad dan kelembabannya 90% RH 5. Suatu ruang mempunyai data sebagai berikut : suhu bola kering 83 Db dan suhu bola basah 60 WB. Tentukan : (a) Enthalphy, (b) Ratio Humiditas, (c) Suhu titik embun, (d) kelembaban relatif (e) Derajad saturasi
  • 98 REFRIJERAN DAN SISTEM KOMPRESI GAS 5 Kerangka Isi 5.1 Masalah Lingkungan 5.2 Klasifikasi Refrijeran 5.3 Refijeran yang Ramah Lingkungan 5.4 Sistem Refrijerasi 5.5 Pengontrolan Suhu Penguapan Refrijeran 5.6 Evaporasi Terus-menerus 5.7 Siklus Ulang Refijeran 5.8 Tipikal Sistem Kompresi Gas 5.9 Service Valve 5.10 Pembagian Sistem 5.11 Kondensing Unit 5.12 Pengaruh Tekanan liquid terhadap Suhu Evaporasi 5.13 Pengaruh Tekanan gas terhadap Suhu Kondensasi 5.14 Siklus Refrijen 5.15 Tipikal Proses Aktual
  • 99 Proses pendinginan atau refrigerasi pada hakekatnya merupakan proses pemindahan energi panas yang terkandung di dalam ruangan tersebut. Sesuai dengan hukum kekekalan energi maka kita tidak dapat menghilangkan energi tetapi hanya dapat memindahkannya dari satu substansi ke substansi lainnya. Untuk keperluan pemindahan energi panas ruang, dibutuhkan suatu fluida penukar kalor yang selanjutnya disebut Refrigeran. Untuk keperluan mesin refrigerasi maka refrigeran harus memenuhi persyaratan tertentu agar diperoleh performa mesin refrigerasi yang efisien. Disamping itu refrigeran juga tidak beracun dan tidak mudah terbakar. Oleh karena itu, pada masa lalu pemilihan refrigeran hanya didasarkan atas sifat fisik, sifat kimiawi dan sifat thermodinamik. Sifat- sifat tersebut dapat memenuhi persyaratan refrigerant, yaitu : - Titik penguapan yang rendah - kestabilan tekanan - Panas laten yang tinggi - Mudah mengembun pada suhu ruang - Mudah bercampur dengan oli pelumas dan tidak korosif - Tidak mudah terbakar - Tidak beracun 5.1 Masalah Lingkungan Diantara berbagai jenis refrijeran yang ada, jenis yang paling terkenal adalah refrigeran yang dikenal dengan nama CFC ( klorofluorokarbon) yang ditemukan oleh seorang peneliti berkebangsaan Amerika yang bernama “Thomas Midgely” dari General Motor pada tahun 1928. Pada awalnya CFC tersebut digunakan sebagai bahan pendingin generator sebagai pengganti amonia. Tetapi pada tahap berikutnya digunakan sebagai refrigeran. Sebagai refrijeran CFC merupakan bahan kimia yang unik dan ajaib. Karena disamping mempunyai sifat thermodinamik yang bagus juga tidak beracun dan tidak mudah terbakar. Oleh karena itu pemakaian CFC lebih menguntungkan dibandingkan dengan jenis lainnya. Tetapi setelah mengabdi pada kehidupan manusia selama lebih setengah abad, CFC harus menerima kenyataan dihapuskan dari peredarannya karena terbukti tidak ramah lingkungan yakni merusak lapisan ozon di stratosfir dan mempunyai kontribusi tinggi terhadap efek pemanasan global.
  • 100 Karena perusakan lapisan ozon dirasa semakin membesar, maka pada tahun 1989 diadakan kesepakatan untuk mempercepat penghapusan pemakaian CFC melalui kesepakatan internasional yang diratifikasi oleh 36 negara di acara besar yang dikenal dengan : “Protokol Montreal”. Selanjutnya pada tahun 1990 pada pertemuan di London, disepakati untuk menghapus CFC hingga tahun 2005. Indonesia termasuk salah satu dari 137 negara yang ikut meratifikasi Protokol Monteral pada tahun 1992 dengan bersedia menghapus komsumsi CFC mulai tahun 1997. Sejak itu dimulailah era perburuan refrigeran alternatif yang dapat menggantikan CFC. Dengan bantuan dana dari MMF yaitu dana multilateral dari Protokol Montreal, mulai 1992 dicanangkan program penghapusan CFC. Pada tahap pertama (tahun 1992/1993), MMF telah dapat merekomendasikan dua jenis refrigeran yaitu : HCFC-22 dan HFC-134a. Pada tahap berikutnya periode 1993/94 penggunaan isobutan atau yang dikenal dengan HC-600a sebagai blowing agent diusulkan sebagai refrigeran alternatif dan akhirnya usulan ini mendapat rekomendasi oleh MMF. 5.2 Klasifikasi Refrigeran Menurut sifat penyerapan dan ekspansi panas yang dapat dilakukannya maka refrigeran dapat di bagi menjadi 2 kelasifikasi yaitu : Kelas 1 : Refrigeran yang termasuk dalam kelasifikasi ini adalah refrigeran yang dapat memberikan efek pendinginan dengan menyerap pansa laten dari substansi yang didinginkan. Refrigeran yang termasuk dalam kelas ini ada beberapa jenis yang diperlihatkan dalam tabel 1. Refrigeran ini banyak digunakan pada unit refrigerasi kompresi uap. Kelas 2 : Refrigeran yang termasuk dalam klasifikasi ini adalah refrigeran yang hanya dapat menyerap panas sensibel dari substansi yang didinginkannya. Yang termasuk dalam kelasifikasi ini antara lain : udara, cairan calsium klorida , cairan sodium klorida dan alkohol.
  • 101 Tabel 5.1 Karakteristik Refrigeran klasifikasi 1 Titik penguapan Panas laten Dalam oF Jenis Refrigeran penguapan BTU/lb sulfur Dioksida 14 172,3 Metil klorida - 10,6 177,8 Ethil Klorida 55,6 177,0 amonia -28,0 554,7 Carbon Dioksida -110,5 116,0 Isobutan 10,0 173,5 CFC - 11 74,8 78,31 CFC - 12 -21,7 71,04 CFC - 13 -114,6 63,85 CFC - 21 48,0 104,15 HCFC - 22 -41,4 100,15 CFC - 113 117,6 63,12 CFC - 114 38,4 58,53 CFC - 115 -37,7 54,1 HCFC - 502 -50,1 76,46 Sifat yang dimiliki oleh refrigerant klas 1: - Sulfur Dioksida, tidak direkomendasikan sebagai refrigeran karena beracun dan mempunyai bau yang menyengat. - Metil Klorida, mudah terbakar dan sedikit beracun. - Amonia, banyak digunakan pada mesin refrigerasi berskala besar karena sifat panas latennya yang sangat tinggi, 555 BTU/Lb. Sehingga dengan dengan ukuran mesin yang kecil tetapi dapat menghasilkan efefk refrigerasi yang besar. Amonia tidak berwarna tetapi mempunyai bau menyengat, tetapi mudah larut dalam air. Disamping itu mudah terbakar dan meledak bila bercampur dengan udara dalam proporsi tertentu. Oleh karena itu diperlukan sistem pemipaan yang kuat dan kokoh. Tekanan kerja kondensing unitnya dapat mencapai 115 sampai 200 Psi dari jenis water cooled condenser. Untuk mendeteksi adanya kebocoran gas biasanya digunakan kertas khusus yang disebut : Phenolphathalein paper. Kertas ini bila terkena gas amonia akan berubah warna menjadi pink.
  • 102 - Carbon Dioksida, banyak digunakan pada keperluan industri dan kapal laut. Meskipun berbahaya bila terhirup oleh manusia, tetapi gas ini mempunyai tekanan kondensing yang tinggi (1000 Psi) maka menguntungkan dari segi penyediaan kompresornya, yakni ukuran kompresornya menjadi kecil disamping itu tidak mudah terbakar, tidak beracun dan tidak mudah terbakar. - Keluarga CFC, merupakan keluarga refrigeran yang paling banyak pemakainya. Mulai untuk keperluan rumah tangga sampai keperluan komersial dan industrial. Refrigeran ini mempunyai segala sifat yang disyaratkan di atas kecuali satu yaitu tidak ramah lingkungan, karena merusak ozon dan mempunyai kontribusi tinggi terhadap pemanasan global. CFC-11, digunakan pada mesin yang bertekanan rendah dengan kompresor sentrifugal, untuk keperluan water chiller. CFC-12, digunakan untuk keperluan domestik sampai komersial. HCFC-22, digunakan khusus untuk keperluan AC ruang, karena sifat thermodinamiknya yang bagus sehingga dapat memperkecil ukuran mesinnya. HCFC-502, merupakan campuran asetropika antara : 48% CFC-12 dan 52% CFC-115. Banyak digunakan pada instalasi supermarket untuk display cabinet dan pengawetan makanan. 5.3 Refrigeran Alternatif yang Ramah Lingkungan Sebenarnya keluarga hidrokarbon seperti propane dan isobutane sudah diperkenalkan sebagai refrigeran sejak tahun 1916, karena senyawa ini memiliki sifat thermodinamik yang sangat bagus tetapi sayangnya ia mudah terbakar. Oleh karena itu pamornya langsung saja tenggelam ditelan masa dengan ditemukannya keluarga CFC pada tahun 1930. Keluarga CFC-refrigeran yang ditemukan 60 tahun silam, merupakan refrigeran yang mempunyai sifat unik. Disamping mempunyai sifat thermodinamik yang bagus juga tidak beracun dan tidah mudah terbakar. Tetapi setelah mengabdi pada kehidupan manusia selama setengah abad lebih, dominasi keluarga CFC di pasaran refrigeran, harus menerima kenyataan pahit, yaitu dihapuskan dari peredarannya karena telah terbukti bahwa kandungan klorin mempunyai kontribusi tinggi terhadap perusakan lapisan ozon dan pemanasann global. Oleh karena
  • 103 itu perlu difikirkan penggunaan refrigeran alternatif yang ramah lingkungan. Saat ini telah ditemukan beberapa refrigerant yang dapat digunakan sebagai pengganti CFC. Refrigeran alternatif tersebut diambilkan dari keluarga HFC (hidrofluorokarbon) dan HC (hidrokarbon) serta carbondioksida. Dari hasil penelitian para ahli kita yang sudah dipublikasikan, dapat diketahui bahwa keluarga HFC mempunyai sifat thermodinamik yang sama dengan keluarga CFC. Disamping itu HFC mempunyai kandungan toksisitas (racun tubuh) yang juga rendah dan juga tidak mudah terbakar. Karena memerlukan penelitian yang mendalam dalam pengembangan produknya tentu saja memerlukan biaya yang besar. Oleh karena itu harga keluarga HFC menjadi mahal bila dibandingkan dengan CFC. Selain itu walaupun kontribusi terhadap perusakan ozon nihil (0), tetapi HFC masih memiliki kontribusi terhadap pemanasan global sebesar 0,285. Oleh karena itu HFC tidak dapat diharapkan menjadi refrigeran masa depan. Sebenarnya HCFC-22 atau R22 sebagai refrigeran alternatif juga memberikan peluang cukup besar karena kontribusi terhadap perusakan ozon relatif sangat kecil (0,05) dan kontribusinya terhadap efek rumah kaca sebesar 0,37. Tetapi pemakaian bahan ini sebagai refrigeran masa depan juga tidak dapat direalisasikan. Tabel 5.2 Karakteristik CFC, HFC dan HC Refrigeran Suhu Tekanan Uap Tekanan Uap Enthalpi uap 0C Bar (550C) Bar (-250C) Jenis KJ/kg CFC-12 - 29,8 13,7 1,24 120,9 HFC-134a - 26,2 14,8 1,06 153 HCFC22 - 40,7 - - 159,8 HC-600 - 0,5 5,6 0,36 306 HC-600a - 11,7 7,8 0,59 209,6 HC-290 - 42,1 19,1 2,0 290
  • 104 Soal Latihan 1. Apa fungsi refrigerant di dalam sistem refrgerasi kompresi uap? 2. Sebutkan kelebihan sistem kompresi uap dibandingkan dengan sistem absorbsi? 3. Jelaskan maksud refrigeran yang ramah lingkungan? 4. Jelaskan sifat thermodinamik R12 dan R134a 5. Jelaskan arti saturasi, super heat dan sub cooled? 6. Sebutkan jenis refrigeran yang mudah terbakar? 7. Bagaimana bila tangan kita terkena semprotan refrigerant dalam wujud liquid? 8. Tindakan apa yang harus segera dilakukan bila kita terkena liquid refrigerant 9. Jelaskan arti dari istilah ODP 10. Identifikasi wujud refrigerant dalam kondisi berikut: 6 0C, tekanan 40 psi : - R12, suhu 9 0C, tekanan 40 psi : - R12, suhu 44 0C, tekanan 125 psi : - R12, suhu 10 0C, tekanan 535 psi : - R22, suhu -10 0C, tekanan 37 psi : - R22, suhu
  • 105 5.4 Sistem Refrijerasi Untuk memperoleh efek refrigerasi atau pendinginan dapat dilakukan dengan mudah yaitu dengan menggunakan es. Pendinginan dengan es sudah dlakukan orang sejak jaman dahulu. Gambar 5.1 memperlihtakan suatu cara sederhana untuk mendapatkan efel pendinginan pada suatu kabinet. Rak es Gambar 5.1 Sebuah Refrigerator sederhana. Es balok ditempatkan dalam suatu rak khusus yang dilengkapi dengan pembuangan air, digunakan sebagai medium pendinginan. Sirkulasi udara di dalam almari berlangsung secara alami. Proses pemindahan panas berlangsung antara es dan udara yang ada di dalam refrijerator. Es menerima energi panas dari udara, suhu udara turun. Es mengalami pemanasan sehingga suhunya naik dan mencair menjadi air, dan dibuang ke luar melalui saluran pembuangan.
  • 106 Gas refrijeran Gambar 5.2 Sebuah Refrigerator sederhana. Liquid refrijeran ditempatkan dalam suatu kontainer khusus Liquid refrijeran, yang dilengkapi dengan -29 oC lubang angin untuk menyalurkan gas refijeran ke udara luar.. Sirkulasi udara di dalam almari berlangsung secara alami. Efek refrigerasi diperoleh dengan cara menguapkan liquid refrijeran yang ditempatkan di dalam refrijerator. Karena refrijeran (R134a) berada di bawah tekanan atmosfir normal (1,0132 bar), maka kondisi saturasi refrijeran dicapai pada suhu -29,8oC. Penguapan pada suhu rendah ini, menyebabkan refrijeran dapat menyerap panas udara ruang dengan cepat. Panas yang diserap melalui penguapan liquid refrijeran akan dibuang keluar ruang melalui lubang angin oleh gas refrijeran. Efek pendinginan akan berlangsung terus hingga liquid refrijeerannya habis. Kontainer yang digunakan untuk menyimpan liquid refrijeran disebut evaporator. Evaporator adalah salah satu bagian penting dalam sistem refrijerasi kompresi mekanikal. 5.5 Pengontrolan Suhu Penguapan Refrijeran Suhu penguapan refrijeran cair di dalam evaporator dapat diatur dengan mengontrol tekanan refrijeran gas yang berada dibagian atas refrijeran cair, atau dengan kata lain mengontrol laju kecepatan refrijeran gas yang keluar dari evaporator. Sebagai contoh, perhatikan Gambar 5.3. Katakanlah sebuah katub manual dipasang pada lubang atau saluran pengeluaran gas dan ditutup sebagian, sehingga refrijeran gas tidak dapat bebas keluar dari evaporator. Refrijeran gas akan terkumpul di atas refrijeran cair, menyebabkan tekanan pada evaporator naik
  • 107 sehingga tekanan saturasi refrijeran juga naik, misalnya menjadi 3,0861 bar dan suhu saturasi refrijeran dicapai pada suhu 0oC. Dengan mengatur posisi katub untuk mengatur laju aliran refrijeran gas dari evaporator, memungkinkan mengontrol tekanan refrijeran gas yang ada di atas refrijeran cair. Dengan demikian suhu penguapan refrijran cair dapat diatus mulai dari suhu -29,8oC hingga ke suhu ruang. Bila suhu penguapan refrijeran cair sama dengan suhu ruang, misalnya 5oC, maka penguapan refrijeran cair berhenti, dan efek pendinginan juga berhenti. Bila dikehendaki suhu penguapan refrijeran cair berada di bawah suhu saturasi pada tekanan atmosfir, maka perlu menurunkan tekanan pada evaporator di bawah tekanan atmosfir. Hal ini dapat dicapai dengan menggunakan pompa gas seperti diperlihatkan Gambar 5.3. Dengan cara ini, penguapan refrijeran cair dapat berlangsung pada suhu sangat rendah. sesuai dengan hubungan tekanan-suhu yang diberikan pada Tabel 5. Gambar 5.3 Tekanan refrijeran di evaporator diturunkan hingga mencapai tekanan di bawah atmosfir, dengan Pompa Gas menggunakanpompa gas.
  • 108 5.6 Evaporasi Terus-menerus Untuk memperoleh evaporasi refrijeran cair di evaporator secara terus- menerus, maka diperlukan catu refrijeran cair ke evaporator secara terus-menerus pula. Salah satu cara untuk mendapatkan catu refrijeran cair secara terus-menerus ke evaporator dengan menggunakan katub pelampung, seperti yang diperlihatkan pada gambar 5.4. Aksi katub pelampung adalah menjaga level refrijeran cair di evaporator tetap konstan dengan mengatur jumlah refrijeran cair yang masuk ke evaporator dari tangki tandon, disesuaikan dengan laju penguapan refrijeran. Bila laju penguapan berlangsung lebih cepat maka katub pelampung juga akan membuka lebih besar, sehingga semakin banyakrefrijeran cair masuk ke evaporator. Pelampung Tanki Tandon Katub jarum Refrijeran cair tekanan rendah Gambar 5.4 Pasangan katub pelampung, akan menjaga level refrijeran cair di evaporator tetap konstan.
  • 109 Refrijeran gas Tanki Tandon tekanan rendah Campuran Refrijeran cair dan gas tekanan rendah Gambar 5.5 Tipikal koil evaporator yang dilengkapi dengan katub ekspansi thermal atau thermostatic expansion valve Piranti pengatur aliran refrijeran seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 5.4, disebut pengontrol aliran refrijeran (Refrigerant flow control). Refrigerant control ini meruapakan bagian penting dalam sistem refrijerasi mekanik. Refrigeant control seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 5.4, yaitu tipe pelampung, jarang digunakan orang karena alasan kepraktisan. Jenis yang banyak dipakai hingga saat ini adalah katub ekspansi thermal. Diagram alir dari katub ekspansi thermal diperlihatkan dalam gambar 5.5.
  • 110 5.7 Siklus Ulang Refrijeran Untuk alasan ekonomi, maka tidak praktis membuang refrijeran gas ke udara bebas. Disamping boros, cara membuang refrijeran gas ke udara bebas juga dapat mencemari udara atmosfir. Untuk mengatasi hal itu, maka refrijeran yang menguap (evaporasi) di evaporator tidak lagsung dibuang ke udara atmosfir, tetapi dikumpulkan lagi, dihisap oleh kompresor dan selanjutnya dipampatkan atau dinaikkan tekanannya agar suhu refrijeran gas mencapai titik tertentu (di atas suhu lingkungan) dan kemudian diembunkan (kondensasi) kembali agar kembali ke wujud cair dan siap diuapkan lagi di evaporator. Dengan cara ini, tidak diperlukan lagi tanki tandon untuk mencatu refrijeran cair dan disamping itu diperoleh penghematan yang sangat luar biasa. Untuk keperluan proses kondensasi refrijeran gas, diperlukan satu kontainer khusus untuk mengembunkan refrijeran gas, yaitu condenser. Gas, suhu dan Refrigerant gas tekanan rendah dan cair tekanan rendah Refrijeran cair, tekanan dan suhu tinggi Refrigerant gas dan cair tekanan rendah Refrijeran gas, Refrigerant gas Refrijeran cair, tekanan dan suhu dan cair tekanan dan suhu tinggi tekanan tinggi tinggi Gambar 5.6 Siklus Ulang refrijeran di dalam Sistem mekanik
  • 111 5.8 Tipikal Sistem Kompresi Gas Sistem Kompresi Gas merupakan mesin refrigerasi yang berisi fluida penukar kalor (refrigeran) yang bersirkulasi terus menerus. Selama bersirkulasi di dalam unitnya maka refrigeran tersebut akan selalu mengalami perubahan wujud dari gas ke liquid dan kembali ke gas. Proses tersebut berlangsung pada suhu dan tekanan yang berbeda, yaitu tekanan tinggi dan pada tekanan rendah. Tekanan tinggi diperoleh karena adanya efek kompresi, yang dikerjakan oleh kompresor. Oleh karena itu sistem refrijerasi ini lazim disebut sebagai sistem kompresi gas. Gambar 5.7 memperlihatkan diagram alir suatu sistem kompresi gas sederhana. Sesuai dengan proses yang terjadi di dalam siklus refrigeran maka sistem refrigerasi kompresi gas mempunyai 4 komponen utama yang saling berinteraksi satu sama lain, yaitu : Evaporator untuk proses evaporasi liquid refrigeran. Kompresor untuk meningkatkan tekanan gas refrigeran. Kondenser untuk proses kondensasi gas refrigeran. Katub ekspansi untuk menurunkan tekanan liquid refrigeran yang akan di masuk ke evaporator. Adanya gangguan pada salah satu komponen dapat menggagalkan efek refrigerasi. Gambar 5.7 Diagram Alir sistem Kompresi Gas
  • 112 Evaporator (1), menyediakan transfer panas melalui luas permukaannya, sehingga panas yang terkandung di udara dan produk makanan yang ada di dalam ruang dapat diserap oleh penguapan refrijeran cair yang mengalir di dalam koil evaporator. Suction line (2) adalah saluran yang terletak pada sisi tekanan rendah kompresor, untuk menyalurkan refrijeran gas bertekanan rendah dari evaporator menuju ke katub hisap kompresor. Compressor (3) merupakan jantung sistem refrijerasi kompresi gas, berfungsi menghisap refrijeran gas dari evaporator dan menaikkan suhu dsn tekanan refrijeran ke suatu titik di mana refrijeran gas akan mengembun dengan mudah pada kondisi normal media kondensasinya. Discharge line (4) adalah saluran yang terletak pada sisi tekanan tinggi kompresor, untuk menyalurkan refrijeran gas bertekanan dan bersuhu tinggi dari katub tekan kompresor menuju ke kondeser. Condensor (5) menyediakan transfer panas melalui luas permukaannya, sehingga energi panas yang yang terkandung dalam refrijeran dapat dipindahkan ke media kondensasi. Receiver Tank (6), sebagai tempat penyimpanan atau pengumpulan refrijeran cair yang sudah mengembun di kondensor, sehingga catu refrijeran cair ke evaporator dapat dijaga konstan sesuai keperluan. Liquid line (7) adalah saluran yang terletak pada sisi masuk katub ekspansi, untuk menyalurkan refrijeran cair dari receiver tank ke refrigerant control. Refrigerant control (8) berfungsi untuk mengatur jumlah refrijerant cair yang akan diuapkan di evaporator dan untuk menurunkan tekanan refrijeran cair yang masuk ke evaporator, sehingga refrijeran cair dapat diuapkan pada suhu rendah sesuai yang diinginkan. 5.9 Service Valve Pada sisi hisap (suction) dan sisi tekan (discharge) kompresor biasanya dilengkapi dengan katub khusus untuk keperluan pemeliharaan atau service operation. Demikian juga pada sisi keluar (outlet) dari tanki tandon (receiver tank). Sesuai dengan letaknya, disebut Suction Service valve (SSV), diacharge service valve (DSV), dan Liquid receiver service valve (LRSV). Receiver pada sistem yang besar, biasanya dilengkapi dengan shut-off valve pada kedua sisinya. 5.10 Pembagian Sistem Sesuai dengan tekanan operasi pada sistem bekerja, Sistem refrijerasi kompresi gas dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu bagian sisi tekanan rendah dan sisi tekanan tinggi. Sisi tekanan rendah meliputi evaporator,
  • 113 katub ekspansi dan saluran sucton. Tekanan yang diterima oleh refrijeran yang berada pada sisi ini adalah tekanan rendah, di mana refrijeran akan menguap di evaporator. Tekanan pada sisi ini lazim disebut sebagai tekanan evaporasi, tekanan suction dan tekanan balik. Pada saat dilakukan pekerjaan service, tekanan rendah ini biasanya diukur dengan menggunakan counpond gauge yang dipasang pada suction service valve. Sedang sisi tekanan tinggi,mencakup kompreosr, kondensor, saluran gas panas dan receiver tank. Tekanan yang diterima oleh refrijeran yang berada pada sisi ini adalah tekanan tinggi, di mana refrijeran akan mengembun di kondenser. Tekanan pada sisi ini lazim disebut sebagai tekanan kondensasi, discharge pressure dan head pressure. Pada saat dilakukan pekerjaan service, tekanan tinggi ini biasanya diukur dengan menggunakan pressure gauge yang dipasang pada discharge service valve. Titik pembagi antara tekanan tinggi dan tekanan rendah adalah katub ekspansi, di mana tekanan refrijeran akan diturunkan dari tekanan kondensasi ke tekanan evaporasi. 5.11 Condensing unit Dalam prakteknya, untuk memudahkan dalam hal desain dan perakitan sistem refrijerasi kompresi gas, susunan kompresor, hot gas line, condensor dan receiver tank serta penggerak kompresor biasanya motor listrik satu fasa atau tiga fasa, disusun dalam satu kesatuan unit, dan lazim disebut sebagai condensing unit. Gambar 5.8 memperlihatkan tipikal condensing unit, dengan kompresor hermetik. Gambar 5.8 Tipikal Air Cooled Condensing Unit, system hermetic
  • 114 5.12 Pengaruh Tekanan Liquid terhadap Suhu Evaporasi Refrigeran Besarnya tekanan liquid refrigeran pada sistem kompresi gas akan menentukan besarnya suhu liquid mencapai titik penguapannya. Oleh karena itu dalam sistem kompresi gas penentuan besarnya tekanan liquid refrigeran yang disalurkan ke bagian evaporator memegang peranan penting dalam upaya memperoleh suhu evaporasi yang diinginkan. Dalam sistem kompresi gas pengaturan tekanan liquid refrigeran yang akan diuapkan di evaporator dilakukan melalui katub ekspansi. Untuk mengetahui hubungan tekanan dan suhu refrigeran dalam kondisi saturasi dapat dilihat dalam Tabel 1. Dalam sistem kompresi gas, biasanya suhu evaporasi normal dibuat dengan ketentuan sebagai berikut 90C di bawah suhu ruang yang diinginkan. Sebagai contoh, suatu ruang pendingin (coldroom) diinginkan mampu memelihara suhu konstan sebesar 0 0C, maka suhu evaporasinya harus diatur agar dapat mencapai -9 0C. Dalam kasus tersebut tekanan liquid refrigeran jenis R-12 di evaporator harus dapat mencapai 1.27 bar gauge. Bila mengunakan R-502 maka tekanan liquid refrigerannya harus dapat mencapai 3,32 bar gauge. Bila suhu ruang diinginkan mencapai -18 0C, maka tekanan liquid refrigeran R-502 adalah 1.25 psi gauge. Oleh karena itu karakteristik tekanan- suhu masing-masing refrigeran yang ada di tabel 1 harus dipahami dengan benar. Untuk mendeteksi tekanan evaporasi dapat dilakukan melalui pengukuran tekanan pada sisi suction kompresor.
  • 115 Tabel 5.1 Hubungan antara Suhu dan Tekanan Refrigeran dalam kondisi Jenuh Suhu R12 R22 R502 0C PSI PSI PSI - 30 -0,3 9 14 - 20 7,2 21 28 - 18 9,0 24 31 - 16 11 27 34 - 14 13 30 38 - 12 15 33 41 - 10 17 37 45 -6 29 44 50 0 30 57 68 5 38 70 82 6 40 73 85 7 41 75 88 10 47 84 97 15 57 100 114 20 68 117 133 25 80 137 154 30 93 158 177 36 111 187 207 40 125 208 229 45 146 242 264 50 162 267 290 55 188 308 332 60 207 337 363 5.13 Pengaruh tekanan Gas terhadap Suhu Kondensasi Refrigeran Bila gas refrigeran didinginkan maka akan terjadi perubahan wujud atau kondensasi ke bentuk liquid. Tetapi yang perlu mendapat perhatian kita adalah titik suhu embun atau kondensasi gas refrigeran tersebut juga ditentukan oleh tekanan gasnya. Pada sistem kompresi gas, maka gas refrigeran dari sisi hisap dikompresi hingga mencapai tekanan discharge pada titik tertentu dengan tujuan bahwa gas panas lanjut (superheat)
  • 116 tersebut dapat mencapai titik embunnya dengan pengaruh suhu ambien di sekitarnya. Misalnya almari es. Untuk sistem yang berskala besar maka untuk mendinginkan gas superheat ini digunakan air atau campuran air dan udara paksa. dari pengalaman, agar diperoleh performa yang optimal dari mesin refrigerasi kompresi gas maka suhu kondensasinya diatur agar mempunyai harga 6 sampai 17 derajad celsius di atas suhu ambien, tergantung dari suhu evaporasinya. Tabel 2 memperlihatkan penentuan tekanan kondensasi untuk berbagai kondisi suhu evaporasi. Tabel 5.2. Patokan Penentuan Suhu Kondensasi Suhu Evaporasi Suhu Kondensasi Suhu Kondensasi (Air Cooled Condenser) (Water Cooled Condenser) Suhu ambien + 9 0C Suhu air + 6 0C - 18 sampai -23 Suhu ambien + 11 0C Suhu air + 8 0C - 10 sampai -17 Suhu ambien + 14 0C Suhu air + 11 0C - 4 sampai - 9 Suhu ambien + 17 0C Suhu air + 14 0C di atas - 3 Berdasarkan patokan di atas, maka suhu dan tekanan kondensasi dapat ditentukan dengan cepat dan akurat. Contoh 5.1 Suatu frozen cabinet dengan R-12, mempunyai suhu evaporasi -180C. Suhu ambiennya 250C. Maka berdasarkan tabel 2, suhu kondensasinya harus dapat mencapai 250C + 9 0C = 340C. Sehingga tekanan kondensasinya harus dapat mencapai 7,05 barg.
  • 117 5.14 Siklus Refrigeran Dalam sistem kompresi uap refrigeran bersirkulasi di dalam sistem pemipaan secara tertutup. Dalam satu siklus terdapat 4 proses utama yaitu : 1. Proses Evaporasi 2. Proses Kompresi 3. Proses Kondensasi 4. Proses Ekspansi Gambar 5.9. Siklus Refrigeran Evaporator dan Efek Evaporasi Liquid refrigeran yang dialirkan ke evaporator mempunyai suhu titik uap yang sangat rendah pada tekanan atmosfir, sehingga memungkinkan menyerap panas pada suhu yang sangat rendah. Koil evaporator menampung liquid refrigeran yang kemudian menguap walaupun suhu udara sekitarnya sangat rendah. Proses penguapan refrigeran di evaporator ini akan menyerap energi panas dari substansi dan udara
  • 118 yang ada di sekitarnya sehingga menimbulkan efek pendinginan. Selanjutnya gas refrigeran ini dihisap oleh kompresor. Gambar 5.10 Efek Evaporasi di Evaporator Kompresor dan Efek Kompresi Sistem refrigerasi kompresi gas merupakan siklus tertutup, maka kondisi keseimbangan akan selalu tercipta setiap saat. Refrigeran yang menguap di evaporator yang bersuhu rendah tidak dibuang tetapi langsung dihisap lagi oleh kompresor dan selanjutnya dikompresi hingga suhu dan tekanannya dinaikkan pada titik tertentu sesuai jenis refrigerannya. Bila kompresor menghisap lebih cepat daripada persedian gas yang tersedia di dalam evaporator maka tekanan pada sisi hisap akan turun. Sebaliknya bila beban panas evaporator naik dan penguapan liquid refrigeran berlangsung secara lebih cepat maka tekanan sisi hisap akan naik. Untuk keperluan praktis, berikut ini diberikan patokan harga untuk menentukan tekanan kerja kompresor pada sisi tekanan tingginya.
  • 119 Pedoman yang dapat digunakan untuk keperluan praktis adalah : Untuk R12 : 120 - 180 psi Untuk R22 : 160 - 260 psi Untuk R134a : 100 - 165 psi Untuk R600a : 120 - 180 psi Gambar 5.11 Efek Kompresi Kondenser dan Proses Kondensasi Gas refrigeran yang keluar dari sisi tekan kompresor disalurkan ke kondenser. Gas tersebut mempunyai suhu dan tekanan tinggi dalam kondisi superheat. Selanjutnya saat berada di kondenser gas panas lanjut tersebut mengalami penurunan suhu akibat adanya perbedaan suhu antara gas dan medium lain yang ada disekitarnya, yang dapat berupa udara atau air. Penurunan suhu gas refrigeran tersebut diatur sampai mencapai titik embunnya. Akibatnya refrigerannya akan merubah bentuk dari gas menjadi liquid yang masih bertekanan tinggi.
  • 120 Gambar 5.12 Efek Kondensasi di Kondenser Katub Ekspansi dan Proses Ekspansi Liquid refrigran bertekanan tinggi dari kondenser disalurkan ke katub ekspansi. Dalam keadaan yang sederhana katub ini berupa pipa kapiler dan untuk pemakaian unit yang berskala besar biasanya digunakan katub ekspansi thermostatik. Karena adanya perubahan diameter yang cukup besar maka laju refrigeran yang mengalir melalui katub ekspansi ini akan mengalami penurunan tekanan yang cukup tajam. Akibatnya akan terjadi ekspansi panas. Hasil ekspansi panas ini berupa penurunan suhu liquid refrigeran yang keluar dari katub ekspansi. Selanjutnya liquid refrigeran yang bersuhu dan bertekanan rendah tersebut disalurkan ke evaporator untuk menghasilkan efek pendinginan. Gambar 5.13. Efek Ekspansi di Katub Ekspansi
  • 121 5.15 Tipikal Proses Aktual Tipikal proses refrijerasi kompresi gas yang actual diperlihatkan dalam Gambar 5.14. Seluruh data yang dipetakan dalam siklus tersebut didapatkan dari pengukuran. Gambar 5.14 Tipikal actual Proses Data Pengukuran - Tekanan kondensasi : 9,61 bar - Tekanan evaporasi : 2,61 bar 40oC - Suhu Kondesasi : -5oC - Suhu Evaporasi : 66,7oC (sisi tekanan tinggi) - Suhu gas panas lanjut (D) : 15oC (sisi tekanan rendah) - Suhu gas panas lanjut (C’) :
  • 122 Soal Latihan 1. Jelaskan fungsi komponen utama pada mesin refrigerasi kompresi uap? 2. Jelaskan pengaruh tekanan uap terhadap suhu kondensasi? 3. Jelaskan siklus refrigerant di dalam mesin refrigerasi kompresi uap 4. Jelaskan bagaimana uap panas lanjut yang masuk ke kondenser dapat berubah wujud menjadi cairan? 5. Jelaskan bagaimana cairan refrigerant yang masuk ke evaporator dapat berubah wujud menjadi uap? 6. Bagaimana cairan refrigerant bertekanan tinggi dari liquid receiver yang masuk ke katub ekspansi dapat turun suhunya pada saat keluar dari katubnya? 7. Apa yang terjadi bila kompresor bekerja dengan tekanan evaporasi berada pada kondisi vacuum tinggi? 8. Mengapa mesin refrigerasi sering disebut sebagai mesin penukar kalor? 9. Apa pengaruh suhu lingkungan terhadap operasi mesin refrigerasi? 10. Bagaimana menentukan tekanan condensing yang optimal?
  • 123 TUGAS PRAKTEK Topik : Mengoperasikan Sistem Refrigerasi Alat / Bahan : 1. Trainer Light Commercial Refrigeration 2. Trainer Commercial Refrigeration Prosedur Pelaksanaan Praktikum : 1. Meminta Ijin pada pelatih / instruktur 2. Mengidentifikasi komponen sistem refrigerasi 3. Mengoperasikan sistem refrigerasi 4. Mencatat data-data unjuk kerja / operasi sistem refrigerasi 5. Melakukan re-setting untuk mengoptimalkan unjuk kerja sistem refrigerasi 6. Membuat kesimpulan Petunjuk : 1. Gunakan Format isian yang telah disediakan 2. Utamakan Keselamatan dan Kesehatan Kerja.
  • 124 Format 1. Identifikasi Komponen Sistem Refrigerasi Komponen Utama Sistem Kontrol Assesoris
  • 125 Format 2. Data Operasi / Unjuk Kerja Sistem Refrigerasi Peralatan Data Pengamatan Seeting/Re-setting Light Commercial Suhu ambien: Refrigeration Tekanan Suction : Tekanan Discharge : Suhu Kabinet : Suhu Evaporasi : Suhu Kondensing : Commercial Suhu ambien: Refrigeration Tekanan Suction : Tekanan Discharge : Suhu Kabinet : Suhu Evaporasi : Suhu Kondensing : Komentar / Kesimpulan :
  • 126 DIAGRAM SIKLUS REFRIJERASI 6 Kerangka Isi 6.1 Diagram Siklus 6.2 P-H Diagram 6.3 Pengaruh susu evaporasi terhadap efisiensi siklus 6.4 Pengaruh susu kondensasi terhadap efisiensi siklus 6.5 Siklus Refrijerasi Aktual
  • 127 6.1 Diagram Siklus Untuk dapat lebih mendalami pengetahuan tentang mesin refrigerasi kompresi gas diperlukan studi yang lebih intensif tidak hanya proses individual yang menghasilkan suatu siklus tetapi juga tentang hubungan antara berbagai proses yang terjadi, dan efek yang ditimbulkan oleh perubahan satu proses terhadap proses lainnya di dalam siklus. Misalnya, perubahan pada proses kompresi, pasti akan berpebgaruh terhadap proses kondensasi, ekspansi dan evaporasi. Untuk memahami hubungan antar proses tersebut digunakan suatu chart dan diagram untuk memperlihatkan siklus lengkap secara grafikal. Representasi secara grafikal tentang siklus refrijrasi ini memungkinkan kita untuk dapat mempertimbangkan secara simultan semua perubahan yang dapat terjadi pada refrijeran dan akibat yang dapat ditimbulkannya selama proses berlangsung. Diagram yang sering digunakan dalam menganalisa siklus refrijerasi adalah diagram tekanan versus entalpi atau lazim disebut sebagai ph Diagram. Daerah superdingin Daerah perubahan fasa (refrijeran cair (campuran refrijeran gas superdingin) dan cair) gas ke cair Daerah panaslanjut (refrijeran gas cair ke gas panaslanjut) Kurva Kurva saturasi cair saturasi gas Gambar 6.1 Pemetaan tiga daerah penting pada ph Diagram
  • 128 6.2 P-H Diagram Pressure-enthalpy chart atau lazim disebut ph chart adalah diagram yang menampilkan kondisi refrijeran dalam berbagai status termodinamik sebagai titik atau garis yang dipetakan pada ph diagram. Titik pada ph dagram yang menampilkan kondisi refrijeran pada satu status termodinamik dapat dipetakan bila ada 2 sifat refrijeran yang diketahui. Begitu status titik sudah terpetakan, maka sifat lainnya dapat ditentukan pada diagram. Gambar 6.1 memperlihatkan peta ph diagram. Peta ph diagrarm tersebut memetakan 3 pembagian daerah yang dipisahkan oleh kurva saturasi cair dan kurva saturasi gas, yaitu daerah saturasi (saturated region), superdingin (subcooled region) dan panaslanjut (superheated region). Gambar 6.2 Pemetaan tekanan, suhu dan entalpi pada ph-chart Daerah tengah yang dibatasi oleh kurva saturasi cair (saturated liquid curve) dan kurva saturasi gas (saturated vapor curve) disebut daerah saturasi. Pada daerah ini refrijeran mengalami perubahan fasa. Perubahan fasa dari cair ke gas berlangsung secara progresif dari arah kiri ke kanan dan perubahan dari gas ke cair, berlangsung secara progresif dari arah kanan ke kiri. Tepat pada garis kurva saturasi cair maka wujud refrijerannya adalah cair. Begitu juga tepat pada garis kurva saturasi gas, maka wujud refrijerannya adalah gas. Tepat
  • 129 ditengah daerah saturasi, merupakan daerah campuran antara refrijeran gas dan cair dengan perbandingan sama. Pada daerah yang dekat dengan garis kurva saturasi cair, persentasi cairan lebih banyak dari pada gas. Begitu sebaliknya, pada daerah dekat garis saturasi gas, persentasi gas lebih banyak dibandingkan refrijeran cair. Perbandingan jumlah refrijeran cair dan gas ini ditunjukkan dengan garis skala yang disebut garis constant quality (Gambar 6.2). Garis constant quality ini membentang dari atas ke bawah melalui bagian tengah chart dan hampir parallel dengan garis saturasi cair dan gas. Pada gambar 6.2 telah terpetakan garis constant quality 10%. Sebagai contoh, setiap titik pada garis constant quality dekat dengan garis saturasi cair, maka kualitas campuran refrijeran cair dan gas adalah 10%. Artinya, 10% masa refrijeran berpa gas dan 90% masa refrijeran berupa cairan atau liquid. Demikian juga untuk garis lainnya sama. Misalnya garis constant quality yang berada di dekat garis saturasi gas adalah 90%. Artinya, 90% masa refrijeran berupa gas dan 10% berupa liquid. Garis horizontal yang membentang dari kiri ke kanan melalui bagian tengah chart adalah garis tekanan konstan (constant pressure), dan garis vertikal yang membentang dari atas ke bawah melalui bagian tengah chart adalah garis entalpi konstan (constant enthalpy). Semua titik pada garis constant pressure mempunyai tekanan yang sama. Demikian juga semua titik pada garis constant elthalpy mempunyai eltalpi sama. Garis suhu konstan atau constant temperature pada daerah subcooled region dinyatakan dengan garis vertical memotong garis saturated liquid dan parallel dengan garis constant enthalpy. Pada bagia tengah, karena perubahan fasa refrijeran berlangsung pada suhu dan tekanan konstan, maka garis constant temperature parallel dan segaris dengan garis constant pressure. Pada garis saturated vapor, maka garis constant temperature berbelok arah lagi dan pada daerah superheated region, kurva garis constant temperature menurun curam ke bagian dasar chart. Pada gambar 6.2, diberikan contoh sebuah garis constant temperature pada skala 15oC. Selanjutnya, pada daerah superheated region, dipetakan garis constant entropy, berupa garis diagonal hampir tegak dan garis constant volume, yang dipetakan dengan garis lengkung ke atas melalui garis saturated vapor.
  • 130 Gambar 6.3 Pemetaan Proses Refrijerasi pada ph-Chart Besaran atau nilai dari berbagai sifat refrijeran penting yang diperlukan dalam siklus refrijerasi dapat langsung dibaca dengan mudah melalui ph-chart. Untuk menyederhanakan chart, maka jumlah garis skala pada ph-chart dibuat seminimum mungkin. Oleh karena itu, bila hasil pemetaan siklus tidak berada tepat pada garis skalanya, perlu dilakukan interpolasi untuk menentukan nilai yang sebenarnya. Dalam buku ini, ph-chart perhitungannya didasarkan pada asumsi sebagai berikut: masa refrijeran dinyatakan dalam 1 kg, spesifik volume dalam satuan m3/kg, entapi dalam kJ/kg, dan entropi dalam kJ/kg.K. Skala entapli dapat ditemukan pada garis horisontal di bagian bawah chart. Gambar 6.4 memperlihatkan contoh pemetaan siklus refrijerasi pada ph- chart. Pada chart dapat dibaca berbagai kondisi refrijeran selama siklusnya berlangsung. Titik A, B, C, D pada chart sesuai dengan titik A, B, C, dan D pada gambar 6.4. Dari chart dapat diketahui, misalnya Suhu evaporasi adalah – 5oC, suhu kondensasi adalah 40oC. Tekanan kondensasi adalah 9,61 bar, tekanan evaporasi adalah 2,61 bar. Suhu refrigerant gas pada sisi discharge kompresor adalah 46,8oC (D) atau 66,7oC (D’). Panas sensible dan panas laten yang ditambahkab atau diambil dari refrijeran juga dapat langsung diketahui. Demikian juga Entalpinya. Setiap Proses yang berlangsung dapat juga diketahui secara pasti.
  • 131 Gambar 6.4 Contoh Pemetaan Siklus Refrijerasi pada ph-chart Refrijeran setelah melewati katub ekspansi Penguapan liquid refrijeran berakhir di sini Refrijeran tidak mengalami perubahan fasa Refrijeran tidak Proses mengalami kondensasi perubahan fasa mulai di sini Gas panaslanjut dari kompresor Pengembunan refrijeran gas berakhir di sini Gambar 6.5 Diagram Aliran Siklus Refrijerasi Sederhana
  • 132 Proses ekspansi Pada kasus gambar 6.4, diasumsikan, refrijeran tidak mengalami perubahan saat keluar dari condeser menuju ke katub ekspansi, jadi Tekanan refrijeran saat mencapai katub ekspansi sama dengan kondisi di titik A, yaitu 9,61 bar. Setelah melewati katub ekspansi (titik B) tekanan refrijeran cair langsung turun karena mengalami proses ekspansi adiabatic, yaitu entalpi tidak berubah. Garis ekapansi adiabatic A-B merupakan garis lurus, Karena entalpinya tidak berubah. Pada titik B tekanan refrijeran cair adalah 2,61 bar, Suhu -5oC, entalpi 238,535 kJ/kg. Proses Evaporasi Titik B hinggs ke titik C adalah proses eveporasi, yaitu penguapan refrijeran cair d evaporator. Karena penguapan terjadi pada suhu dan tekanan konstan, maka proses B-C lazim disebut sebagai isothermal dan isobar, dan diyatakan dengan garis lurus horizontal dari titik B ke titik C. Pada titik C penguapan refrijeran selesai, sehinga kondisinya disebut saturasi pada suhu dan tekanan penguapan. Pada titik C ini, kondisi tekanan refrijeran adalah 2,61 bar, suhu –5, entalpi 349,32 kJ/kg. Garis BC lazim disebut sebagai efek refrijerasi (refrigerating efect) atau qe. Besarnya qe adalah (349,32 – 238,54) kJ/kg = 110,78 kJ/kg. Proses Kompresi Proses refrijerasi yang ditunjukkan dalam gambar 6.3 disebut proses refrijerasi saturasi, karena kompresor menghisap saturasi gas hasil evaporasi di evaporator. Garis CD menyatakan proses kompresi yang dilakukan oleh kompresor, yaitu meningkatkan tekanan dan suhu refrijeran gas yang dihisap oleh katub suction dan kemudian mengkompresi hingga tekanan tertentu, yang disebut tekanan kondensasi, titik D. Dalam kasus ini, proses kompresi yang dilakukan oleh kompresor, lazim disebut sebagai proses kompresi isentropik, yaitu proses kompresi yang berlangsung pada entropi konstan atau constant entropy. Karena tidak ada perubahan entropi selama proses kompresi dari titik C ke titik D, maka entropi refrijeran pada titik C sama dengan entropi refrijeran pada titik D. Oleh karena itu titik D dapat dipetakan pada ph-chart mengikuti garis constant entropy dari titik C hingga memotong garis constant pressure, yaitu tekanan kondensasi, di titik D. Pada titik D, kondisi refrijeran gas disebut gas panaslanjut pada tekanan kondensasi 9,61 bar, pada suhu saturasi kondensasi 40oC. Garis CD
  • 133 lazim disebut sebagai Energi panas untuk kompresi atau kerja kompresi, atau qw. Besarnya qw adalah (372,4 – 349,32) kJ/kg = 23,08 kJ/kg. Hasil penyerapan panas yang dilakukan kompresor, menyebabkan kondisi refrijeran gas yang dipampatkan oleh kompresor menjadi gas panaslanjut, yang suhunya di atas suhu saturasi pada tekanan kondensasi. Suhu gas panaslanjut ini mencapai 46,75oC, sedang suhu saturasi pada tekanan 9,61 adalah 40oC. Sebelum gas dapat diembunkan (kondensasi) maka suhu gas panaslanjut harus diturunkan hingga ke suhu saturasi sesuai tekanan kondensasinya. Panas yang dipindahkan adalah panas sensibel (garis DE). Proses kondensasi Biasanya, proses DE (panas sensibel) dan proses kondesasi EA (panas laten), berlangsung di kondensor, yaitu gas panaslanjut dari kompresor didinginkan hingga mencapai suhu kondensasi dan kemudian mengembun. Proses DE berlangsung di bagian atas kondensor dan saluran gas panas. Pada titik E, kondisi refrijeran adalah gas saturasi pada suhu dan tekanan kondensasi. Sifat-sifatnya sebagai berikut: tekanan 9,61 bar, suhu 40oC, entalpi 367,146 kJ/kg. Proses EA adalah proses kondensasi gas saturasi di kondensor. Karena kondensasi berlangsung pada suhu dan tekanan konstan, maka garis EA segaris dengan garis constant pressure dan conctant temperature dari titik E ke titik A. Panas yang dibuang ke media kondensasi adalah qc adalah (372,4-238,54) kJ/kg = 133,86 kJ/kg. Atau qc = qe + qw = 110,78 + 23,08 = 133,86 kJ/kg. Bila kapasitas refrijerasi dikehendaki sebesar 1 kW, maka masa refrijeran yang harus disirkulasi di dalam sistem kompresi gas ini adalah Qe 1(kW ) m= = = 0,00903 kg/det. = 9,03 g/det. qe 110,78(kJ / kg ) Kapasitas kondensasi Qc adalah Qc = (m)(q c ) = 0,00903(kg / det) x133,86(kJ / kg ) = 1,209 kJ/det. Kapasitas kompresi Qw adalah Qw = (m)(q w ) = 0,00903(kg / det) x 23,08(kJ / kg ) = 0,20841 kJ/kg
  • 134 Coeficient of Performance (COP) Kualitas unjuk kerja suatu sistem refrijerasi dapat dinyatakan dengan suatu angka hasil perbandingan antara energi yang diserap dari udara ruang dan energi yang digunakan untuk mengkompresi gas di kompresor. Perbandingan kedua energi tersebut lazim disebut sebagai Koefisien unjuk kerja dari siklus refrijerasi atau Coefficient of performance (cop). 110,78(kJ / kg ) COP = = 4,8 23,08(kJ / kg ) 6.3 Pengaruh Suhu Evaporasi terhadap Efisiensi Siklus Efisiensi siklus refrijerasi kompresi uap bervariasi terhadap suhu eveporasi dan suhu kondensasi. Tetapi pengaruh suhu evaporasi terhadap efisiensi siklus lebih besar dibandingkan suhu kondensasi. Gambar 6.5 memberikan ilustrasi bagaimana pengaruh suhu evaporasi terhadap efisiensi siklus refrijerasi. Gambar tersebut menunjukkan hasil pemetaan pada ph-chart dari dua siklus refrijeasi yang mempunyaisushu evaporasi berbeda. Siklus pertama, dengan suhu evaporasi -10oC ditandai melalui titik A, B, C, D, E dan siklus kedua dengan suhu 5oC, ditandai dengan titik A, B’, C’, D’ , dan E. Gambar 6.6 Pemetaan Dua suhu Evaporasi yang berbeda
  • 135 Untuk memperlihatkan perbedaannya, marilah kita hitung entalpinya. (a) untuk siklus dengan suhu -10oC qe = hc – ha = (347,13 – 238,54) kJ/kg = 108,59 kJ/kg qw = hd – hc = (373,33 – 347,13) kJ/kg = 26,2 kJ/kg qc = hd – ha = (373,33 – 238,54) kJ/kg = 134,79 kJ/kg (b) untuk siklus dengan suhu 5oC qe = hc’ – ha = (353,6 – 238,54) kJ/kg = 115,06 kJ/kg qw = hd’ – hc’ = (370,83 – 353,6) kJ/kg = 17,23 kJ/kg qc = hd’ – ha = (370,83 – 238,54) kJ/kg = 132,29 kJ/kg Kenaikan Efek refrijerasi terhadap keanikan suhu evaporasi adalah 115,06 kJ/kg – 108,59 kJ/kg = 6,47 kJ/kg Atau (6,47 / 108,59) x 100 = 5,96%. Jadi semakin tinggi suhu evaporasi semakin besar pula efek refrijerasinya. Sekarang marilah kita tinjau perbedaan masa refrijeran terhadap kenaikan suhu evaporasi. untuk siklus dengan suhu -10oC, besaran masa refrijeran per (a) kilowatt kapasitas refrijerasi adalah: 1(kW ) = 0,00921 kg/det. 108,59(kJ / kg ) untuk siklus dengan suhu 5oC, besaran masa refrijeran per kilowatt (b) kapasitas refrijerasi adalah: 1(kW ) = 0,00869 kg/det 115,06(kJ / kg )
  • 136 Pada kenaikan suhu evaporasi, jumlah masa refrijeran yang disirkulasikan mengalami penurunan. Penurunannya sebesar: 0,00921(kg / det) − 0,00869(kg / det) x100 = 5,65% 0,00921(kg / det) Sekarang kita tinjau perbedaan daya teoritis yang digunakan untuk kompresi refrijeran. untuk siklus dengan suhu -10oC, besaran daya teoritis kompresi (a) adalah: Pt = mxqw = 0,00921(kg/det)x26,2(kJ/kg) = 0,2413 kW untuk siklus dengan suhu 5oC, besaran daya teoritis kompresi (b) adalah: Pt = mxqw = 0,00869(kg/det)17,23(kJ/kg) = 0,1497 kW Dari sini dapat dinyatakan, bahwa kenaikan suhu evaporasi akan menurunkan daya kompresi teoritis sebesar: 0,2413 − 0,1497 x100 = 36,7% 0,2413 Terakhir, marilah kita tinjau efisiensi siklus refrijerasinya. Untuk membandingkan efisiensi siklusnya, dapat dilakukan dengan membandingkan COP antara kedua siklus tersebut. untuk siklus dengan suhu -10oC, besaran COP adalah: (a) 108,59(kJ / kg ) = 4,14 26,20(kJ / kg ) untuk siklus dengan suhu 5oC, besaran COP adalah: (b) 115,06(kJ / kg ) = 6,68 17,23(kJ / kg )
  • 137 Sudah dapat dipastikan, bahwa COP dan juga efisiensi siklus akan ikut naik bila suhu evaporasinya juga naik. Disini, kenaikan suhu evaporasi dari -10oC ke 5oC, menyebabkan kenaikan efisiensi sebesar: 6,68 − 4,14 x100 = 61,4% 4,14 6.4 Pengaruh Suhu Kondensasi terhadap Efisiensi Siklus Walaupun pengaruh perbedaan suhu kondensasi terhadap efisiensi siklus tidak sebesar suhu evaporasi, tetapi pengaruh perbedaan suhu kondensasi terhadap efisiensi tetap tidak boleh diabaikan. Gambar 6.6 memberikan ilustrasi bagaimana pengaruh suhu kondensasi terhadap efisiensi siklus refrijerasi. Gambar tersebut menunjukkan hasil pemetaan pada ph-chart dari dua siklus refrijeasi yang mempunyai suhu kondensasi berbeda. Siklus pertama, dengan suhu evaporasi 40oC ditandai melalui titik A, B, C, D, E dan siklus kedua dengan suhu 50oC, ditandai dengan titik A’ B’, C, D’ , dan E’. Gambar 6.7 Pemetaan dua Suhu Kondensasi yang berbeda Untuk memperlihatkan perbedaannya, marilah kita hitung entalpinya.
  • 138 (a) untuk siklus dengan suhu evaporasi -10oC dan suhu kondensasi 40oC sudah dihitung pada contoh kasus sebelumnya, yaitu qe = hc – ha’ = (347,13 – 248,88) kJ/kg = 98,25kJ/kg qw = hd’ – hc = (377,71 – 347,13) kJ/kg = 30,58 kJ/kg qc = hd’ – ha’ = (377,71 – 248,88) kJ/kg = 128,83 kJ/kg (b) untuk siklus dengan suhu kondensasi 50oC qe = hc’ – ha = (353,6 – 238,54) kJ/kg = 115,06 kJ/kg qw = hd’ – hc’ = (370,83 – 353,6) kJ/kg = 17,23 kJ/kg qc = hd’ – ha = (370,83 – 238,54) kJ/kg = 132,29 kJ/kg Penurunan Efek refrijerasi terhadap kenaikan suhu kondensasi adalah 108,58 kJ/kg – 98,25 kJ/kg = 10,33 kJ/kg Atau (10,33 / 108,59) x 100 = 9,51%. Jadi semakin tinggi suhu kondensasi semakin kecil efek refrijerasinya. Sekarang marilah kita tinjau perbedaa masa refrijeran terhadap kenaikan suhu evaporasi. untuk siklus dengan suhu 40oC, besaran masa refrijeran per (c) kilowatt kapasitas refrijerasi adalah: 1(kW ) = 0,00921 kg/det. 108,59(kJ / kg ) untuk siklus dengan suhu 50oC, besaran masa refrijeran per (d) kilowatt kapasitas refrijerasi adalah: 1(kW ) = 0,01018 kg/det 98,25(kJ / kg ) Pada kenaikan suhu evaporasi, jumlah masa refrijeran yang disirkulasikan mengalami kenaikan. kenaikannya sebesar:
  • 139 0,01018(kg / det) − 0,00921(kg / det) x100 = 10,53% 0,00921(kg / det) Sekarang kita tinjau perbedaan daya teoritis yang digunakan untuk kompresi refrijeran. untuk siklus dengan suhu 40oC, besaran daya teoritis kompresi (c) adalah: Pt = mxqw = 0,00921(kg/det)x26,2(kJ/kg) = 0,2413 kW untuk siklus dengan suhu 50oC, besaran daya teoritis kompresi (d) adalah: Pt = mxqw = 0,01018(kg/det)30,58(kJ/kg) = 0,3313 kW Dari sini dapat dinyatakan, bahwa kenaikan suhu kondensasi akan meningkatkan daya kompresi teoritis sebesar: 311,3 − 241,3 x100 = 29% 241,3
  • 140 6.5 Siklus Refrigerasi Aktual Gambar 6.7 memperlihatkan diagram aliran dari suatu sistem refrijerasi kompresi uap. Dalam Proses ini, refrijerannya mengalami kondisi panaslanjut. Dalam sesi ini, marilah kita tinjau pengaruh panaslanjut yang dialami oleh refrijeran gas yang dihisap oleh kompresor. Gambar 6.8 Diagram aliran untuk proses gas panaslanjut. Data yang diperlukan untuk keperluan pemetaan siklus pada Diagram mollier meliputi: 1. Suhu Kondensasi, meliputi saturated vapor (E), liquid-vapor mixture(E-A) dan saturated liquid(A) mempunyai suhu sama, yaitu 40 oC. 2. Suhu Evaporasi, meliputi liquid-vapor mixture (B), dan saturated vapor (C) mempunyai suhu sama, yaitu -5oC. 3. Suhu gas refrigerant yang keluar dari saluran discharge kompresor, atau superheated vapor (D), yaitu 46,8oC, D’ 66,7 oC 4. Suhu liquid refrigerant yang akan masuk ke katub ekspansi, saturated liquid (A) yaitu 40oC. 5. Suhu gas refrigeran yang akan masuk ke sisi hisap kompresor, titik C saturasi gas -5oC, dan titik C’, superheat vapor, yaitu 15 o C.
  • 141 Data yang telah kita tetapkan dengan bantuan titik-titik lokasi tersebut di atas untuk memudahkan kita mem-plot data pada diagram mollier. Dengan berbekal data tersebut marilah kita petakan data pada setiap titik pada diagram Mollier, sebagai berikut. 1. Tentukan lokasi titik suhu kondensasi 40 oC pada diagram mollier, kemudian tarik garis lurus secara horisontal hingga memotong skala tekanan absolut pada sisi kiri diagram dan tandai titik tekanan absolutnya, dalam hal ini didapatkan 9,61 bar absolut. 2. Tentukan lokasi titik suhu evaporasi -5 oC pada diagram mollier, kemudian tarik garis lurus secara horisontal hingga memotong skala tekanan absolut pada sisi kiri diagram dan tandai titik tekanan absolutnya, dalam hal ini didapatkan 2,61 bar absolut. 3. Tentukan lokasi titik Suhu gas refrigeran yang akan masuk ke sisi hisap kompresor, atau superheat vapor (C’), yaitu 15 oC. 4. Tentukan lokasi titik suhu Suhu gas refrigerant yang keluar dari saluran discharge kompresor, atau superheated vapor (D’), yaitu 66.7 oC. 5. Tentukan lokasi titik suhu liquid refrigerant yang akan masuk ke katub ekspansi, saturated liquid (A), yaitu 40 oC. 6. Kemudian Tarik garis lurus, dari titik C’ ke titik D’. 7. Selanjutnya tarik dari titik A garis lurus kebawah hingga memotong garis isobar 2,61 bar. Bila pemetaan data tersebut dilakukan dengan benar maka akan diperoleh suatu chart siklus aktual dari mesin refrigerasi yang sedang diperiksa unjuk kerjanya. Dengan bantuan ph-chart, fungsi dan performansi mesin refrigerasi dapat diketahui. Kegiatan pemeriksaan siklus aktual pada suatu mesin refrigerasi unit komersial dan industrial harus dilakukan secara periodik, untuk mengetahui fungsi dan performasi mesin setiap saat. Dalam hal ini diharapkan mesin harus selalu dalam kondisi operasi yang optimal. Gambar 6.9 memperlihatkan hasil pemetaan data dari kasus di atas.
  • 142 Gambar 6.9 Hasil Pemetaan Siklus Panaslanjut Dari chart di atas dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Dengan asumsi mesin refrigerasinya type air cooled condenser, suhu ambient sebesar 27 oC, dan suhu evaporasi sebesar – 5 oC, Suhu kondensasi sebesar 40 oC, dapat dianggap telah mencapai suhu optimal. Dalam hal ini beda suhu ambient dan suhu kondensasi sebesar 13K. Artinya proses kondensasi mencapai titik optimalnya, sehingga produksi liquid refrigeran juga optimal. 2. Beda suhu antara suhu evaporasi -5oC, (titik B) dan suhu refrigeran yang masuk ke sisi hisap kompresor (titik C’) sebesar 15oC, berarti proses ekspansi dan proses evaporasi juga berlangsung secara optimal. Dalam hal ini kompresor hanya menghisap gas refrigeran dalam kondisi superheated vapor, dengan derajad superheat sebesar 20K.
  • 143 Menentukan Kapasitas Sistem Refrigerasi Dengan bekal gambar pemetaan pada ph-chart seperti diperlihatkan pada gambar 6.9 di atas, maka kapasitas sistem refrigerasi dapat ditentukan dengan mudah, sebagai berikut: 1. Menentukan nilai entalpi untuk setiap kondisi refrigeran, yaitu titik A, B, C, D, C’, dan D’. 1.1 Dari titik A, tarik garis lurus ke bawah, hingga memotong skala enthalpy. Sehingga dapat diperoleh nilai entalpinya, yaitu ha = 238,54 kJ/kg. Titik B mempunyai entalpi sama dengan titik A. 1.2 Demikian juga dari titik C, tarik garis lurus ke bawah, hingga memotong skala enthalpy. Sehingga dapat diperoleh nilai entalpinya, yaitu hc = 349,32 kJ/kg. 1.3 Dari titik D, tarik garis lurus ke bawah, hingga memotong skala enthalpy. Sehingga dapat diperoleh nilai entalpinya, yaitu hd = 372,4 kj/kg 1.4 Demikian juga dari titik C’, tarik garis lurus ke bawah, hingga memotong skala enthalpy. Sehingga dapat diperoleh nilai entalpinya, yaitu hc = 362,04 kJ/kg. 1.5 Dari titik D’, tarik garis lurus ke bawah, hingga memotong skala enthalpy. Sehingga dapat diperoleh nilai entalpinya, yaitu hd = 387,47 kj/kg 2. Menentukan nilai kapasitas sistem 2.1 Kapasitas efek refrigerasi untuk siklus saturasi (titik C) dapat ditentukan dengan mencari selisih antara hc dan ha, yaitu 349,32 kj/kg – 238,54 kj/kg = 110,78 kj/kg. Artinya bila masa refrigeran yang diuapkan di evaporator sebesar 2 kg, maka kapasitas efek refrigerasi mencapai 221,56 kJ. 2.2 Kapasitas efek refrigerasi untuk siklus panaslanjut (titik C’) dapat ditentukan dengan mencari selisih antara hc’ dan ha, yaitu 362,04 kj/kg – 238,54 kj/kg = 123,50 kj/kg. Artinya bila masa refrigeran yang diuapkan di evaporator sebesar 2 kg, maka kapasitas efek refrigerasi mencapai 247 kJ. 2.3 Kapasitas kompresi saturasi dapat ditentukan dengan mencari selisih antara hd dan hc, yaitu 372,4 kj/kg – 349,32 kj/kg = 23,08 kj/kg. 2.4 Kapasitas kompresi panaslanjut dapat ditentukan dengan mencari selisih antara hd’ dan hc’, yaitu 387,47 kj/kg – 362,04 kj/kg = 25,43 kj/kg
  • 144 2.5 Kapasitas kondensasi siklus saturasi dapat ditentukan dengan mencari selisih antara hd dan ha, yaitu 372,4 kj/kg – 238,54 kj/kg = 133,86 kj/kg. 2.6 Kapasitas kondensasi siklus panaslanjut dapat ditentukan dengan mencari selisih antara hd’ dan ha, yaitu 387,47 kj/kg – 238,54 kj/kg = 148,93 kj/kg. Dari perhitungan di atas dapat diambil kesimpulan, sebagai berikut: 1. Panas kompresi per kilogram pada siklus panaslanjut sedikit lebih besar daripada siklus saturasi, yaitu sebesar 10%. Di mana daya kompresi siklus saturasi 23,08 kJ/kg sedang daya kompresi siklus panaslanjut adalah 25,43 kj/kg. 25,43 − 23,08 x100 = 10% 23,08 2. Pada suhu dan tekanan kondensasi sama, suhu gas panas yang keluar dari katub discharge kompresor pada siklus panaslanjut sedikit lebih tinggi daripada siklus saturasi, yaitu 66,7oC untuk siklus panaslanjut dan 46,8oC untuk siklus saturasi. 3. Pada siklus panaslanjut, panas yang dibuang di kondenser lebih besar daripada siklus saturasi. Pada siklus panaslanjut qc = 148,93 kj/kg, pada siklus saturasi qc = 133,86 kj/kg. Kenaikannya sebesar 148,93 − 133,86 x100 = 11,26% 133,86 4. COP pada siklus saturasi adalah 110,79 = 4,8 23,08 5. COP pada siklus panaslanjut adalah 123,5 = 4,85 25,43
  • 145 Permasalahan 1. Pelajari hasil pemetaan siklus refrijerasi pada gambar berikut ini, berikan kesimpulanmu. 2. Pelajari juga hasil pemetaan siklus refrijerasi pada gambar berikut ini, berikan kesimpulanmu.
  • 146 Aplikasi Sistem Refrijerasi Mekanik 7 Kerangka Isi 7.1 Ruang Lingkup Industri 7.2 Klasifikasi 7.3 Pengawetan Makanan 7.4 Gudang Pendinginan 7.5 Cara Pembekuan
  • 147 7.1 Ruang Lingkup Industri Pada awal produksinya, peralatan refrijerasi mekanik berbadan besar, mahal dan tidak begitu efisien. Penggunaanyapun masih sangat terbatas, yaitu sebagai Mesin Pembuat Es, Penyimpanan dan Pengepakan Daging dan sebagai Gudang Pedinginan. Hanya dalam beberapa dekade, industri refrijerasi mengalami perkembangan yang sangat cepat, hingga sekarang. Ada beberapa factor yang menyebabkannya. Pertama, dengan telah dikembangkannya metoda atau cara manufaktur yang presisi, menjadikan peralatan refrijerasi modern menjadi semakin kecil dan kompak dan menjadi semakin efisien. Kemajuan ini seiring dengan kemajuan yang dicapai dalam bidang motor listrik, sebagai penggerak utama kompresor, sehingga memungkinkan mendesain peralatan refrijerasi dalam skala kecil untuk keperluan domestic dan komersial serta untuk keperluan lainnya misalnya transportasi, kenyamanan hunian, dan proses produksi di industri. 7.2 Klasifikasi Untuk keperluan studi dan pepelajaran, industri refrijerasi dapat dikelompokkan ke dalam enam kategori umum, yaitu (1) refrijerasi domestic, (2) refrijerasi komersial, (3) refrijerasi industri, (4) Refrijerasi transportasi dan Kapal Laut, (5) Tata Udara untuk kenyamanan Hunian, dan (6) Tata Udara untuk keperluan proses produksi di industri. Refrijerasi Domestik Refrijerasi domestic memiliki ruang lingkup yang agak terbatas, ditujukan pada refrigerator dan freezer untuk keperluan rumah tangga. Walaupun ruang lingkupnya terbatas, tetapi industri refrijerasi domestic ini mengambil porsi yang cukup signifikan pada industri refrijerasi secara keseluruhan. Perlatan refrijerasi domestic, biasanya berkapasitas kecil, konsumsi daya input antara 35 watt hingga 375 watt, dengan menggunakan kompresor system hermetic. Tidak banyak masalah yang dijumpai pada Refrijerasi domestic, hanya memerlukan sedikit pemeliharaan.
  • 148 Refrijerasi Komersial Ada banyak masalah yang idhadapi oleh dunia Refrijerasi komersial, antara lain perencanaan atau desain, pemasangan atau instalasi, dan pemeliharaan. Aplikasi refrijerasi komersial telah merambah di banyak bidang usaha, antara lain pasar ritel, restoran, hotel dan industri lainnya yang berkaitan dengan penyimpanan, pengolahan dan pengawetan makanan. Sesuai dengan fungsinya, ada banyak jenis dan tipe yang ersedia di pasaran untuk memenuhi kebutuhan komersial, misalnya reach-in refrigerator, single-duty service case, double-duty service case, high multishelf produce sales case, dan open type display. Gambar 7.1 Reach-in Refrigerator Reach-in Refrigerator merupakan perlatan yang paling banyak pemakainya untuk keperluan komersial. Beberapa pengguna peralatan ini dapat disebutkan di sini, toko ritel, toko sayuran dan buah-buahan, toko daging, toko roti, toko obat, restoran dan warung makan, toko bunga dan hotel. Biasanya peralatan ini digunakan sebagai tempat penyimpanan dan sebagian lagi digunakan sebagai tempat pajangan (display). Sebagai tempat pajangan, pintunya terbuat dari kaca.
  • 149 Gambar 7.2 Display Case, single duty. Display Case Sesuai dengan namanya, display case adalah peralatan refrijerasi komersial yang berfungsi sebagai tempat pajangan produk atau komoditi yang akan dijual. Tampilan display case ini sengaja didesain dengan sangat atraktif, untuk menimbulkan minat dan ketertarikan para konsumen agar dapat menstimulasi penjualan produk. Sehubungan dengan fungsinya tersebut, maka penampilan dan pajangan komoditi merupakan pertimbangan utama dalam mendesain display case. Pada display case, tidak begitu memperhatikan kondisi penyimpanan yang optimal, sehingga lama penyimpanan komoditi di dalam display case sangat terbatas, dengan rentang waktu hanya beberapa jam untuk produk tertentu hiingga beberapa minggu, untuk produk tertentu pula, dan biasanya paling lama 3 minggu. Ada dua tipe display case, yaitu single duty, seperti Gambar 7.2 dan double duty seperti gambar 7.3
  • 150 Gambar 7.3 Service case, Double duty. Gambar 7.4 Multishelf
  • 151 Multishelf display case, spserti yang diperlihatkan dalam gambar 7.4 digunakan untuk tempat pajangan komoditi seperti daging, sayuran, buah-buahan, makanan beku, es krim dan komoditi lainnya. Display case dapat digunakan untuk berbagai komoditi karena dilengkapi dengan pengontrol suhu dan kelambaban udara. Suhu dan kelambaban udara diatur sesuai dengan komoditi yang disimpan di dalamnya. Gambar 7.5 Open type display case, untuk penyimpanan makanan beku dan es krim. Refrijerasi Industri Refrijerasi industri berbeda dengan refrijerasi komersail. Masih banyak yang beranggapan, bahwa refrijerasi industri dan refrijerasi komersial adalah sama, karena pembatasan antara keduanya tidak dinyatakan dengan jelas. Tetapi yang sudah pasti, kapasitas refrijerasi industri jauh lebih besar daripada kapasitas refrijerasi komersial dan mempunyai fitur yang berbeda, khususnya dalam hal pelayanan dan pengoperasiannya. Pengoperasian refrijerasi industri memerlukan personil yang bersertifikat atau mempunyai lisensi.
  • 152 Tipikal refrijerasi industri adalah pabrik es, cold storage, pengepakan makanan, pabrik tekstil, pabrik kimia, pabrik ban dll. Refrijerasi Transportasi Darat dan Kapal Laut Yang termasuk dalam kategori ini adalah container yang dilengkapi dengan system refrijerasi (refrigerated container) untuk mengawetkan komoditi yang ada di dalamnya. Komoditi yang disimpan dalam container seperti ini adalah komoditi ekspor/impor, misalnya daging dan buah-buahan. Refrijerasi kapal laut (marine refrigeration) mengacu pada refrijerasi pada angkutan laut atau ekspedisi muatan kapal laut, meliputi cargo dan pengapalan barang-barang atau komoditi lainnya. Tata Udara Sesuai dengan namanya, tata udara atau pengkondisian udara berkaitan dengan kondisi udara di dalam suatu ruang tertentu. Tata udara tidak hanya berkaitan dengan pengaturan suhu udara melainkan juga pengaturan kelembaban dan pergerakan udara ruang termasuk penyaringan udara untuk mendapatkan udara ruang yang bersih bebas polutan. Dalam prakteknya, dibedakan menjadi dua, yaitu pengkondisian udara untuk kenyamanan dan pengkondisian udara untuk keperluan proses produksi di industri. Pengkondisian udara untuk kenyamanan adalah pengkondisian udara yang diterapkan pada rumah tangga, sekolah, kantor, hotel, restoran, mobil, bus, kereta api, pesawat terbang, kapal laut dan banguan lainnya yang ditujukan untuk memperoleh kenyamanan hunian. Dengan kata lain, pengkondisian udara yang tidak ada hubungannya dengan kegiatan pengkondisian udara untuk kenyamanan seperti yang disebutkan di atas, disebut Tata Udara industri. Pengkondisian udara untuk keperluan industri antara lain (1) mengontrol kandungan uap air pada bahan-babahn hidrokopis, (2) mengatur laju reaksi kimiawi dan biokimia, (3) membatasi thermal expansion dan constraction, dan (4) meyediakan udara bersih bebas polutan, untuk keperluan operasi bedah di rumah sakit atau untuk keperluan produksi chip di industri elektronika.
  • 153 7.3 Pengawetan Makanan Salah satu aplikasi terbesar peralatan refijerasi adalah untuk keperluan Pengawetan komoditi khususnya produk makanan. Dalam fase kehidupan modern, masalah penyimpanan dan pengawetan makanan menjadi satu hal yang sangat penting dibandingkan dengan fase kehidupan jaman dulu. Ketimpangan antara populasi penduduk di perkotaan dan pedesaan menjadi pemicunya. Dengan semakin banyaknya urbanisasi, penduduk kota menjadi semakin banyak, yang berarti memperlukan persdiaan makanan yang semakin banyak pula. Di lain pihak, makanan di hasilkan dan diolah di daerah pedesaan. Jadi, makanan tersebut harus dikirimkan dan kemudian disimpan sebelum dikonsumsi. Proses pengiriman dan penyimpanan ini dapat berlangsung dalam hitungan harian, mingguan, bulanan bahkan tahunan. Khususnya komoditi sayuran dan buah-buahan, yang tidak dapat diproduksi setiap saat, memerlukan penyimpanan yang bagus agar dapat dikonsumsi setiap saat sepanjang tahun. Kerusakan dan Pembusukan Makanan Pada hakekatnya, pengawetan makanan adalah kegiatan pencegahan agar makanan tidak cepat rusak atau busuk atau basi. Karena pengawetan makanan berkaitan dengan pembusukan maka pengetahuan tentang proses pematangan dan pembusukan makanan menjadi suatu yang dominan. Produk makanan yang mengalami kerusakan dan pembusukan akan menurunkan harga jualnya. Makanan yang mengalami kerusakan berat, akan berubah warna, dan menimbulkan bau tak sedap. Makanan yang mengalami kerusakan ringan, walaupun masih dapat dimakan, tetapi akan kehilangan kandungan gizi dan vitaminnya. Oleh karena itu diupayakan agar makanan tersebut tetap berada pada kondisi awal ketika masih segar. Kerusakan dan pembusukan makanan disebabkan oleh karena adanya proses kimiawi di dalam makanan tersebut. Proses kimiawi tersebut dapat dipicu oleh unsur yang ada di dalam makanan itu sendiri atau unsur dari luar.
  • 154 Enzim Enzim adalah suatu unsur kimiawi yang sangat komplek, susah dimengerti. Enzim dapat dianggap sebagai unsur pengikat (katalisator) kimiawi, yang dapat menyebabkan terjadinya perubahan kimiawi di dalam zat organik. Terdapat banyak jenis enzim, setiap enzim akan menghasilkan satu jenis reaksi kimia. Sebagai contoh, enzim laktose, dikenal karena ia dapat mengubah laktose (kadar gula dalam susu) menjadi asam laktasik, dalam proses fermentasi. Setiap zat organik pasti mempunyai enzim. Enzim yang terkandung dalam zat oragnik berfungsi untuk membantu aktivitas kehidupan sel-sel yang ada di dalam zat tersebut, misalnya pernafasan (respirasi), pencernakan, pertumbuhan dan reproduksi pada hewan dan manusia. Enzim juga membantu proses pematangan pada buah-buahan. Untuk alasan pengawetan makanan, maka perkembangan enzim harus dihambat, agar pproduk makan tidak cepat rusak, basi dan membusuk. Pada suhu tinggi aktivitas enziminasi akan berlangsung sangat cepat. Ingat bila kita menginginkan pisang yang baru dipetik dari pohonya cepat matang maka harus dibungkus kain, untuk menaikkan suhunya. Dalam kondisi suhu yang lebih tinggi,maka pisang akan cepat matang. Sebaliknya, pada suhu rendah proses enziminasi juga akan terhambat. Aksi enziminasi juga akan berlangsung dengan cepat dalam kondisi banyak oksigen. Dalam kondisi kekurangan oksigen maka proses enziminasi juga terhambat. Oleh karena itu dalam, makanan yang akan diawetkan harus dikemas dengan baik sehingga bebas dari oksigen. Mikro-organisme Yang termasuk mikroorganisme dalam konteks pengawetan makanan adalah (1) bakteri, (2) ragi, dan (3) jamur. Zat mikroorganik ini terdapat di mana-mana, di udara, air, tanah, di tubuh hewan dan di tanaman. Bila enzim adalah zat yang mendorong pertumbuhan maka zat micro-organisme ini cenderung mendorong terjadinya fermentasi, putrifikasi dan pembusukan.
  • 155 Bakteri Bakteri berkembang biak melalui pemecahan sel. Satu sel bakteri dapat pecah menjadi dua, kemudian masing-masing pecahannya juga dapat memecahkan diri, begitu serusnya. Perkembangan sel bakteri ini dapat dihambat dengan menurunkan suhunya. Misalnya, kasus perkembangan bakteri yang hidup di susu. Tabel 7.1 memperlihatkan pertumbuhan bakteri pada susu pada berbagai kondisi suhu. Seperti bakteri, Ragi juga akan terhambat pertumbuhannya pada suhu rendah. Jamur juga akan terhambat pertumbuhannya pada suhu rendah. Tetapi jamur akan semakin terhambat pertumbuhannya pada udara kering atau tidak lembab. Tabel 7.1 Pertumbuhan bakteri pada susu Suhu Waktu pertumbuhan dalam jam o C 24 48 96 168 0 2.400 2.100 1.850 1.400 4 2.500 3.600 218.000 4.200.000 8 3.100 12.000 1.480.000 10 11.600 540.000 16 180.00 28.000.000 30 1.400.000.000 7.4 Gudang Pendinginan Gudang pendinginan, dapat dibedakan ke dalam tiga kategori, yaitu (1) Penyimpanan Jangka pendek (temporer), (2) penyimpanan jangka panjang, dan (3) Penyimpanan bahan makanan beku. Untuk keperluan penyimpanan jangka pendek dan jangka panjang, makanan didinginkan dan disimpan pada suhu di atas suhu titik beku. Untuk keperluan penyimpanan makanan beku, maka makanan harus dibekukan terlebih dahulu, kemudian disimpan pada suhu -12oC hingg -23oC. Penyimpanan jangka pendek, berkisar antara satu atau dua hari untuk produk tertentu. Untuk produk lain, dapat tahan hingga maksimal 15 hari.
  • 156 Penyimpanan jangka panjang biasa dilakukan untuk keperluan komersial di gudang-gudang pendinginan. Lama penyimpanan tergantung jenis produk. Untuk produk makanan sensitif seperti tomat, kantalop dan brokoli hanya dapat disimpan selama tujuh sampai sepuluh hari pada suhu tertentu. Untuk produk makanan yang lebih kuat, seperti bawang, dan daging asap dapat disimpan hingga delapan bulan. Untuk produk makanan yang cepat busuk, bila diinginkan dapat disimpan dalam waktu lama, harus dibekukan dan disimpan di gudang pembekuan. Tetapi untuk tomat tidak dapat dibekukan. Suhu dan kelembaban udara gudang penyimpanan harus diatur dan disesuaikan dengan jenis produk. Tabel 7.2 menyajikan penjelasan yang lebih rinci. 7.5 Cara Pembekuan Ada dua cara pembekuan makanan yang dapat dilakukan, yaitu pembekuan lamban dan pembekuan cepat. Pembekuan lambat dapat dilakukan dengan meletakkan makanan yang akan dibekukan pada suatu tempat yang bersuhu rendah, dan dibiarkan menbeku secara perlahan-lahan. Makanan yang akan dibekukan biasanya dikemas dalam suatu pengepakan kedap udara, dalam besaran 5 sampai 15 kilogram per kemasan. Kemasan produk tersebut disimpan di ruang dengan suhu -18oC hingga -40oC. Pembekuan secara cepat dilakukan dalam tiga cara, yaitu (1) pencelupan, (2) kontak tidak langsung, dan (3) air blast. Pembekuan dengan pencelupan produk, dilakukan dengan merendam produk ke dalam cairan sodium clorida. Sodiu klorida mempunyai daya hantar tinggi, sehingga proses pembekuan dapat berlangsung dengan cepat. Pembekuan dengan kontak tidak langsung, dapat dilakuakn dengan meletakkan produk di atas plat pembekuan. Karena produk yang akan dibekukan mempunyai kontak thermal langsung dengan plat pembekuan, maka permukaan kontak akan menentukan kecepatan proses pembekuan. Pembekuan dengan sistem air blast, adalah kombinasi pembekuan melalui suhu rendah dan kecepatan udara dingin yang dihembuskan ke arah produk.
  • 157 EVAPORATOR 8 Kerangka Isi 8.1 Jenis Evaporator 8.2 Konstruksi evaporator 8.3 Bare tube evaporator 8.4 Plate surface evaporator 8.5 Finned Evaporator 8.6 Kapasitas evaporator
  • 158 8.1 Jenis Evaporator Evaporator adalah media pemindahan energi panas melalui permukaan agar refrijeran cair menguap dan menyerap panas dari udara dan produk yang ada di dalam ruang tersebut. Karena, begitu banyaknya variasi kebutuhan refrijerasi, maka evaporator juag dirancang dalam berbagai tipe, bentuk, ukuran dan desain. Evaporator dapat dikelompokkan dalam berbagai klasifikasi, misalnya, konstruksi, cara pencatuan refrijeran cair, kondisi operasi, cara sirkulasi udara dan jenis katub ekspansinya. 8.2 Konstruksi Evaporator Dilihat konstruksinya, evaporator dapat dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu (1) bare-tube, (2) plate-surface, dan (3) finned. Evaporator jenis Bare tube dan plate-surface dapat dikelompokkan sebagai evaporator permukaan primer, di mana permukaan untuk transfer panas mempunyai kontak langsung dengan refrijeran cair yang menguap di dalamnya. Kalau evaporator jenis finned, maka hanya pipa refrijeran yang disebut permukaan primer, sedangkan finned-nya disebut sebagai evaporator permukaan sekunder. Finned hanya berfungsi menangkap udara disekitarnya dan mengubungkannya ke pipa refrijeran. Evaporator Bare-tube dan plate-surface lazim digunakan untuk keperluan pendinginan air dan pendnginan udara yang suhunya di bawah 1oC. Akumulasi bunga es pas permukaan evaporator tidak dapat dicegah. Oleh karena itu perlu diupayakan untuk menghilangkan bunga es di permukaan evaporator. 8.3 Bare tube Evaporator Evaporator jenis bare-tube, terbuat dari pipa baja atau pipa tembaga. Penggunaan pipa baja biasanya untuk evaporator berkapasitas besar yang menggunakan ammonia. Pipa tembaga biasa digunakan untuk evaporator berkapasitas rendah dengan refrijeran selain ammonia. Gambar 8.1 memperlihatkan evaporator jenis bare-tube.
  • 159 Gambar 8.1 Desain Evaporator Bare-tube. (a) Flat zigzag coil, (b) oval trombone coil
  • 160 8.4 Plate Surface Evaporator Evaporator permukaan plat atau plate-surface dirancang dengan berbagai jenis. Beberapa diantaranya dibuat dengan menggunakan dua plat tipis yang dipres dan dilas sedemikian sehingga membentuk alur untuk mengalirkan refrijean cair. Gambar 8.2. Cara lainnya, menggunakan pipa yang dipasang diantara dua plat tipis kemudian dipress dan dilas sedemiak seperi gambar 8.3. Ganbar 8.2 Desain Evaporator Permukaan Plat Gambar 8.3 Desain evaporator Permukaan plat untuk refrigerator Domestik Gambar 8.4 Desain evaporator permukaan plat dengan pipa
  • 161 8.5 Finned Evaporator Evaporator jenis finned adalah evaporator bare-tube tetapi dilengkapi dengan sirip-sirip yang terbuat dari plat tipis alumunium yang dipasang disepanjang pipa untuk menambah luas permukaan perpindahan panas. Sirip-sirip alumunium ini berfungsi sebagai permukaan transfer panas sekunder. Jarak antar sirip disesuaikan dengan kapasitas evaporator, biasanya berkisar antara 40 sampai 500 buah sirip per meter. Evaporator untuk keperluan suhu rendah, jarak siripnya berkisar 80 sampai 200 sirip per meter. Untuk keperluan suhu tinggi, seperti room AC, jarak fin berkisar 1,8 mm. 8.6 Kapasitas Evaporator Kapasitas evaporator biasanya dinyatakan dalam watt. Agar dapat memindahkan energi panas sesuai denga keinginan, maka permukaan perpindahan panas evaporator harus mempunyai kapasitas perpindahan panas yang cukup, agar semua refrijeran yang akan diuapkan di dalam evaporator dapat berlangsung dengan optimal dan menghasilkan pendinginan yang maksimum pula. Pemindahan panas yang berlangsung di evaporator dapat terjadi dalam dua cara,yaitu konveksi, dan konduksi. Besarnya kapasitas perpindahan panas pada evaporator tergantung pada lima variable sebagai berikut:
  • 162 (1) Luas area perpukaan (2) Beda suhu (3) Faktor konduktivitas panas (4) Ketebalam material yang digunakan (5) Waktu Secara matematika, jumlah panas yang dipindahkan dapat dihitung denga formula sebagai berikut: Q = A x U x TD Di mana Q = jumlah panas yang dipindahkan dalam W A = Permukaan luar evaporator dalam m2 U = Faktor konduktansi panas dalam W/m2 K TD = Beda suhu refrijeran dan udara luar Luas Permukaan Luar Evaporator Untuk menghitung luas permukaan luar evaporator, yang perlu kita pertimbangkan mencakup: (1) Luas permukaan sirip (2) Luas permukaan pipa (3) Luas prmukaa bengkokan pipa Contoh Hitung luas permukaan area luar evaporator berukuran 8 x 6 inchi. Panjang pipa 10 feet. Tebal sirip fin 0,025 inchi, jarak antar pipa 4inchi, diameter pipa 5/8 inchi. Jarak antar sirip 0,5 inchi. Solusi Luas area setiap sirip adalah 8 in x 6 in = 48 in2 Karena ada dua permukaan, luas fin seluruhnya adalah 96 in2. Karena ada lubang untuk pipa 5/8 in, maka luas efektif fin harus dikurangi luas lubang. Luas area lubang untuk pipa adalah 0,25 x 3,14 x (5/8)2= 0,307 in2. Karena setiap lubang ditempati dua permukaan fin, maka luas total lubang pipa menjadi 0,614 in2. Setiap fin terdapat dua lubang, jadi luas seluruhnya menjadi 1,228 in2. Jadi luas perpindahan panas efektif setiap fin adalah 96 in2 – 1,228 in2 = 94,8 in2
  • 163 Jumlah total sirip fin adalah 10 ft x 12 in/ft = 120 in. Setiap inchi ada 2 fin,jadi jumlah fin total adalah 120 x 2 fin = 240 fin, bila ditambah ekstra fin paling pinggir menjadi 241 buah sirip fin. Jadi luas area seluruh fin adalah 94,8 x 241 = 22.846,8 in2. Luas area permukaan pipa ,panjang 10 ft dan diameter 5/8 in, adalah 10 ft x 12ft/in = 120 in, karena ada 2 pipa sehingga panjang total pipa adalah 240 in. Keliling pipa adalah 3,14 x 5/8 in = 1,9635 in Luas pipa total adalah 240 in x 1,9635 in = 471,24 in2. Luas permukaan efektif pipa harus dikurangi dengan luas kontak pipa dengan fin. Luas kontak pipa dengan fin adalah 5/8 x 3,14 x 0,25 x 241 = 11,83 in2. Jadi luas permukaan efektif pipa adalah 471,24 – 11,83 = 459,41 in2. Luas area bengkokan pipa adalah panjang bengkokan x keliling bengkokanx jumlah bengkokan Panjang bengkokan adalah 3,14 x 4 in = 12,5664 in Tetapi hanya setengah lingkaran , jadi panjang bengkokan menjadi 6,2832 in Keliling bengkokan adalah 5/8 x 3,14 = 1,96 in Jadi luas total bengkokan adalah 6,2832 x 1,96 = 12,3 in2. Luas permukaan seluruhnya adalah 22.846,8 + 459,4 + 12,3 = 23.318,5 in2 = 161,9 ft2.
  • 164 PENGONTROLAN LAJU ALIRAN REFRIJERAN CAIR 9 Kerangka Isi 9.1 Pengontrolan Laju Aliran Refrijeran 9.2 Hand Expansion Valve 9.3 Automatic Expansion Valve 9.4 Thermosatatic Expansion Valve 9.5 Pipa Kapiler
  • 165 9.1 Pengontrolan Laju Aliran Refrijeran Refrijeran cair dari condenser yang akan diuapkan di evaporator dikontrol oleh katub ekspansi. Pada kenyataannya, pengontrolan laju refrijeran cair ini dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai alat. Ada enam jenis alat pengontrol laju aliran refrijeran, yaitu (1) hand expansion valve, atau katub ekspansi manual, (2) automatic expansion valve atau katub ekspansi otomatis, (3) thermostatic expansion valve atau katub ekspansi thermostatik, (4) pipa kapiler, (5) low pressure float atau katub apung tekanan rendah, dan (6) high pressure float atau katub apung teknan tinggi. Apapun jenis katubnya, fungsi utama alat pengontrol laju refrijeran ini sama yaitu: (1) untuk menakar refrijeran cair dari saluran liquid line ke evaporator pada jumlah yang tepat sesuai kapasitas evaporator, dan (2) untuk menjaga perbedaan tekanan antara tekanan kondensasi dan tekanan evaporasi tetap konstan, agar supaya refrijeran cair yang diuapkan di evaporator selalu berada pada tekanan rendah sesuai yang diinginkan dan sekaligus menjaga tekanan tinggi di sisi kondensor. 9.2 Hand Expansion Valve Hand expansion valve adalah katub ekspansi yang diatur secara menual. Laju aliran refijeran yang melalui katub tergantung pada beda tekanan pada mulut katub dan bukaan katub jarumnya. Bila beda tekanan pada mulut katub jarum konstan, maka laju aliran refrijeran cair juga konstan tidak terpengaruh oleh tekanan operasi evaporator. Gambar 9.1 Hand expansion valve. Kelemahan hand expansion valve adalah tidak responsive terhadap perubahan beban pendinginan yang diterima oleh evaporator. Oleh karena itu harus diatur setiap saat disesuaikan dengan beban evaporator
  • 166 9.3 Automatic Expansion Valve Gambar 9.2 menunjukkan diagram skematik automatic expansion valve. Katub ini terdiri dari katub dan dudukan katub jarum, diafrahma, filter dan pegas yang dapat diatur tensinya melalui sebuah sekrup pengatur. Gambar 9.2 Diagram skematik automatic expansion valve Saringan atau filter biasanya dipasang pada sisi masuk katub untuk menyaring atau mencegah kotoran agar tidak menghalangi kerja katub. Gambar 9.3 memperlihatkan konstruksi katub otomatis ini. Gambar 9.3 Konstruksi automatic expansion valve
  • 167 Perhatikan Gambar 9.2, tekanan evaporasi menekan diafrahma dari satu sisi yang cenderung untuk menutup katub sedang tekanan pegas menekan diafrahma dari sisi lainnya yang cenderung membuka katub. Pada saat kompresor bekerja, katub berfungsi menjaga tekanan evaporasi seimbang dengan tekanan pegas. Gambar 9.4 Kondisi refrijeran pada saat beban evaporator tinggi Gambar 9.5 Kondisi refrijeran pada saat beban evaporator minimum
  • 168 9.4 Thermosatatic Expansion Valve Katub ekspansi thermosattik adalah jenis katub yang paling banyak digunakan, karena efisiensinya tinggi dan mudah diadaptasikan dengan berbagai aplikasi refrijerasi. Bila pada katub ekspansi otomatik pengaturannya berbasis pada tekanan evaporator, maka kaub ekspansi thermostatik pengaturannya berbasis pada suhu gas panaslanjut di bagian keluaran evaporator selalu konstan untuk memastikan refrijeran yang dihisap kompresor selalu dalam fasa gas. Karena sifatnya tersebut, katub ekspansi thermostatik sangat tepat digunakan pada sistem refrijerasi yang mempunyai beban bervariasi. Gambar 9.6 memperlihatkan konstruksi katub ekspansi thermostatik. Gambar 9.6 Ilustrasi konstruksi katub ekspansi thermostatik Bagian utama katub ekspansi thermostatik adalah (1) katub jarumdan dudukannya, (2) diafrahma, (3) remote bulb yang berisi refrijeran cair, dilengkapi dengan pipa kapiler yang langsung terhubung ke diafrahma, dan (4) pegas yang dapat diatur tekanannya melalui sekrup pengatur tekanan. Seperti semua piranti kontrol laju aliran refijeran lainnya, katub ekspansi thermostatik juga dilengkapi dengan filter dari kasa baja yang diletakkan di sisi masukan katub.
  • 169 Remote bulb dipasang pada sisi keluaran evaporator dicekam atau diklem kuat pada saluran outlet evaporator agar dapat mendeteksi atau merespon langsung suhu refriejran yang mengalir pada sisi outlet evaporator. Walaupun dalam prakteknya ada sedikit perbedaan antara suhu gas pada saluran suction di mana remote bulb dipasang dan suhu refrijeran saturasi yang ada di dalam remote bulb, tetapi untuk hal ini dapat diabaikan. Sehingga dapat dianggap tekanan yang diberikan oleh refrijeran saturasi yang ada di dalam remote bulb selalu berhubungan dengan suhu gas refrijeran yang ada di saluran outlet evaporator dimana remote bulb dipasang. Gambar 9.7 Lokasi pemasangan remote bulb pada sisi outlet evaporator Gambar 9.8 Detail contoh pemasangan remote bulb
  • 170 Kerja katub ekspansi thermostatik merupakan hasil interaksi tiga jenis tekanan yang bekerja pad diafrahma, yaitu tekanan pegas dan tekanan evaporasi yang akan menekan diafrahma sehingga cenderung menutup katub dan tekanan yang dihasilkan oleh refrijeran saturasi yang ada di dalam remote bulb bila refrijerannya mengembang yang melawan tekanan pegas dan tekanan evaporasi, sehingga cenderung membuka katub. Gambar 9.9 memperlihatkan gambar skema prinsip kerja katub ekspansi thermostatik. Gambar 9.9 Ilustrasi prinsip kerja katub eksapnsi thermostatik Asumsikan refrijeran cair yang ada di evaporator menguap pada suhu 4oC sehingga tekanan saturasi evaporasinya adalah 250 kPa. Asumsikan pula, tekanan yang diberikan oleh pegas adalah 60 kPa, sehingga tekanan total yang diterima diafrahma adalah (150 + 60) = 310 kPa. Bila rugi tekanan diabaikan maka suhu dan tekanan pada semua titik di evaporator adalah sama. Tetapi refrijeran yang berada setelah titik B hingga ke saluran outlet evaporator menguap sehingga suhunya naik dan refrijeran saturasi berubah menjadi gas panaslanjut (superheat vapor), pada tekanan saturasi 250 kPa. Pada sisi ini suhu refrijeran naik 5K dari 4oC, menjadi 9oC. Refrijeran saturasi yang ada di dalam remote bulb akan merasakan langsung perubahan suhu ini sehingga suhunya juga naik menjadi 9oC dan menghasilkan tekanan pada diafrahma sebesar 310 kPa yaitu tekanan saturasi pada suhu 9oC. Karena kedua tekanan yang bekerja pada diafrahma mempunyai besaran yang sama, sehingga bukaan katub jarumnya akan dipertahankan konstan.
  • 171 Selama suhu refrijeran gas pada sisi outlet evaporator tetap konstan 9oC, atau derajad panaslanjut gas refrijeran tetap 5K, maka keseimbangan laju aliran refrijeran ke evaporator akan tetap terjaga. Tetapi jika suhu gas panalanjut pada outlet evaporator turun lebih kecil dari 5K, maka tekanan yang dihasilkan oleh remote bulb turun sehingga katub jarum sedikit menutup karena tekanan pegas dan tekanan evaporasinya menjadi lebih besar. Laju aliran refrijeran agak tersendat, hingga akhirnya suhu gas panaslanjut pada sisi outlet evaporator naik kembali ke besaran 5K. Kebalikannya, jika suhu gas panalanjut pada outlet evaporator turun lebih besar dari 5K, maka tekanan yang dihasilkan oleh remote bulb naik sehingga bukaan katub jarum menjadi lebih besar karena tekanan pegas dan tekanan evaporasinya menjadi lebih kecil. Laju aliran refrijeran agak naik, hingga akhirnya suhu gas panaslanjut pada sisi outlet evaporator naik kembali ke besaran 5K. Pengaturan tekanan pegas melalui baut pengatur sering disebut sebagai ’setting superheat’. Jika setting tekanan pegas dinaikkan, akan menaikkan derajad panaslanjut, dan kebalikannya bila tekanan pegas diturunkan akan menurunkan derajad panaslanjutnya. Biasanya besaran derajad panaslanjut (setting superheat) yang lazim dilakkan oleh pabrikan berkisar antara 4K hingga 5K. Gambar 9.10 Lokasi pemasangan remote bulb yang salah dan yang benar
  • 172 Seperti telah dikemukakan di atas, karena adanya rugi tekanan pada pipa maka tekanan pada sisi masuk dan sisi keluar evaporator tidak sama. Jika rugi tekanan yang timbul cukup besar, maka dapat berakibat pada setting superheat-nya. Untuk mengatasi hal ini maka pada katub ekspansi thermostatik ditambah asesori yang disebut sebagai equalizer eksternal. Gambar 9.11 memperlihatkan konstruksi katub ekspansi thermostatik yang dilengkapi dengan equalizer sedang gambar 9.12 memperlihatkan prinsip kerjanya. Gambar 9.12 Konstruksi katub ekspansi dengan equalizer eksternal Gambar 9.12 Konstruksi katub ekspansi dengan equalizer eksternal
  • 173 Dari gambar 9.12 dapat dilihat bahwa tekanan pegas 51 kPa ditambah dengan tekanan tekanan outlet evaporator 188 kPa. Tekanan total yang diberikan ke diafrahma adalah (188+51) = 239 kPa. Tekanan yang diberikan oleh remote bulb adalah 239 kPa. Keadaan seimbang ini akan terus dipertahankan selama derajad panaslanjut refrijeran gas sebesar 5K. 9.5 Pipa Kapiler Sistem pengontrol laju refrijeran yang paling sederhana adalah pipa kapiler. Seperti namanya pipa kapiler terdiri dari pipa panjang dengan diameter yang sangat kecil. Diameter pipa kapiler antara 0,26 in sampai 0,4 inci. Gambar 9.13 memperlihatkan sistem refrijerasi dengan pipa kapiler. Pada ukuran panjang dan diameter tertentu, pipa kapiler memiliki tehanan gesek yang cukup tinggi sehingga dapat menurunkan tekanan kondensasi yang tinggi ke tekanan evaporasi yang rendah. Pipa kapiler berfungsi menakar jumlah refrijeran cair ke evaporator dan untuk menjaga beda tekanan anatara tekanan kondensasi dan tekanan evaporasi tetap konstan. Karena pemasangan pipa kapiler terhubung seri di dalam sistem refrijerasi, maka ukuran kapasitas penyaluran refrijeran cair yang dihasilkan oleh pipa kapiler harus sesuai dengan kapasitas kompresi dari kompresor. Oleh karena itu untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi, maka kapasitas pipa kapiler harus sama dengan kapasitas kompresi kompresor. Bila hambatan gesek pipa kapiler terlalu besar, karena pipa kapilernya terlalu panjang atau terlalu kecil, maka kapasitas pipa untuk menyalurkan refrijeran cair dari kondenser ke evaporator menjadi lebih kecil dibandingkan dengan kapasitas kompresi. Akibatnya evaporator kekurangan refrijeran cair, tekananya turun. Di lain pihak refrijeran cair di kondensor naik, sehingga tekanan kondensasinya naik. Efek pendingian kurang. Sebaliknya, jika hambatan gesek pipa kapiler terlalu kecil, karena pipa kapilernya terlalu pendek atau terlalu besar, maka kapasitas pipa untuk menyalurkan refrijeran cair dari kondenser ke evaporator menjadi lebih besar dibandingkan dengan kapasitas kompresi. Akibatnya evaporator kelebihan refrijeran cair, tekanannya naik. Tidak semua
  • 174 refrijeran cair dapat menguap di evaporator. Kompresor menghisap liquid refrijeran. Untuk meningkatkan unjuk kerja sistem dengan pipa kapiler, maka sebagian pipa kapiler direkatkan pada pipa suction, atau sebagian pipa kapiler dimasukkan ke dalam pipa suction, seperti yang dilakukan pabrikan lemari es untukkeperluan rumah tangga. Gambar 9.13 Sistem Pipa Kapiler
  • 175 KONDENSER DAN PEMELIHARAANNYA 10 Kerangka Isi 10.1 Pendahuluan 10.2 Permasalahan Kondensor 10.3 Permukaan Kondensor Kotor 10.4 Pemeliharaan Air-cooled Condensor 10.5 Pemeliharaan Water-cooled Condensor
  • 176 10.1 Pendahuluan Unit ini membahas tentang permasalahan yang dihadapi kondenser saat beroperasi dan selanjutnya solusi yang dapat diterapkan untuk mengatasi permasalahan tersebut. Pada sesi ini anda akan belajar tentang prosedur pemeliharaan kondenser. Pada prinsipnya mesin refrigerasi mekanik terdiri dari 4 fungsi yaitu: Evaporasi, kompresi, Kondensasi dan ekspansi. Sesuai dengan fungsinya maka komponen sistem refrigerasi mekanik terdiri dari : Evaporator, Kompresor, Kondensor dan Katub ekspansi (katub pengontrol refrigerant). Disamping itu, agar keempat fungsi tersebut dapat beroperasi sesuai keinginan maka diperlukan sistem pengaturan (kontrol) baik secara elektrik, elektronik atau pneumatik. Komponen utama mesin refrigerasi adalah kompresor, kondensor, refrigerant flow control dan evaporator (cooling coil). Disamping itu terdapat komponen bantu yang jenisnya tergantung dari aplikasi dan kapasitas mesinnya, antara lain pipa penghubung pada sisi tekanan rendah dan tekanan tinggi, strainer, dryer, heat exchanger, fan, pompa, katub, regulator dan protector dan cooling tower. Bagian kontrol mesin refrigerasi terdiri dari berbagai komponen yang bekerja secara elektrik, pnumatik dan elektronik, antara lain : motor penggerak kompresor dan fan, kontaktor, relai, motor starter, over load protection, capasitor, pressure switch, thermostat, humidistat, timer serta berbagai alat bantu lain yang berupa regulator dan protector. 10.2 Permasalahan Kondenser Seperti telah diketahui, bahwa fungsi condenser di dalam sistem Refrigerasi Kompresi Gas adalah untuk merubah wujud refrigeran dari gas yang bertekanan dan bersuhu tinggi dari discharge kompresor menjadi cairan refrigeran yang masih bersuhu dan bertekanan tinggi. Pada saat gas bergerak dari sisi discharge kompresor masuk ke dalam condenser, ia mengandung beban kalor yang meliputi kalor yang diserap oleh evaporator untuk penguapan liquid refrigeran, kalor yang diserap untuk menurunkan suhu liquid refrigeran dari suhu kondensing ke suhu evaporating, kalor yang
  • 177 dihisap oleh silinder chamber dan kalor yang dipakai untuk mengkompresi gas dari evaporator. Kondenser harus mampu membuang kalor tersebut ke cooling medium yang digunakan oleh kondensernya Untuk membuang kalor yang dikandung refrigeran yang berada di dalam coil kondenser diperlukan cooling medium. Sesuai dengan jenis cooling medium yang digunakan maka kondenser dapat dibedakan menjadi 3, yaitu : (1) Air Cooled Condenser (menggunakan udara sebagai cooling medium), (2) Water Cooled Condenser (menggunakan air sebagai cooling medium dan (3) Evaporative Condenser (menggunakan kombinasi udara dan air) Seperti telah diketahui, kondenser diletakkan di luar ruangan (out door). Sehingga permukaan coil kondenser tentu saja mudah sekali terkena kotoran baik oleh debu, uap air dan kotoran lainnya Agar pembuangan kalor tersebut dapat berlangsung dengan efektis secara terus menerus maka permukaan perpindahan panas pada kondenser harus selalu dalam kondisi bersih, bebas kotoran dan debu. Untuk itu kondenser harus selalu dibersihkan secara rutin. Gambar 10.1 Tipikal Kondenser dengan pendinginan air
  • 178 Gambar 10.2 Kondensor dengan pendingianan Air Gambar 10.3 Tipikal kondenser dengan pendinginan air tube-in- tube Gambar 10.4 Tipikal kondensor dengan pendinginan air, tube-in tube
  • 179 Udara keluar Refrijeran gas Refijeran Cair Udara masuk Air masuk pompa Gambar 10.5 Evaporative Condenser 10.3 Permukaan Kondenser Kotor Untuk operasi cooling, maka kondenser selalu diletakkan di luar ruang. Jadi coil kondenser selalu berhubungan dengan udara luar yang kotor baik debu, kotoran lain dan serangga. Oleh karena itu permukaan coil condenser cenderung kotor. Bila kotoran yang menempel pada permukaan coil kondenser tersebut semakin tebal maka akan dapat menimbulkan masalah terhadap siklus refrigeran di dalam unit air cinditioner. Seperti telah diketahui bahwa kondenser mempunyai tugas khusus yaitu membuang atau memindahkan kalor yang dikandung oleh gas refrigeran superheat akibat aksi kompresi oleh kompresor ke udara sekitarnya melalui permukaan dan fin coil kondenser. Bila proses perpindahan kalor ini berjalan lancar maka gas refrigeran tersebut
  • 180 akan mengalami kondensasi dan berubah wujud menjadi liquid refrigeran pada outlet kondenser. Tetapi bila permukaan kondenser tertutup oleh debu dan kotoran lain maka proses perpindahan kalor tersebut tidak akan berjalan lancar akibatnya proses kondensasi juga terhambat dalam hal ini masih ada tidak semua gas dapat berubah wujud menjadi liquid. Akibatnya efek pendinginannya juga berkurang. Gejala yang Timbul: Gejala yang dapat ditimbulkan oleh gangguan block condenser adalah efek pendinginan kurang, tekanan kondensing atau tekanan pada sisi discharge di atas normal, tekanan evaporating atau tekanan pada sisi suction di atas normal, arus yang diambil oleh motor kompresor di atas normal dan overload protector untuk kompresor sering bekerja. 10.4 Pemeliharaan Air Cooled Condenser Gangguan block condenser dapat terjadi bila unit air conditionernya tidak mendapat perawatan yang memadai. Untuk mencegah timbulnya blocked condenser maka setiap unit air conditioner harus dibersihkan atau dicuci (cleaning) secara rutin. Prosedur Cleaning untuk AC window 1. Turunkan unit AC window dari tempat pemasangannya. 2. Lepaskan seluruh rangkaian kontrol berikut komponen listrik yang tidak kedap air dari unit. 3. Buat larutan pencuci dengan melarutkan ¼ kg soda api ke dalam 10 liter air bersih. 4. Siram permukaan koil kondenser dengan larutan tersebut hingga merata dan biarkan selama kurang lebih 30 menit. 5. Kemudian semprotkan air bersih (dengan menggunakan peralatan pompa) ke permukaan koil kondenser secara merata hingga seluruh kotoran dan karat terlepas dari permukaan koil kondenser. 6. Keringkan seluruh permukaan unit dari sisa-sisa air dengan menyemprotkan udara bertekanan dari kompresor udara. 7. Rakit kembali semua komponen dan rangkaian kontrolnya. 8. Lakukan pengujian, meliputi pengukuran arus yang diambil kompresor, suhu dingin yang keluar dari outlet grill evaporator. Dalam kondisi normal maka suhu dingi yang keluar dari evaporator berada di sekitar 10 atau 11 derajad celcius. Bila
  • 181 suhunya di atas 15 derajad celsius maka lakukan pemeriksaan tekanan pada sisi suction atau sisi dischargenya dengan menggunakan process tube kit. Dalam kondisi normal takanan suction berada di sekitar 50 psi hingga 65 psi dan tekanan dischargenya sekitar 180 psi hingga 260 psi. Prosedur Cleaning AC Split 1. Lakukan pump down pada unit AC Split yang akan dicuci dengan menutup saluran liquid yang menuju ke kondenser. Caranya : Pasang manifold gauge pada katub service sisi tekanan rendah (pipa besar) kemudian atur posisi katub pada saluran liquid (pipa kecil) hingga mencapai posisi “Front Seat” (putar searah jarum jam). Semua kegiatan tersebut dilakukan pada saat AC split masih dalam kondisi running. Tunggu beberapa saat, penunjukkan meter tekanan akan turun, bila penurunan tekanan mencapai sekitar 5 psi, matikan kompresor. Pump down selesai. Pada hakekatnya pump down adalah kegiatan untuk mengumpulkan refrigeran ke dalam unit kondenser. Sehingga bila pipa yang menghubungkan unit in door dan out door dilepas maka tidak ada refrigeran yang terbuang. 2. Lepas sambungan pipa yang menuju ke condenser. 3. Proses pencucian kondenser sama seperti pada unit AC Window. 4. Bila sudah dirakit kembali, pasang kembali sambungan pipa ke kondenser. 5. Jangan lupa melakukan “purging” yaitu membuang udara yang ada di dalam pipa. Caranya : Pasang terlebih dahulu sambungan pipa kecil pada tempatnya dan kencangkan flare nutnya. Kemudian pasang kembali sambungan pipa besar, ikatan flare nut agak dikendorkan. Selanjutnya buka sedikit posisi katub pada pipa kecil, sehingga ada aliran fefrigeran yang keluar dari pipa kecil menuju ke evaporator dan keluar lagi menuju ke sambungan flare nut pipa besar yang masih kendor. Biarkan kira-kira 15 hitungan dan kemudian kencangkan flare nut pada pipa besar. Purging selesai. 6. Atur kembali posisi service valve pada pipa kecil (berlawanan arah jarum jam) hingga mencapai posisi back seated. Lakukan pengujian seperti halnya pada unit AC Window
  • 182 10.5 Pemeliharaan Water Cooled Condenser Metoda membersihkan (cleaning) unit pipa air condenser , tergantung pada kualitas air pendingin yang digunakan sebagai media pendingin, dan tergantung pada konstruksi condenser yang digunakan. Kualitas air yang digunakan sebagi pendingin mempunyai tingkat kekotoran yang berbeda-beda. Tergantung pada tingkat kekotoran air, maka tingkat pengendapan atau lapisan kerak/lumpur yang dapat menempel pada permukaan coil kondenser juga berbeda-beda. Endapan atau lapisan kerak/lumpur pada coil condenser dapat berpengaruh terhadap performa condensernya. Condenser dengan heat yang dapat dilepas, memudahkan pekerjaan kita untuk membersihkan pipa - pipa airnya dengan menggunakan sikat baja. Setelah pipa-pipanya terbebas dari endapan/lapisan kerak/lumpur karena disikat dengan sikat baja, maka saluran pipa airnya diguyur atau disiram dengan menggunakan air bersih untuk membersihkan atau membuang sisa- sisa kotoran keluar dari saluran pipa air. Bila endapan/lapisan kerak lumpur susah dihilangkan dengan disikat, maka perlu dibersihkan dengan cara lain, yaitu dengan menggunakan cairan kimia yang khusus disediakan untuk membersihkan kerak air. Pada saat menginstall condensing unit, ingatlah selalu, bahwa condensing unit perlu dibersihkan (cleaning) secara periodik. Maka perlu disediakan space ruang yang agak longgar pada removable heat-nya, untuk memudahkan pekerjaan cleaning. Setelah pekerjaan pencucian (cleaning) selesai dilakukan, maka pada saat merakit kembali, SELALU gunakan head gasket YANG BARU. Cara yang paling efektif untuk membersihkan pipa air (water tube) adalah dengan menggunakan cairan kimia (tube cleaner) yang telah disediakan secara khusus untuk keperluan itu. Bila endapan/lapisan kerak lumpur tidak terlalu tebal, maka tidak perlu digunakan alat bantu lain untuk memasukkan cairan pembersih tersebut ke dalam pipa-pipanya, cukup dengan cara alami yang memanfaatkan grafitasi (grafitation circulation). Tetapi bila lapisan kerak air sangat tebal, maka untuk memasukkan cairan pembersih ke dalam pipa-
  • 183 pipa air condenser, perlu menggunakan bantuan pompa air (forced circulation). Gambar 10.6 Cara membersihkan pipa condenser, menggunakan sikat baja Pipa karet niple Tanki Kayu Gambar 10.7 Membersihkan pipa pendingin Kondenser dengan menggunakan cairan pembersih yang disirkulasikan dengan menggunakan pompa air
  • 184 Gambar 10.8. Cara lain yang dapat dilakukan untuk membersihkan kondenser dengan menggunakan cairan pembersih (liquid solvent) Liquid Solvent Berhati-hatilah pada saat bekerja dengan cairan kimia perbersih condenser. Cairan kimia tersebut dapat merusak pakaian dan tangan kita dan dapat pula merusak lapisan beton. Oleh karena itu, upayakan agar tidak terkena percikan cairan itu apalagi terkena tumpahannya. Selama proses pencucian dengan cairan kimia tersebut, maka akan dihasilkan gas buang yang akan keluar lewat pipa buang (vent pipe). Gas buang ini tidak berbahaya, tetapi berhati-hatilah terhadap adanya percikan cairan yang keluar lewat pipa tersebut. Bila akan meramu sendiri cairan pembersihnya, maka dapat digunakan formula sebagai berikut : 1. air : 78 % 2. Comercial Hydrochloric : 22 % 3. Grasseli powder no.3 : 0,27 oz per galon. Grasseli no.3 yang berbentuk powder, dimasukkan ke dalam larutan hydrokloric sesuai takaran yang dibuat dan diaduk hingga larut.
  • 185 Tempat yang digunakan untuk meramu larutan tersebut sebaiknya terbuat dari kayu atau logam non galvanis. Cara Menggunakan Liquid Solvent Bila gravity Circulation yang digunakan untuk memasukkan cairan pembersih ke dalam pipa air kondenser, maka aturlah agar pemasukan cairannya tidak terlalu cepat, untuk memberi kesempatan vent pipe-nya membuang gasnya keluar. Bila pipa air condenser sudah tersisi dengan cairan tersebut, maka biarkan cairan tersebut bereaksi paling tidak satu malam. Bila menggunakan forced circulation, maka katub pada vent pipe harus dibuka penuh, selama cairan pembersih dimasukkan ke dalam pipanya, tetapi harus segera ditutup bila pipa air condenser sudah terisi penuh dengan cairan pembersih. Selanjutnya pompa akan mensirkulasikan cairan tersebut. Cleaning Time Cairan pembersih harus dibiarkan bereaksi di dalam pipa air condenser atau terus disirkulasikan dengan oleh pompa selama semalaman. tetapi bila lapisan kerak lumpurnya sangat tebal, maka forced circulation dapat diteruskan hingga mencapai waktu tidak kurang dari 24 jam. Pembilasan Setelah waktu pembersihan selesai dilalui, maka cairan tersebut dapat dibuang atau dikeluarkan dari dalam pipa air kondenser dan selanjutnya dilakukan proses pembilasan dengan air bersih. Membersihkan Evaporative Kondenser Cara terbaik yang dapat digunakan untuk mencegah menumpuknya kerak/lumpur pada permukaan pipa air evaporative condenser, adalah menjaga kualitas air yang digunakan sebagai media pendingin. Bila kualitas airnya jelek, maka akan mudah terbentuk endapan kerak/lumpur pada permucaan coil fin. Bila kualitas air bakunya jelek, maka perlu disediakan perlengkapan lain untuk menjernihkan airnya (water treatment). Cara sederhana untuk menghilangkan adanya endapan kerak/lumpur pada coil condenser, adalah dengan menggunakan cairan pembersih seperti telah diuraikan di atas.
  • 186 Gambar 10.9. Cara Membersihkan Evaporative Condenser
  • 187 KOMPRESOR DAN PEMELIHARAANNYA 11 Kerangka Isi 11.1 Fungsi Kompresor 11.2 Kompresor Torak 11.3 Piston (compressor) Displacement 11.4 Efisiensi Volumetrik 11.5 Perbandingan Kompresi 11.6 Kontaminasi 11.7 Pengujian Kompresor
  • 188 Fungsi Kompresor 11.1 Dalam pembahasan siklus refrigeran pada sistem refrigerasi kompresi gas telah diketahui operasi kompresor. Maksud dari operasi kompresor adalah untuk memastikan bahwa suhu gas refrigeran yang disalurkan ke kondenser harus lebih tinggi dari suhu condensing medium. Bila suhu gas refrigeran lebih tinggi dari suhu condensing medium ( udara atau air) maka energi panas yang dikandung refrigeran dapat dipindahkan ke condensing medium. akibatnya suhu refrigeran dapat diturunkan walaupun tekanannya tetap. Oleh karena itu kompresor harus dapat mengubah kondisi gas refrigeran yang bersuhu rendah dari evaporator menjadi gas yang bersuhu tinggi pada saat meninggalkan saluran discharge kompresor. Tingkat suhu yang harus dicapai tergantung pada jenis refrigeran dan suhu lingkungannya. Dilihat dari prinsipoperasinya, maka kompresor dapat dibedakan menjadi dua yaitu : a. Mechanical Action Yang termasuk dalam jenis ini adalah : Kompresor Torak Kompresor Rotary Kompresor Sekrup Pada mechanical action compressor, efek kompresi gas diperoleh dengan menurunkan volume gas secara reciprocating.
  • 189 Gambar 11.1 Mechanical Action Kompresor didesain dan dirancang agar dapat memberikan pelayanan dalam jangka panjang walaupun digunakan secara terus menerus dalam sistem refrigerasi kompresi gas. Untuk dapat melakukan performa seperti yang diharapkan maka kompresor harus bekerja sesuai kondisi yang diharapkan, terutama kondisi suhu dan tekanan refrigeran pada saat masuk dan meninggalkan katub kompresor. b. Rotary Action Pada rotary action compressor, efek kompresi diperoleh dengan menekan gas yang berasal dari ruang chamber menuju ke saluran tekan yang berdiameter kecil untuk menurunkan volume gas. Gambar 11.2 Aksi Mekanik Rotary Compressor
  • 190 11.2 Kompresor Torak Sesuai dengan namanya, kompresor ini menggunakan torak atau piston yang diletakkan di dalam suatu tabung silinder. Piston dapat bergerak bebas turun naik untuk menimbulkan efek penurunan volume gas yang berada di bagian atas piston. Di bagian atas silinder diletakkan katub yang dapat membuka dan menutup karena mendapat tekanan dari gas. Jumlah silinder yang digunakan dapat berupa silinder tunggal misalnya yang banyak diterapkan pada unit domestik dan dapat berupa multi silinder. Jumlah silinder dapat mencapai 16 buah silinder yang diterapkan pada unit komersial dan industrial. pada sistem multi silinder maka susunan silinder dapat diatur dalam 4 formasi, yaitu : a. Paralel b. Bentuk V c. Bentuk W d. Bentuk VW Gambar 11.3 Formasi Silinder kompresor
  • 191 Operasi Piston dan Siklus Diagram Gambar 11.4 memperlihatkan hubungan antara posisi piston(torak) dengan operasi katub-katub kompresor ( katub hisap dan katub tekan ). Gambar 11.4 Siklus Operasi Kompresor Katub Kompresor Katub kompresor yang digunakan pada kompresor refrigerasi lebih cenderung ke : Pressure Actuated daripada ke : Mechanical Actuated.
  • 192 Perhatikan lagi gambar 11.4 tentang siklus operasi kompresor torak. Pergerakan katub-katub kompresor baik katub pada sisi tekanan rendah (suction) dan katub pada sisi tekanan tinggi (discharge) semata-mata dipengaruhi oleh variasi tekanan yang bekerja pada kedua sisi tekanan tersebut. Gambar 11.4 a, torak pada posisi titik mati atas, kedua katub menutup, karena tekanan pada ruangan silinder sama dengan tekanan discharge. Gambar 11.4 b, saat piston mencapai posisi tertentu di mana tekanan pad ruang silinder lebih rendah dari pada tekanan suction, maka katub hisap akan membuka, dan refrijeran masuk ke ruang silinder. Gambar 11.4 c, piston mulai bergerak dari titik mati bawah, bila tekanan ruang silinder lebih besar dari pada dengan tekanan suction maka katub hisap menutup. Gambar 11.4 d, Ketika piston mencapai posisi tertentu, tekanan ruang silinder lebih besar dari tekanan discharge, maka katub tekan membuka,menyalurkan refrijeran ke condenseor. Bandingkan sistem kompresi pada silinder motor bensin. Pergerakan katub-katubnya lebih ke mechanical actuated daripada pressure actuated. Demikian pula pada sistem kompresi kompresor udara biasa. Jadi katub kompresor refrigerasi memang berbeda dengan katub kompresor pada umumnya dilihat dari actingnya. Oleh karena itu ada tuntutan khusus yang harus dipenuhi oleh katub kompresor refrigerasi. A. Karakteristik Ideal 1. Dapat memberikan efek pembukaan katub yang maksimum dengan sedikit hambatan untuk menimbulkan trotling gas 2. Katub dapat terbuka dengan menggunakan tenaga yang ringan 3. Katub harus dapat terbuka atau tertutup secara cepat untuk mengurangi kebocoran. 4. Katub tidak mempunyai efek menambah clearance volume 5. Katub harus kuat dan tahan lama
  • 193 B. Jenis Katub Untuk memenuhi karakteristik tersebut di atas maka telah didesain dan dirancang secara khusus beberapa jenis katub yaitu : 1. Katub Plat Ring (Ring Plate Valve / Disk Valve ) Gambar 3.5 memperlihatkan katub kompresor dari jenis ring plate valve. Katub ini terdiri dari dudukan katub (valve seat), satu atau lebih plat ring (ring plate), satu atau lebih pegas katub (valve spring) dan retainer. Plat ring-nya dicekam kuat oleh dudukan katub melalui pegas katub, yang juga berfungsi lain membantu mempercepat penutupan katub. Sedang fungsi retainer adalah memegang pegas katub pada selalu pada posisi yang benar dan membatasi pergerakkannya. Katub plat ring ini dapat digunakan untuk kompresor kecepatan tinggi dan rendah. Dapat pula digunakan sebagai katub suction dan discharge. Gambar 11.5 Perakitan Katub Plat Ring untuk Discharge
  • 194 2. Flexing Valve Desain flexing valve yang digunakan pada kompresor ukuran kecil adalah yang lazim disebut sebagai flapper valve. Katub flapper ini terbuat dari lempengan baja tipis, yang dicekap kuat pada salah satu ujungnya sedang ujung lainnya ditempatkan pada dudukan katub tepat di atas lubang katubnya (port valve). Di mana ujung katub yang bebas akan bergerak secara flexing atau flapping untuk membuka dan menutup katub. Seperti diperhatikan dalam gambar 3.6 Gambar 11.6 Prinsip Katub Flexing dari jenis Flapper Gambar 11.7 Perakitan Katub Flapper untuk Katub Discharge
  • 195 Seperti dierlihatkan dalam gambar 10.7, desain flapper biasanya digunakan untuk katub discharge dan sering disebut sebagai beam valve. Plat katubnya dipasang di atas lubang (port) melalui sebuah pegas yang terasang di tengah katub platnya sehingga plat katubnya dapat bergerak ke atas (membuka lubang katub). Gerakan turun dari plat katubnya semata-mata karena gaya pegas. Pegas katub ini juga berfungsi sebagai pengaman untuk mencegah bila ada cairan atau kotoran yang masuk ke lubang katub. Gambar 11.8 Konstruksi Katub Flapper 11.3 Compressor Displacement Compressor Displacement adalah istilah yang diberikan untuk menentukan jumlah gas refrigeran yang dapat dikompresi dan dipindahkan oleh torak pada saat toraknya melangkah dari BDC ke TDC. Secara matematis ditulis : Vp = π R2 LN n Di mana : Vp : Compressor displacement R : Jari-jari piston L : Langkah Piston N : Jumlah piston n : putaran per detik
  • 196 Gambar 11.8 Siklus Langkah Kompresor 11.4 Efisiensi Volumetrik Karena efek ruang sisa (clearance volume) yaitu celah antara piston pada titik mati atas dan katub kompresor, maka mengakibatkan sebagian ekspansi gas tertahan di bagian atas silinder, sehinga jumlah gas riil (aktual) yang dapat dikompresi oleh torak kompresor lebih kecil daripada kemampuan kompresor sebenarnya sesuai dengan volume langkah piston (compresor displacement). Volume Langkah piston sering disebut juga sebagai jumlah gas teoritis. Efisiensi Volumetrik didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah gas riil dan jumlah gas teoritis. Secara matematis ditulis sebagai berikut : volume riil Efisiensi Volumetrik ( VE) = ----------------------- x 100 volume teoritik
  • 197 Gambar 11.9 Grafik Perbandingan Volume Gas Kompresi 11.5 Perbandingan Kompresi Faktor lain yang berpengaruh terhadap efisiensi volumetrik adalah hubungan antara tekanan suction dan tekanan discharge. Untuk memperoleh efek refrigerasi yang memuaskan, maka suhu evaporasi dan suhu kondensasi harus dijaga pada tingkatan tertentu. Seperti diketahui bahwa suhu evaporasi dan suhu kondensasi berbanding lurus dengan tekanan suction dan tekanan discharge. Selanjutnya perbandingan tekanan discharge dan tekanan suction secara absolut disebut perbandingan kompresi. Tekanan Discharge (absolut) Perbandingan Kompresi (Rc) = -------------------------------------- Tekanan Suction (absolut) Pengaruh perbandingan kompresi terhadap efisiensi volumetrik diberikan dalam tabel 1.1
  • 198 Tabel 11.1 Efisiensi Volumetrik Perbandingan Kompresi Efisiensi Volumetrik 2 87.3 2,2 86 2,4 84,9 2,6 83,5 2,8 82 3 80,8 3,2 79,5 3,4 78,3 3,6 77,2 3,8 76 4 74,9 4,2 73,7 4,4 72,5 4,6 71,3 4,8 70,1 5 69,0 6 63,3 7 58,2 8 53,5 9 49,0 10 44,9 11.6 Kontaminasi Permasalahan yang dihadapi oleh kompresor torak adalah masalah Efisiensi Kompresi dan masalah Kontaminasi. Uap air atau moisture merupakan musuh utama sistem refrigerasi. Masuknya uap air ke dalam sistem dapat disebabkan oleh pekerjaan perakitan atau repair yang tidak bagus. Uap air yang masuk ke dalam sistem akan bercampur dengan refrigerant dan lubricant. Selanjutnya bila ketiga bahan tersebut bercampur dan medapat pemanasan maka akan menghasilkan senyawa acid yang sangat korosif. Bila terjadi demikian maka yang fungsi oli refrigeran yang ada di dalam crankcase kompresor akan terganngu, disamping itu akumulasi acid yang berlebiahn pada kompresor akan berdampak timblnya kerak acid yang menempel pada katub kompresor sehingga dapat mengakibatkan turunnya efisiensi kompresi. Bila
  • 199 terjadi demikian maka efek pendingian juga akan berkurang atau tidak optimal. Untuk mengatasi hal tersebut, maka perlu dilakukan serangkaian pengujian untuk mengetahui efisiensi kompresi dan kebocoran katub dan setiap 5 tahun oli kompresor harus diganti, pada saat melakukan pekerjaan overhaul. Soal Latihan 1. Jelaskan fungsi kompresor pada sistem refrigerasi ? 2. Sebutkan jenis kompresor menurut cara bekerjanya dan berikan contohnya ? 3. Gambarkan formasi silinder pada sistem multi silinder ? 4. Buat siklus diagram kompresor torak dan jelaskan ? 5. Sebutkan 4 karakteristik yang dimiliki katub kompresor yand ideal ? 6. Jelaskan cara kerja ring type valve ?
  • 200 11.7 Pengujian Kompresor Tujuan Setelah melaksanakan tugas praktek ini diharapkan petarar mampu melakukan pemeriksaan katub kompresor. Petunjuk Setelah kompresor selesai diperbaiki, misalnya penggantian katub atau perbaikan motor penggeraknya (untuk sistem hermetik) maka harus dilakukan serangkaian pemeriksaan dan pengujian terhadap adanya kebocoran dan efisiensi kompresi. Kegiatan ini dapat dibedakan dalam 3 jenis pekerjaan yaitu : Pengujian inward leak Pengujian Outward leak Pengujian Efisiensi kompresi Alat & Bahan 1. Gauge manifold. 2. kompresor 3. Kunci pas 4. Trainer Set A. Pengujian inward Leak 1. Pendahuluan Pengujian inward leak adalah pengujian kebocoran pada sisi tekanan rendah kompresor, misalnya kebocoran gasket, suction service valve atau pada seal poros. 2. Prosedur 1. Front seat SSV dan pasang gauge manifold. 2. Front seat DSV dan pasang housing (cooper line) 3. Operasikan kompresor dan tunggu sampai compoun gauge menunjukkan vacuum tinggi. Kemudian ujung housing dimasukkan ke tanki oli refrigeran. Adanya bubles yang muncul pada ujung housing menunjukkan adanya kebocoran pada sisi tekanan rendah kompresor. Bila tidak ada kebocoran maka buble akan berhenti setelah kompresor distarting. 4. Untuk melokalisir letak kebocoran, letakkan oli pada suatu titik sambungan. Bila ada udara bocor melalui titik tersebut maka akan muncul gelembung udara (bubles).
  • 201 Gambar Kerja B. Pengujian Outward Leak 1. Pendahuluan Pengujian outward leak adalah pengujian kebocoran yang dilakukan secara pasif yaitu kompresornya tidak beropeasi (off). 2. Prosedur 1. Hubungkan tanki nitrogen kering ke SSV. Dan lakukan pengisian nitrogen kering ke dalam kompresor hingga tekanannya mencapai : 400 sampai 500 Kpa, agar tiak merusak katub kompresor. 2. Masukkan kompresor ke dalam tanki air hangat dan biarkan kira-kira 10 menit. Adanya kebocoran akan ditunjukkan dengan keluarnya gelembung-gelembung udara. 3. Lakukan pengujian outward leak dengan mengisikan refrigeran ke dalam kompresor sampai tekanannya mencapai 400 - 500 Kpa dan cari kebocoran dengan mengunakan Leak detector.
  • 202 4. Gambar Kerja C. Pengujian Efisiensi Kompresi 1. Pendahuluan Kompresor yang mempunyai kompresi bagus akan dapat melakukan : 1. Memompa gas hingga mencapai tekanan tertentu 2. Memvacum hingga tekanan minus tertentu 3. Menjaga kondisi kedua tekanan tersebut pada saat kompresor off. 2. Prosedur 1. Pasangkan compound gauge ke SSV . 2. Pasang High pressure gauge ke DSV. Kemudian hubungkan DSV ke Silinder refrigeran dengan menggunakan penyambung sependek mungkin. 3. Operasikan kompresor dan biarkan kompresor menghisap udara dan memampatkannya ke tabung silinder hingga tekanan tertentu. 4. Pada saat kompresor masih berjalan front SSV. Amati penunjukan meter.
  • 203 3. Gambar Kerja Untuk Kompresor Semi hermetic dan Kompresor Open Type
  • 204 KOMPONEN DAN RANGKAIAN KONTROL 12 Kerangka Isi 12.1 Fungsi Pengontrol Sistem Refrijerasi dan Tata Udara 12.2 Fungsi Pengatur kondisi ruang 12.3 Fungsi Proteksi dan perlindungan 12.4 Fungsi Operasi ekonomis 12.5 Fungsi Starting dan Stoping 12.6 Fungsi Pengontrol Operasi 12.7 Fungsi pengontrol Kondisi Ruang 12.8 Fungsi Pengontrol residental AC 12.9 Fungsi Pengontrol AC Komersial 12.10 Fungsi Pengontrol untuk central station (AC) 12.11 Sistem Kontrol Elektrik 12.12 Sistem Kontrol Pneumatik 12.13 Sistem Kontrol Elektronik 12.14 Thermostat 12.15 Humidistat 12.16 Pressure Control 12.17 Oil differential Pressure Control 12.18 Evaporator Pressure Reguulator 12.19 Crankcase Pressure Regulator 12.20 Capacity regulator
  • 205 Fungsi Pengontrol Sistem Refrigerasi dan Tata Udara 12.1 Suatu unit air conditioning memerlukan sistem pengontrolan secara otomatik agar dapat beroperasi dengan efektif dan aman serta ekonomis sesuai kebutuhan. Pada prinsipnya sistem pengontrolan ini harus mampu memenuhi persyaratan yang diperlukan untuk keperluan otmatisasi proses meliputi tiga kategori fungsi sebagai berikut, yaitu (I) fungsi mengatur dan mengontrol kondisi ruang (space), (ii) fungsi proteksi dan perlindungan dan (iii) fungsi operasi yang ekonomis. 12.2 Fungsi Pengatur kondisi ruang Agar sistem pengontrolan yang digunakan dapat melaksanakan fungsi ini maka diperlukan alat deteksi dan aktuasi yang akan memonitor kondisi ruang setiap saat melalui berbagai alat deteksi yang digunakan dan kemudian mengadakan pengaturan seperlunya untuk mencapai kondisi yang diinginkan melalui peralatan aktuasi yang digunakan. Peralatan deteksi dan aktuasi tersebut antara lain thermostat, humidistat, damper, katub dan relai). Peralatan tersebut dapat beroperasi secara elektrik dengan menggunakan energi listrik, dapat pula secara pnumatik menggunakan kekuatan udara tekan dan secara elektronik dengan menggunakan bahan semi konduktor dan mikroelektronik berbasis komputer. Peralatan deteksi dan aktuasi yang digunakan akan berkolaborasi untuk menjaga kondisi suhu dan kelembaban udara ruang senantiasa tetap berada pada titik tertentu sesuai keinginan dan perencanaan. Variable yang dideteksi dan dikontrol meliputi suhu, tekanan, jumlah udara dan kualitas udara, refrigeran dan uap air. Selain itu juga harus dapat mengontrol siklus kompresor ,burner (boiler) atau heater secara pasti (ON/OFF) sesuai kebutuhan beban. 12.3 Fungsi Proteksi dan Perlindungan Sistem pengontrolan yang digunakan harus mampu memberikan fungsi proteksi dan pengaman untuk mencegah mesinnya sedini mungkin terhadap bahaya kerusakan fatal. Dalam hal ini sistem kontrol yang digunakan harus mampu mencegah terjadinya suhu tinggi atau suhu yang berlebihan dan bahaya kebakaran. Sebagai
  • 206 contoh Oil pressure control, Suction pressure regulator, limit switch, motor overload protection dan smoke detector. 12.4 Fungsi Operasi Ekonomis Sistem kontrol yang digunakan harus mampu menjaga operasi mesin pada tingkat yang paling ekonomis dengan mengatur konsumsi energi yang digunakan pada waktu ke waktu disesuaikan dengan kebutuhan beban. Misalnya konsumsi air, bahan bakar atau tenaga listrik yang dikonsumsi pada saat beban air conditioning turun di bawah desain nominalnya. Untuk itu kompresornya harus dilengkapi dengan sistem kontrol kapasitas misalnya dengan menggunakan alat yang disebut : Hot gas Bypass, Auto Unloader dan multispeed kompesor atau kompresor parallel Sistem Hot gas bypass Gambar 12.1 memperlihatkan tipikal pengontrolan kapasitas dengan hot gas. Pada system ini, untuk menurunkan kapasitas kompresor, gas panas dari kondensor langsung disalurkan ke evaporator melalui saluran bypass yang dikontrol oleh solenoid stop valve dan modulating hot gas bypass valve. Gambar 12.1 Tipikal Pengontrolan kapasitas dengan Hot gas By- pass
  • 207 Penggunaan Auto Unloader Untuk menurunkan kapasitas kompresor, digunakan piranti khusus yang disebut auto unloader. (Gambar 12.2). Auto unloader adalah system mekanik tambahan yang diletakkan pada mekanik katub kompresor. Dalam operasinya maka unloader kompresor akan mengangkat katub sauction kompresor secara otomatik, sehingga walupun piston kompresor bergerak naik-turun, tetapi tidak menghasilkan efek kompresinya. Pada saat piston bergerak turun akan menghisap refrijeran, dan pada saat piston bergerak naik maka refrijeran gas yang sudah dipampatkan oleh piston akan disalurkan lagi ke saluran suction. Gambar 12.2 Sistem Auto Unloader Sistem Kompresor Ganda Gambar 12.3 Tipikal Kompresor Parallel, Yang dapat bekerja secara bergantian, sesuai kapasitas yang diinginkan
  • 208 Pada gedung-gedung bertingkat tinggi untuk pemakaian komersial sering menggunakan sistem kontrol dengan mikrokontroler yang berbasis komputer (Building Automation System) untuk keperluan peningkatan upaya konservasi (hemat) energi. Kontrol yang terpogram melalui perangkat komputer (misalnya dengan PLC atau Programmable Logic Control) sering digunakan untuk mengontrol dan memonitor kondisi ruang demi ruang setiap saat untuk menghasilkan operasi sistim yang ekonomis tanpa mengurangi kebutuhan kualitas yang diperlukan. Menurut aksi spesifik yang dilakukan maka fungsi sistem kontrol dapat diklasifikasikan sebagai berikut yaitu sebagai pengontrol Starting, pengontrol operasi dan pengontrol kondisi ruang. 12.5 Fungsi Starting/Stopping Pengontrol starting dapat berupa sistem kontrol tunggal (operasi on/off) tidak tergantung sistem lainnya atau dapat berupa operasi sekuen yang melibatkan lebih dari sistem aktuasi (misalnya motor kompresor, pompa air dan fan) secara interlock. 12.6 Fungsi Pengontrol Operasi Pengontrol operasi pada prinsipnya mongontrol operasi mesin pada tingkat yang paling efektif dan aman. Sistem kontrol ini dapat mencegah mesin dari bahaya kerusakan fatal dengan melindunginya terhadap adanya suhu dan tekanan yang berlebihan dan bahaya kebakaran. Sistem kontrol ini dapat berfungsi sebagai pengontrol kapasitas pada saat mesin sedang bekerja atau pada saat starting sehingga diperoleh operasi yang ekonomis. Misalnya High - Low Pressure control, time delay relay, freeze protection, temperature limit control dan compressor capacity control. 12.7 Fungsi Pengontrol Kondisi Ruang Pengontrol ini berfungsi sebagai pengatur kondisi ruang. Sistem kontrol yang digunakan harus mampu mendeteksi kondisi di dalam
  • 209 ruang dari waktu ke waktu meliputi suhu, tekanan dan kelembaban udara dalam ruang dan selanjutnya melakukan berbagai pengaturan untuk menjaga kondisi ruang tetap berada pada batas- batas perencanaannya. 12.8 Sistem Pengontrol untuk residental AC Air conditioner untuk keperluan rumah tinggal (residental system) biasanya hanya memerlukan sistem kontrol yang sederhana, yaitu switch manual yang dipadu dengan room thermostat dan timer switch untuk mengontrol suhu ruang. Peralatan kontrol lainnya baik untuk starting maupun untuk operasional biasanya merupakan bagian integral dari unitnya sesuai desain pabrikannya. Unit kontrol untuk starting diatur oleh thermostat yang akan mengoperasikan suatu relai atau kontaktor. Relai atau kontaktor tersebut kemudian akan memberi penguatan kepada unit aktuasinya misalnya kompresor, fan, katup dan pompa. Sedang unit kontrol operasinya akan memberikan fungsi proteksi terhadap adanya suhu dan tekanan yang abnormal baik pada sisi tekanan rendah atau tekanan tingginya. Ada pula peralatan kontrol lain yang kadankala ditambahkan oleh pabrikannya yang bertujuan lebih memberikan fungsi kenyamanan dan kemudahan pemakainya. Berikut ini diberikan beberapa konfigurasi sistem kontrol yang banyak digunakan : (i) Kombinasi sistem kontrol untuk operasi cooling dan heating yang diterapkan pada unit AC Split dengan menggunakan selector switch manual. Thermostatnya dilengkapi dengan timer switch agar dapat mengontrol operasi sistem sesuai waktu yang diinginkan misalnya pada waktu malam hari (night set back) dan selanjutnya dapat kembali ke operasi day time. (ii) Kombinasi sistem kontrol yang lebih lengkap untuk operasi cooling dan heating yang menggunakan pengaturan 3 posisi, yaitu “On - Off - Auto”. (iii) Humidistat yang dikombinasikan dengan humidifyer untuk menjaga tingkat kelembaban relatif udara tetap berada pada batas- batas perencanaannya.
  • 210 12.9 Sistem Pengontrol AC Komersial Seperti halnya pada AC residental, unit AC komersial berskala rendah dan sedang yang umumnya didesain dalam bentuk unit paket (packaged system) juga menggunakan switch manual yang dipadu dengan thermostat untuk mengontrol operasi cooling dan heating. Unit kontrol operasinya terdiri dari High - Low Pressure Protection, Motor Winding Protection, Time Delay Relay, Head Pressure Control dan Burner Control. Gambar 12.4 Ilustrasi penggunaan thermostat dan Low Pressure control pada unit komersial Gambar 12.5 Tipikal Double Pressure Switch
  • 211 12.10 Sistem Pengontrol untuk Central Station Untuk menangani kebutuhan ruang yang dikondisi pada bangunan besar dan bertingkat biasanya lebih ekonomis bila menggunakan Central Station. Suatu central ststion dapat dibangun baik dengan sistem langsung (direct expansion refrigerant) atau dengan sistem tak langsung (chilled water) untuk memenuhi kebutuhan operasi coolingnya. Pada sistem ini biasanya dilengkapi pula dengan boiler yang memproduksi uap untuk keperluan heating ataupun untuk keperluan humidifying. Operasi cooling dan heating dapat dikontrol secara manual ataupun otomatik bahkan full automatic, terprogram yang berbasis komputer. Air Handling Unit (AHU) yang mengatur distribusi udara ke ruang dilengkapi dengan damper untuk mengatur jumlah aliran udara, baik udara kembali atau udara luar dan dilengkapi pula dengan berbagi katub untuk mengatur chilled water atau uap. Damper dan katub dikontrol oleh alat deteksi suhu yang terletak di dalam ruang atau di dalam duct. Biasanya kompresornya dilengkapi dengan sistem pengontrol kapasitas yang berupa sistem auto Unloader atau dengan sistem Hot Gas Bypass. Semua peralatan kontrolnya bekerja secara interlock untuk menghasilkan operasi otomatik. Biasanya peralatan kontrolnya dipilihkan dari sistem pnumatik yang menggunakan udara tekan sebagai tenaga penggeraknya. Dilihat dari cara peralatan kontrol itu bekerja dan dari jenis tenaga yang digunakan, maka peralatan kontrol dapat dibedakan menjadi 4 klasifikasi, yaitu: (i) sistem kontrol elektrik, (ii) sistem kontrol pnumatik, (iii) sistem kontrol elektronik dan (iv) sistem kontrol fluidik. Banyak sistem kontrol yang menggunakan kombinasi dari sistem tersebut di atas. Misalnya sistem pendeteksiannya menggunakan sistem elektronik sedang sistem aktuasinya menggunakan sistem elektrik untuk mengontrol damper atau katub. Atau adapula suatu controller yang menggunakan sistem fluidik dan aktuasi damper menggunakan sistem pnumatik. Kontrol starting dan sebagian besar kontrol operasi banyak menggunakan sistem elektrik.
  • 212 12.11 Sistem Kontrol Elektrik Peralatan kontrol yang digunakan pada sistem kontrol elektrik bekerja bila mendapat penguatan tenaga listrik. Untuk alasan keamanan operator atau pemakai maka digunakan jala-jala bertegangan rendah (24 volt). Sistem ini mendeteksi kondisi ruang, misalnya suhu dan tekanan fluida atau laju aliran berbagai medium untuk keperluan transfer panas. Gambar 12.6 Sistem Kontrol Elektrik Peralatan kontrol ini akan menggerakkan suatu swicth atau relai yang terhubung ke sistem kontrol starting atau sistem kontrol operasi untuk mengontrol motor, boiler/burner, damper atau katub/solenoid. Banyak unit AC residental dan AC komersial yang menggunakan sistem kontrol elektrik. Sistem kontrol elektrik lebih simpel sehingga lebih murah dan lebih mudah perawatannya.
  • 213 12.12 Sistem Kontrol Pnumatik Berbagai peralatan deteksi dan aktuasi dapat dirancang dengan menggunakan sistem pnumatik yang menggunakan udara tekan dari kompresor udara sebagai tenaga penggeraknya. Tekanan kerja udara tekan dari kompresor yang diijinkan untuk keperluan kontrol pnumatik adalah 15 psi dan pendistribusiannya dilakukan melalui pipa tembaga. Gambar 12.7 Sistem Kontrol Pnumatik Ada 4 jenis komponen kontrol yang telah dirancang oleh pabrikannya untuk keperluan kontrol air conditioning yaitu: (i) Controllers ( misalnya : Thermostat, pressure Regulator dan Humidistat ) (ii) Controlled Devices ( misalnya : Katub dan damper ) (iii) Sistem distribusi udara (iv) Kompresor udara yang dilengkapi dengan filter, dryer dan stasiun penurun tekanan. Gambar 1.2 memperlihatkan beberapa komponen yang digunakan dalam sistem kontrol pnumatik. Room thermostat mendeteksi kebutuhan cooling di dalam ruangan. Bila terpenuhi maka akan membuka katubnya secara proportional sehingga memungkinkan udara tekan dari kompresor (dengan variasi tekanan antara 3
  • 214 sampai 13 psi) mengalir ke dan sekaligus mengoperasikan alat Convector Valve atau Mixing Damper Motor. Sedang remote bulb thermostat akan mendeteksi suhu chilled water dan kemudian mengontrol alat Mixing Valve atau mengoperasikan Damper Motor untuk mengontrol campuran udara. 12.13 Sistem Kontrol Elektronik Pada prinsipnya peralatan kontrol yang digunakan pada sistem kontrol elektrik, pnumatik dan elektronik adalah sama. Perbedaanya hanya pada tenaga yang digunakan untuk menggerakannya. Peralatan kontrol yang digunakan pada sistem kontrol elektronik menggunakan instrumen elektronik yang menghasilkan sinyal digital ataupun sinyal analog. Sinyal yang dihasilkan ini masih terlalu lemah untuk dapat menggerakkan suatu alat aktuasi (relay). Oleh karena itu perlu dilengkapi dengan suatu sistem penguat sinyal (amplifier) yang akan menguatakan sinyal deteksi tersebut sehingga akhirnya dapat digunakan untuk mengontrol peralatan aktuasi yang digunakannya. Komponen kontrol yang telah dirancang oleh pabrikannya antara lain: (i) Controllers ( misalnya : Thermostat, pressure regulator dan humidistat termasuk sirkit jembatan dan amplifiernya ) (ii) Controoled device ( misalnya : damper dan katub ) (iii) Operator ( misalnya motor penggerak dan katub operator ) (iv) Elemen deteksi atau sensor (probe) Kelebihan sistem kontrol elektronik adalah kemampuan mengukur dan mendeteksi secara cepat dan akurat (presisi). Komponen elektronik ini terbuat dari bahan semi konduktor (solid state) sehingga memudahkan untuk digabungkan dengan sistem kontrol dengan menggunakan mikroelektronik yang berbasis komputer (mikroprosesor chip). Sehingga memungkinkan membuat sistem kontrol secara terprogram misalnya dengan menggunakan PLC (Programmable Logic Control).
  • 215 12.14 Thermostat Mesin refrigerasi dirancang agar dapat menghasilkan atau menyediakan efek pendinginan untuk menurunkan dan menjaga suhu ruang tetap berada pada batas yang direncanakan dengan tepat. Untuk dapat menghasilkan kondisi ruang seperti itu, maka mesin refrigerasi harus mempunyai kapasitas yang sama atau sedikit lebih lebih besar dari pada kapasitas pendinginan rata-rata yang dipikulnya. Tetapi bila mesin pendingin bekerja terus-menerus maka suhu ruang akan turun tak terkendali. Oleh karena itu dibutuhkan suatu peralatan kontrol yang dapat mengontrol siklus operasi sistem yang disebut thermostat. Pada unit tertentu penggunaan thermostat dilkombinasikan dengan pengontrol waktu (timer switch). Thermostat dapart diletakkan di dalam ruang atau di dalam duct untuk mendeteksi suhu udara dan dapat pula diletakkan di dalam pipa untuk mendeteksi suhu air (chilled water). Bila thermostat diletakkan di dalam ruang maka ketinggiannya kurang lebih 4 atau 5 kaki dari lantai. Terdapat banyak jenis thermostat yang telah dirancang oleh pabrikannya baik untuk keperluan kontrol elektrik, kontrol pnumatik dan kontrol elektronik. Thermostat dapat digunakan untuk operasi cooling atau pun operasi heating. Electric Thermostat Electric Thermostat adalah thermosat yang digunakan pada sistem kontrol elektrik. Thermostat ini terdiri dari bimetal coil yang didesain sedemikian rupa sehingga bila ada perubahan suhu dapat menggerakkan bimetalnya (melengkung) dan kemudian gerakan bimetal ini digunakan untuk mengontrol mekanik membuka dan menutup kontak switch. Ada pula yang menggunakan bulb sebagai sensor suhu. Heating thermostat akan menbuka kontaknya bila suhu ruang naik, sedang cooling thermostat akan membuka kontak switch bila suhu ruang turun. Untuk membantu pergerakan bimetal yang lebih signifikan maka bimetalnya dilengkapi dengan sebuah electrik heater. Switch untuk thermostat yang bekerja pada tegangan rendah (24 volt) biasanya merupakan mercury switch.
  • 216 Gambar 12.8 Elemen deteksi suhu, jenis bimetal Gambar 12.9 Elemen deteksi suhu, mercury Gambar 12.10 Rangkaian kontrol thermostatik
  • 217 Gambar 12.11 Skematik Diagram Sistem Kontrol Elektrik Gambar 12.4 memperlihatkan skematik diagram tipikal sistem kontrol elektrik yang menggunakan electric thermostat. Thermostat ini akan mengontrol penguatan relay atau solenoid yang digunakan untuk mengontrol sistem. Titik pengaturan suhu yang dilakukan thermostat dibedakan menjadi dua yaitu quot;Cut Inquot; dan “Cut Out” temperature. Gambar 12.12 Konstruksi Tipikal Elektrik Thermostat
  • 218 Kerja pengatur suhu (thermostat) dipengaruhi oleh perubahan suhu yang diterima oleh alat sensor suhu (bulb) gas akan mengembang sebanding dengan suhunya. Perubahan suhu tersebut dapat menyebabkan gas, uap atau cairan di dalam pipa dan bulb mengembang atau menyusut, sehingga dapat menimbulkan tekanan pada bellow (diafragma) yang berubah-ubah. Perubahan tekanan di dalam bellow diubah menjadi gerakan linear untuk menggerakkan suatu kontak untuk membuka atau menutup. Di atas bellow ditempatkan pegas yang melawan tekanan bellow. Tekanan pegas dapat diatur melalui tombol yang ada di atasnya. Sehingga tekanan bellow pun akan mengikutinya yang berarti temperatur dari bulb yang dapat diatur. Pnumatik Thermostat Pnumatik thermostat juga menggunakan elemen bimetal sebagai sensor suhu. Pada desain lain kadang digunakan bulb yang berisi liquid refrigeran. Tenaga gerak yang ditimbulkan oleh elemen deteksinya digunakan untuk mengontrol port (katub) udara yang ada di dalam suatu sistem pemipaan udara tekan, sehingga udara tekan dari kompresor dapat mengalir secara proportional ke suatu alat aktuasi atau operator. Gambar 12.13 Pnumatik Thermostat
  • 219 Electronic Thermostat Electronic Thermostat menggunakan resistance thermometer untuk mendeteksi suhu. Resistance thermometer adalah elemen resistan yang sensitif terhadap perubahan suhu. Nilai resistannya akan berubah bila bila suhunya juga berubah. Elemen resistan tersebut dihubungkan ke salah satu kaki sirkit jembatan Wheat Stone. Gambar 12.7 memperlihatkan sirkit jembatan Wheat Stone. Jembatan Wheat Stone terdiri dari 4 resistor yang dihubungkan sedemikan sehingga membentuk sirkit jembatan. A B DC G C D Gambar 12.14 Sirkit Jembatan Wheat Stone Bila perbandingan keempat resistannya : A / B = C / D sama, maka tegangan outputnya menjadi nol. Dalam hal ini dikatakan jembatan dalam keadaan seimbang. Bila nilai resistan A (elemen resitance thermometer) berubah akibat ada perubahan suhu maka menyebabkan jembatan tidak seimbang lagi dan akan muncul sinyal tegangan pada output sirkit jembatannya. Tegangan sinyal output ini masih sangat lemah sehingga perlu mendapat penguatan (amplifier) terlebih dahulu sebelum ia dapat digunakan untuk menggerakkan suatu relay. Heater & Probe Differential Power Amplifier Amplifier Vr Gambar 12.15 Blok Diagram tipikal electronic thermostat
  • 220 Pengaturan (setting) Thermostat Thermostat mempunyai batas cut in dan cut out tertentu.Perbedaan antara batas cut in dan cut out tergantung dari pengaturan differensialnya. Besar kecilnya differensial tergantung pada penggunaan dan lokasi alat sensor suhu (bulb). Dalam banyak hal, bila bulb dijepitkan pada evaporator, sehingga temperatur pendinginan dideteksi secara langsung oleh temperatur evaporator, maka dalam kasus ini pengaturan differensial harus besar untuk menjaga adanya quot;Short Cyclingquot; pada kopresor. Biasanya differensial diatur 8o - 10oC. Untuk kasus lain bisa 1o - 2oC atau 4o - 5oC, tergantung penempatan bulb. Pengaturan thermostat ada 3 macam : (I) pengaturan range dan (ii) pengaturan diferential. Pengaturan Range Mengatur range adalah cara pengaturan cut in dan cut out thermostat yang menghasilkan daerah pengaturan amplitudo. Cut on dan cut off akan kembali bersamaan tetapi dengan differensial yang tetap sama. Biasanya pada baut pengaturan range ada petunjuk arah putaran baut pengatur range yang memberikan pengaturan sebagai berikut : (i) Memutar baut searah jarum jam -- suhu kerja naik (ii) Memutar baut rangge melawan jarum jam -- suhu kerja turun (iii) Memutar baut range satu putaran akan mengubah suhu kerja antara 5o - 8oC Pengaturan Diferential Fungsi utama thermostat adalah menjalankan motor kompresor baik suhu pendinginan meningkat (naik) pada batas tertentu. Batas ini disebut quot;Cut inquot; temperatur setting dan menghentikan motor kompresor saat suhu pendinginan mencapai titik terendah sesuai pengaturannya titik suhu terendah ini disebut quot;Cut onquot; temperatur setting. Mengatur differensial adalah mengatur kerja thermostat atau mengatur perbedaan titik cut in dan titik cut out. Perbedaan (differensial) ini tergantung pada aplikasi atau kondisi pendinginannya. Meskipun begitu perlu berhati-hati waktu melakukan pengaturan ini sebab bila perbedaan ini terlalu kecil maka sistemnya akan dapat mengalami quot;short cyclequot;.
  • 221 Short cycle adalah selang waktu cut ini dan cut out yang sangat singkat sehingga kerja kompresor terputus-putus. Hal ini dapat membahayakan kompresor. Namun bila perbedaan ini terlalu besar maka temperatur pendinginan akan meningkat menjadi tinggi sebelum terjadi cut in. Hanya dengan banyak berlatih maka akan dapat menentukan differensial yang tepat sesuai keinginan pada setiap kondisi yang berbeda. Memutar baud differensial ke dalam, differensial makin kecil dan memutar baud differensial ke luar, differensial makin besar. Thermostat diatur pada cut ini + 7oC dan 1oC cut out dengan differensial 6 K. Thermostat ini dapat diubah rangenya menjadi lebih tinggi atau lebih rendah sesuai keinginan kita, misalnya diubah menjadi + 10oC cut in dan + 4oC cut out tanpa merubah differensialnya. Gambar 12.16 Grafik Pengaturan Suhu
  • 222 Berikut ini diberikan suatu contoh kasus dari suatu unit tata udara, sebagai berikut: Dalam suatu ruangan khusus diharapkan mempunyai suhu yang konstan + 3oC dengan perbedaan suhu pada alat kontrolnya sebesar 4 K maka untuk memenuhi 3 0C keperluan tersebut, thermostat harus diatur untuk : cut in pada suhu + 5 oC dan cut out pada suhu 1 oC. Penentuan setting thermostat dilakukan dengan terlebih dahulu menentukan temperatur rata-rata yang harus dipertahankan tetap konstan dan juga keinginan atau keperluan untuk mempunyai temperatur maksimum dan minimum yang dikehendaki. Bila hal ini sudah didapatkan maka differensial dapat dihitung. Sebaliknya bila differensialnya yang diketahui, maka untuk menghitung setting thermostatnya (cut in) dapat dilakukan dengan membagi dua nilai differensial tersebut dan kemudian menambahkannya dengan temperatur rata-rata yang diinginkan dan kemudian mengkurangkannya untuk menentukan cut out temperaturnya. Gambar 12.17 Grafik pengaturan Suhu
  • 223 Faktor-faktor lain yang perlu diperhatikan saat menentukan pengaturan thermostat adalah : (I) Jenis evaporator yang dipakai, (ii) Perbedaan temperatur yang diinginkan antara evaporator dan ruangan yang didinginkan (TD) dan (iii) Jenis atau cara detrost Berikut ini diberikan tabel perbedaan temperatur evaporator dan ruangan yang didinginkan (TD). Jenis Evaporator TD Bare Tupe 16 K Cross Fin 14 K Forced Draft 8K Flooded 3K Pemilihan Thermostat Pemilihan Thermostat hendaknya memperhatikan faktor-faktor berikut ini: (i) Temperatur maksimum dan minimum yang dapat dicapai (ii) Jenis medium pendinginan misalnya udara, air, minuman (iii) Differensial yang dibutuhkan. Bila ketiga faktor ini sudah diketahui maka tinggal mencari spesifikasi yang sesuai di dalam katalog yang ada. Pilihlah thermostat yang karakteristik pengaturan temperaturnya mendekati kondisi temperatur yang diharapkan. Misalnya, Sebuah ruangan ingin dipertahankan mempunyai suhu 3oC. cut in thermostat = 4oC Dimana : cut out thermostat = -6oC differensial = 10 K maka pilihlah thermostat yang ada dikatalog yang mendekati harga- harga tersebut diatasi yaitu : thermostat RT2 (lihat katalog). Range = -25oC + 15oC Diff = 5 K sampai 18 K
  • 224 Pemasangan Thermostat Ada 2 hal yang perlu diperhatikan dalam pemasangan thermostat, yaitu pemasangan thermo switchnya dan pemasangan sensor suhunya. Pada prinsipnya pemasangan thermoswitchnya dapat diletakkan di mana saja asal memudahkan operator untuk mencapainya. Kontak thermo switch-nya terdiri dari kontak NO (normally open) dan NC (normally closed). Untuk keperluan kontrol operasi biasanya digunakan kontak NO. Sensor thermonya diletakkan di dalam ruang cabinet dengan ketinggian 1 atau 1,5 meter. Usahakan meletakkannya pada lokasi di mana produk yang disimpan diletakkan. 12.15 Humidistat Humidistat adalah peralatan pengontrol kelembaban udara (humidity). Prinsip kerja alat ini sama seperti thermostat tetapi peralatan sensornya lebih peka terhadap perubahan kelembaban udara dari pada perubahan temperatur. Peruibahan kelembaban udara akan menyebabkan terjadinya perubahan panjang dari elemen sensor yang digunakan. Alat sensor humidistats biasanya digunakan : rambut, kertas, kayu, nylon atau zat lain yang mempunyai sifat peka terhadap kelembaban udara. Selanjutnya perubahan panjang yang diakibatkan oleh perubahan kelembaban udara digunakan untuk menggerakkan kontak listrik membuka atau menutup untuk sistem kontrol elektrik dan menggerakkan mekanik pumbuka/penutup port udara pada sistem kontrol pnumatik serta merubah nilai resistan dari elemen sensor yang digunakan pada sistem kontrol elektronik.. Peralatan pengontrol humidistats digunakan dalam sistem tata udara untuk mengatur kelembaban udara di dalam ruangan.
  • 225 Gambar 12.18 Humidistat 12.16 Pressure Control Seperti telah diketahui bahwa sistem pengontrolan yang digunakan harus mampu memberikan fungsi proteksi dan pengaman untuk mencegah mesin (sedini mungkin) terhadap bahaya kerusakan fatal. Dalam hal ini sistem kontrol yang digunakan harus mampu mencegah terjadinya suhu tinggi atau suhu yang berlebihan dan bahaya kebakaran. Sebagai contoh High - Low Pressure Control, Oil pressure control, Suction pressure regulator, limit switch, motor overload protection dan smoke detector. Pengontrolan motor untuk keperluan proteksi dengan memanfaatkan tekanan refrigerant dalam unit pendingin dibedakan : (i) Low Pressure Control (LPC), untuk memberi perlindungan terhadap adanya tekanan rendah yang berlebihan dan (ii) High Pressure Control (HPC), untuk memberi perlindungan terhadap adanya tekanan tinggi yang berlebihan.
  • 226 Kedua jenis alat kontrol ini berfungsi seperti thermostat yaitu menjalankan dan menghentikan kompresor pada saat operasi normal atau pada saat terjadi tekanan yang abnormal. Hanya cara kerjanya yang berbeda. Kalau pada thermostat alat sensornya menggunakan sensor duhu sedang pada pressure control menggunakan sensor tekanan. Pada thermostat pergerakan diafragma diakibatkan oleh tekanan gas dari sensing bulb, sedangkan pada pressure control untuk menggerakkan diafragma ini memanfaatkan tekanan dari saluran tekan atau saluran hisap kompresor. Gambar 12.19 Dual Pressure Control Switch, Tekanan tinggi dan tekanan rendah Seperti thermostat, pressure control juga mempunyai titik cut in dan cut out. LPC digunakan untuk menjalankan dan menghentikan kompresor pada kondisi yang normal. Disamping itu dapat juga berfungsi sebagai pengaman kompresor bila terjadi tekanan yang tidak normal. Sedang HPC digunakan sebagai pengaman kompresor untuk melindungi terjadinya tekanan lebih. Pada unit pendingin berskala besar High Pressure Control dapat berfungsi pula sebagai alat pengontrol motor fan kondensor pada beban pendingin yang variable.
  • 227 Kombinasi dari Low Pressure Control dan High Pressure Control sering pula digunakan pada suatu sistem pengontrolan yang digunakan sebagai pengaman. Meskipun begitu Dual Pressure Control dapat pula digunakan sebagai alat pengontrol kompresor (Operating Switch). Low Pressure Control Low Pressure Control digunakan sebagai pengontrol temperatur sekaligus pula sebagai alat pengaman. Bila digunakan sebagai pengaman, LPC ini akan memutuskan rangkaian dan menghentikan kompresor pada saat tekanan hisap (suction pressure) menjadi terlalu rendah. Hal ini bisa disebabkan unit pendingin kekurangan refrigerant, bocor terjadinya bunga es yang tebal di evaporator. Bila tekanan dari saluran hisap ini kembali normal, LPC akan menutup rangkaian dan kompresor akan bekerja kembali. Beberapa LPC dilengkapi dengan reset manual untuk menjaga adanya short cycling karena gangguan pada sistem. Low Pressure Control dapat pula digunakan sebagai alat pengontrol kompresor pada saat tekanan refrigerant meningkat atau menghentikan kompresor pada saat tekanan hisap meningkat. Jenis ini disebut : Reverse Acting Low Pressure Control, jenis ini biasa digunakan sebagai alat pengaman pada unit dengan suhu yang rendah yang menggunakan electric depost, untuk memutuskan elemen pemanas (electric heater) setelah pencairan bunga es (depost) selesai. Jenis ini dapat juga digunakan sebagai alat kontrol Forced Draft Cooled Fan pada quot;Cool Roomsquot;, on dan off pada saat temperatur quot;Cool Roomsquot; terlalu tinggi. LPC biasa digunakan sebagai alat pengontrol temperatur pada unit pendingin komersial. Setiap perubahan suhu pada evaporator akan berubah pula tekanan pada saluran hisap kompresor. Jadi LPC dapat digunakan sebagai pengontrol suhu pada ruangan yang didinginkan dengan mengontrol temperatur evaporator.
  • 228 Misalkan : Sebuah cool room diinginkan mempunyai suhu 3oC dengan perbedaan 8o TD antara evaporator dan ruangan refrigerant yang digunakan R - 12. Temperatur minimum ruangan diharapkan 2oC. Hitunglah : Cut in dan cut out point. Penyelesaian : 4oC Cut in = 3oC Temperatur rata-rata ruangan = 3o - TD = 3o - (- 8 K) = - 5oC = Cut out = temperatur rata-rata evaporator - TD = - 5oC - 8 K = - 13oC Gambar 12.20 Low Pressure Control
  • 229 Karena adanya penurunan tekanan pada saluran hisap, maka tekanan pada saluran hisap masuk kompresor lebih rendah dari pada tekanan evaporator. Penurunan tekanan ini harus diperhitungkan dalam menentukan cut out pressure. Sedangkan cut in pressure tidak dipengaruhi oleh penurunan tekanan ini, karena penurunan tekanan pada saluran hisap ini merupakan fungsi dari kecepatan aliran refrigerant. Karena LPC ini berfungsi untuk mengatur suhu evaporator, maka akan sangat ideal sekali bila digunakan pada sistem yang menggunakan quot;Off cycle depostingquot;. Pada ruangan yang bersuhu di atas 0oC, suhu evaporator akan meningkat dengan cepat pada saat quot;Off cyclequot;. (Pada saat defrost). Gambar 12.9 Pengaturan Setting Pressure Control
  • 230 High Pressure Control HPC biasanya digunakan sebagai alat pengaman kompresor pada saat terjadi gangguan tekanan yang berlebihan. HPC akan menghentikan kompresor pada saat tekanan pada saluran tekan terlalu tinggi. Hal ini dilakukan untuk melindungi katup-katup kompresor dan juga untuk melindungi motor dari beban yang berlebihan. Bila tekanan saluran tekan (discharge) meningkat melebihi tekanan yang diizinkan, HPC akan terbuka dan memutuskan rangkaian sehingga kompresor berhenti. Bila tekanan turun kembali ke harga normal, HPC tertutup dan kompresor bekerja kembali. Beberapa jenis HPC dilengkapi dengan tombol reset manual sehingga kompresor tidak dapat bekerja kembali sebelum tombol reset ditekan. Hal ini digunakan sebagai pengaman. Jadi Anda jangan melakukan reset sebelum mengetahui penyebab terjadinya tekanan lebih pada saluran tekan. HPC biasa digunakan pada sistem komersial dan juga industri. Karena suhu kondensing dan tekanan kondensing untuk bermacam-macam refrigerant berlainan, maka cut in dan cut out pressure tergantung dari refrigerant yang digunakan, jenis kondensor dan ambient temperatur dari sistem. Disamping untuk mengontrol kompresor, HPC dapat juga digunakan sebagai pengontrol Fan Condensor, pompa air condensor dan selenoid valve. Reverse acting HPC akan menutup kontaknya pada saat tekanan meningkat. Sedangkan HPC akan membuka kontaknya pada saat tekanan meningkat. Reverse acting HPC digunakan untuk menjaga suhu condensing yang minimum. Sistem pengontrolan ini biasanya diterapkan pada area dimana ambient temperatur di bawah condensing temperatur. Catatan : Bila menggunakan HPC sebagai alat pengaman, maka setting controlnya jangan terlalu tinggi. Misal suatu unit pendingin udara menggunakan R-12 dengan ambient temperatur 40oC dengan TD : 20 K. Maka Condensing temperatur = TD + AT = 20 + 40 = 60oC Jadi setting control = 1420 Kpa.
  • 231 Dual Pressure Control Dual Pressure Control adalah kombinasi antara LPC dan HPC yang diletakkan dalam suatu unit. Jadi pada piranti kontrol ini terdapat dua set kontak,masing-masing untuk LPC dan HPC. Pada operasinya, kontak LPC yang normally closed akan terbuka bila terjadi penurunan tekanan suction di bawah harga settingnya.Sedangkan kontak HPC yang juga normally closed akan terbuka bila terjadi kenaikan tekanan pada sisi discharge-nya melebihi harga setting-nya. Pada piranti ini terdapat dua buah bellow (diafragma) yang masing- masing terhubung ke sisi tekanan rendah dan sisi tekanan tinggi. Kedua diafragma tersebut dihubungkan secara mekanik untuk menggerakkan satu set kontak switch. Gambar 12.21 Dual Pressure Control 12.17 Oil Difference Prerssure Control Oil Differential Pressure Control adalah alat proteksi terhadap sistem pelumasan kompresor. Bila terjadi tekanan oli pelumas kompresor turun di bawah harga yang aman, maka alat proteksi tekanan ini akan menghentikan (stop) kompresor setelah beberapa saat kemudian. ( Biasanya setelah terjadi penurunan tekanan oli selama 45 detik. Release time selama 45 detik adalah waktu yang diberikan oleh alat proteksi tersebut bagi kompresornya sejak mulai terjadinya penurunan tekanan oli.
  • 232 Pemasangan : Salah satu sisinya dihubungkan ke crankcase kompresor. Jangan dihubungkan ke suction manifold atau tempat lain yang mempunyai tekanan berbeda dengan tekanan crankcase. Sisi lainnya dihubungkan ke sistem pelumasan di mana diinginkan tekanan minimum pada saat kompresor bekerja. Biasanya ditempatkan pada sisi pengiriman oli atau pada sisi outlet sistem pelumasan. Sambungan harus dibuat sedemikian rupa sehingga sambungan pipa pressure control-nya tidak tersumbat. Gambar 12.22 Oil Different Pressure Control 12.18 Evaporator Pressure Regulator Evaporating Pressure Regulator adalah alat yang digunakan untuk : (i) Memelihara suhu evaporasi konstan dan sekaligus juga memelihara suhu permukaan evaporator konstan. (ii) Mencegah terjadinya tekanan evaporasi yang terlalu rendah. Regulator ini menutup pada saat tekanan di dalam evaporator jatuh pada harga di bawah nilai setelannya (setting-nya) Dan regulator ini akan terbuka secara penuh selama periode pull-down.
  • 233 Pemasangan : Alat kontrol/proteksi tekanan ini dipasanag pada suction line, setelah evaporator. Regulator tekanan ini akan membuka bila ada kenaikan tekanan pada sisi inletnya, yaitu pada saat tekanan evaporator mencapai nilai setting-nya. Regulator akan mengatur aliran sesuai tekanan inlet-nya. Variasi tekanan pada sisi outlet-nya tidak akan berpengaruh pada tingkat pembukaan katubnya karena regulator ini telah dilengkapi dengan membran penyama tekanan (10). Area efektif membran tergantung pada posisi valve-nya. Gambar 12.23 Evaporator Pressure Regulator Disamping itu, regulator ini dilengkapi juga dengan peralatan pulsation damping (11) untuk mengimbangi adanya pulsasi tekanan pada sistemnya, sehingga dapat mencegah regulator dari kerusakan, tanpa mengganggu keakuratannya. Regulator ini dilengkapi juga dengan self closing pressure gauge (9) yang dapat digunakan untuk memasang pressure gauge tanpa perlu mengevakuasi evaporator suction terlebih dahulu.
  • 234 12.19 Crankcase Pressure Regulator Crankcase Pressure Regulator digunakan untuk : (i) Menbatasi tekanan maksimum dari suction kompresor. Hal ini dimaksudkan untuk melindungi motor kompresor terhadap pembebaban yang berlebihan karena tekanan suction yang tinggi pada saat start-up atau setelah selesainya periode defrost. (ii) Memelihara Pre-set differential yang konstan antara suhu ruang dan suhu evaporasi selamam proses cooling. Dalam hal ini dapat mencegah terjadinya penurunan kandungan uap air di udara sehingga dapat mengurangi kerusakan produk. Crankcase Pressure Regulator dipasang pada suction line sebelum kompresor. Gambar 12.24 Crankcase Pressure Regulator
  • 235 12.20 Capacity Regulator : Capacity Regulator digunakan untuk : (i) Pengaturan Kapasitas. Fungsi ini didapat dengan memasang capacity regulator pada by pass line antara sisi discharge dan sisi suction sistem, untuk menyamakan kapasitas kompresor dengan kapasitas evaporator yang aktual. Asesoris ini digunakan pada sistem refrigerasi di mana diperlukan untuk menjaga kapasitas kompresornya selalu konstan. Bila beban evaporator dan juga beban kompresor turun, maka akan dimasukkan beban pallsu yang berupa hot gas dari sisi tekanan tinggi ke evaporator. (ii) Membatasi tekanan suction pada harga minimumnya. Hal ini untuk memastikan, bahwa tekanan minumum kompresor yang diijinkan tidak akan terlampaui. Pemasangan Capacity Regulator sebagai berikut : Gambar 12.25 Pemasangan Capacity Regulator
  • 236 Permasalahan Thermostat 1. Hitunglah setting cut in dan cut out thermostat untuk menjaga temperatur ruang 6oC dengan perbedaan 4 K. 2. Hitunglah setting cut in dan cut out thermostat dengan sensing bulb yang ditempelkan di evaporator, untuk mempertahankan suhu sebesar 3oC, jenis evaporator Forced draft, dimana perbedaan suhu antara evaporator dan ruang 8 K. 3. Tentukan setting thermostat dengan sensing bulb yang ditempelkan di evaporator dari jenis fin Natural draft. Temperatur ruang dipertahankan 2oC dengan perbedaan yang minimum. 4. Carilah setting cut in dan cut out temperatur dari suatu thermostat untuk mengontrol suhu water chiller. Sensing bulb dicelupkan di tangki air, untuk menjaga temperatur air konstan 3oC. Perbedaan minimum thermostat : 8 K. Air tidak boleh membeku di dalam tangki. 5. Lihat buku katalog dan carilah thermostat yang cocok untuk keperluan ini. Pressure Control 1. Hitunglah setting cut in dan cut out dari sebuah LPC yang digunakan untuk memelihara suhu cabinet (almari pendingin) : 6oC. Evaporatornya dari jenis croos fin evaporator (TD = 14 K), dengan sistem air off cycle pada saat defrost. Refrigerant R - 12 dengan perbedaan suhu kabinet : 4 K. 2. Carilah cut in dan cut out setting dari suatu freeser yang bersuhu - 10oC konstan evaporator dari jenis Bare Tasbe, R - 12. Perbedaan temperatur dalam cabinet 4 K.
  • 237 Oil Pressure Control 1. Tentukan tekanan kerja dari oil pressure control pada suatu kompresor yang mempunyai data sebagai berikut : suction pressure 240 kPa, oil pump discharge pressure 600 kPa, refrigeran yang diginakan R12 2. Tentukan pula setting cut ini dan cut out pressure dari soal di atas 3. Apa akibatnya bila suhu evaporator naik menjadi 12 0C. Tentukan suction pressure, tekanan kerja oil pressure. 4. Jelaskan, apa fungsi heater pada oil control?
  • 238 PENGUJIAN SISTEM REFRIJERASI MEKANIK 13 Kerangka Isi 13.1 Peralatan Service 13.2 Penggunaan Service Manifold 13.3 Pengujian Kebocoran dan tekanan 13.4 Pemeriksaan Tekanan Kondensasi 13.5 Evakuasi 13.6 Charging refrigerant
  • 239 13.1 Peralatan Service Peralatan service adalah peralatan yang digunakan untuk keperluan pengujian atau pengukuran yang digunakan oleh seorang mekanik atau serviceman ketika melakukan pekerjaan service atau pemeliharaan. Peralatan yang terpenting adalah Gauge Manifold atau sering pula disebut sebagai Service Manifold. Service Manifold mepunyai sepasang pressure gauge, masing- masing untuk mengukur tekanan pada sisi tekanan rendah (biasanya dengan warna biru) dan sisi tekanan tinggi (dengan warna merah). Pada setiap sisi gauge dilengkapi dengan katub manual (Hand Valve) yang berfumgsi untuk membuka dan menutup tiga macam saluran yang ada pada manifold-nya. Pada ketiga saluran ini dilengkapi dengan tiga buah house (selang) yang fleksibel, yaitu warna biru untuk saluran tekanan rendah, warna merah untuk saluran tekanan tinggi dan kuning untuk saluran yang terdapat ditengahnya. Gambar 13.1. memperlihatkan Gauge Manifold lengkap dengan house-nya (selang). Gambar 13.1 Manifold Gauge lengkap dengan Housing-nya Ketiga ‘flexible house’ tersebut terbuat dari selang karet kualitas tinggi dilengkapi dengan ‘flare fitting’ berukuran ¼ inchi. Pada flare
  • 240 fitting tersebut terdapat gasket penahan kebocoran terbuat dari bahan karet sintetik sehingga sambungan dengan flare fitting tersebut dapat menahan tekanan tinggi hanya walaupun pengencangan hanya dengan menggunakan kekuatan jari tangan. Gambar 13.2 memperlihatkan desain dan konstruksi selang fleksibel . Ujung yang bertanda A merupakan sambungan dengan eksternal flare yang harus dipasangkan ke saluran pada servive manifold, sedang ujung bertanda B dipasang pada katub servive kompresor. Potongan konstruksi dinding selang diperlihatkan pada ujung bertanda C. Personil mekanik atau serviceman harus memahami bagaimana cara menggunakan gauge dan service manifold ini dengan baik. Gambar 13.2 Konstruksi Flexible Housing Line Untuk keperluan service dan pengujian (pengukuran) tekanan, service manifold ini lazimnya dipasangkan pada katub service kompresor untuk memperoleh tekanan sistem refrigerasi pada sisi tekanan rendah dan sisi tekanan tinggi. Disamping itu, dapat digunakan pula untuk keperluan service lainnya seperti membuang dan menambah refrigeran ke dalam sistem, membuang udara dari dalam sistem dan by- passing tekanan dari sisi tekanan tinggi ke tekanan rendah. Gambar 13.3 memperlihatkan gambar skematik servive manifold. Pada dasarnya Service manifold terdiri dari coumpound gauge pressure dan high pressure gauge yang terpasang pada suatu manifold yang dilengkapi dengan hand valve yang berfungsi untuk mengisolir saluran tengah manifold atau membuka saluran yang terdapat di kiri dan kanan manifold. Desian konstruksi seperti ini memungkinkan aliran refrigeran secara penuh ke pressure gauge
  • 241 setiap saat. Gambar 13.4 memperlihatkan konstruksi Service Manifold. Gambar 13.3 Gambar Skematik Servive Manifold Low Pressure Compound Gauge, memiliki skala positif dan skala negatif (di bawah tekanan atmosfir). Pressure gauge ini digunakan untuk mengukur tekanan pada sisi evaporator atau dipasang pada sisi Suction Service Valve (SSV). Sedang High pressure gauge digunakan untuk mengukur tekanan pada sisi kondenser atau dipasang pada Discharge Service Valve (DSV). Gambar 13.4 Konstruksi Service Manifold.
  • 242 Untuk dapat memasang service manifold dengan prosedur yang benar maka diperlukan pemahaman tentang konstruksi dan pengaturan service valve. Ada tiga macam service valve, yaitu : 1. Suction Service Valve (SSV) yang dipasang pada sisi Suction kompresor 2. Discharge Service Valve (DSV) yang dipasang pada sisi Discharge kompresor 3. Liquid Receiver Service Valve (LRSV) yang dipasang pada sisi liquid receiver. Suction dan Discharge service valve mempunyai sepasang pengaturan katub yang lazim disebut sebagai “front seating’ dan “back seating” sehingga memungkinkan service manifold dipasang pada service valve tersebut. Sedang liquid receiver service valve biasanya hanya mempunyai satu pengaturan katub. Gambar 13.5 memperlihatkan diagram skematik untuk katub service kompresor. Pada prakteknya hampir semua katub service didesain dengan rangka dari kuningan dan spindel pengaturan katub dari baja. Spindle baja ini cenderung berkarat sehingga dapat merusak pakingnya. Oleh karena itu setiap kali akan memutar atau mengatur spindle stem, selalu bersihkan permukaannya dan dianjurkan sebelum dan sesudahnya selalu memberi pelumasan dengan oli refrigeran. Oli refrigeran yang digunakan harus sesuai dengan oli refrigeran yang digunakan pada sistem refrigerasinya. Pada prakteknya, setelah digunakan beberapa waktu lamaya maka katub sewrvice ini akan bocor sehingga perlu diganti baru. Gambar 3.6 memperlihatkan posisi pengaturan katub service kompresor.
  • 243 Gambar 13.5 Gambar Skematik Katub Service Kompresor Gambar 13.6 Konsruksi Katub Service Kompresor
  • 244 Gambar 13.7 berikut ini meperlihatkan konstruksi katub service kompresor, di mana katubnya berada pada posisi back seated. Gambar 13.7 Pengaturan Posisi Katub service Kompresor Karena katub service ini begitu penting bagi seorang serviceman, maka perlu penanganan yang ekstra hati-hati untuk menjaga katub dari kerusakan, antara lain: - Sebelum memutar ‘valve stem’, kendorkan sedikit baut paking (5) - Gunakan kunci ratchet yang sesuai. - Jangan menekan spindle katub (3) pada dudukannya terlalu keras hingga dapat merusakkannya. - Beri oli refrigeran yang sesuai pada ‘valve stem’-nya. - Jangan lupa mem-back seat katub service sebelum melepas service manifold. - Bila selesai jangan lupa mengencangkan kembali baut paking (5). Gambar 13.8 memperlihatkan konstruksi liquid receiver service valve. Liquid receiver service valve biasanya merupakan ‘angle
  • 245 valve’ dan hanya mempunyai satu posisi pengaturan. Tetapi untuk sistem berkapasitas besar liquid receiver service valve mempunyai tiga saluran seperti halnya katub service kompresor sehingga memungkinkan serviceman melakukan pengisian liquid refrigeran melalui katub ini. Gambar 13.8 Konstruksi Liquid Receiver Service Valve Soal Latihan 1. Pada saat posisi spindle katub service kompresor berada pada “back seated, saluran apa yang terbuka? 2. Sebutkan jumlah posisi pengaturan katub service kompresor? 3. Jelaskan skala pada compound pressure gauge? 4. Gambarkan secara skematik service manifold 5. Mengapa flekxible housing harus bebas dari udara atau uap air? 6. Sebutkan tiga macam katub service dan fungsinya? 7. Kerusakan apa yang dapat terjadi pada katub service?
  • 246 13.2 Penggunaan Service Manifold Petunjuk: 1. Ambil service manifold, kalibrasi lagi posisi jarum pada angka nol. 2. Pelajari sistem skalanya pada kedua pressure gauge. 3. Periksa hand valve-nya, yakinkan dalam keadaan baik 4. Ikuti prosedur yang berlaku Alat & Bahan 1. Service Manifold 2. Ratchet spanner 3. Kunci Pas 4. Commercial Refrigeration Trainer set Prosedur Memasanag Service Manifold: 1. Periksa posisi spindle katub, yakinkan bahwa posisi katub pada back seated. 2. Buka tutup gauge plug 3. Sebelum service manifold dipasang pada gauge port, yakinkan bahwa posisi kedua hand valve tertutup 4. Pasang baut flare fitting pada selang warna biru ke suction service valve dengan kekuatan jari tangan, biarkan sedikit kendor dan baut flare fitting pada selang warna merah ke discharge service valve. Baut flare fitting pada selang warna kuning di pasang ke tabung refrigeran. 5. Buka katub pada tabung refrigeran dua putaran, dan buka hand valve service manifold (2 putaran) biarkan udara yang ada di dalam selang dihalau keluar beberapa saat ( 7 detik) oleh refrigeran, melalui ujung baut flare fitting yang kendor dan kemudian kencangkan bautnya. 6. Putar spindle katub service SSV dua putaran maju (crack) sehingga muncul tekanan pada compound pressure gauge. 7. Putar spindle katub service DSV dua putaran maju (crack) sehingga muncul tekanan pada high pressure gauge. 8. Pemasangan service manifold selaesai
  • 247 Prosedur Melepas Service Manifold: 1. Back seated kedua katub service kompresor 2. buka baut fare fitting pada SSV dan DSV. Hati-hati terhadap senburan sisa refrigeran yang ada di dalam selang. Bila perlu gunakan kaos tangan. 3. Pasang kembali tutup gauge plug 4. Pasang kembali baut flare fitting merah dan biru pada posisi penyimpanannya. Gambar 13.9 Prosedur berbagai pekerjaan service setelah service manifold terpasang pada sistem refrigerasi. 1. Memeriksa tekanan kerja sistem Tutup katub (hand valve) A dan katub B Cracking open katub C (SSV) dan katub D (DSV) 2. Mengisi gas refrigeran ke dalam sistem Hubungkan tabung refrigeran ke port E Buka katub A dan tutup katub B Crack open katub D perlahan-lahan
  • 248 3. Membuang udara yang terjebak di dalam kondeser Tutup katub A dan buka katub B Cracking open katub C 4. Mengisi liquid refrigeran ke dalam sistem Hubungkan silinder refrigeran (dibalik) ke E - Tutup katub A dan buka tutup B - Mid seated katub C - 5. Pengujian kebocoran Tutup port E dengan seal cup - Buka katub A dan katub B - Back seated katub C kemudian cracking - Mid seated katub D - 6. Menambah oli refrigeran ke dalam kompresor Hubungkan cuplai oli ke port E - Buka katub A dan tutup katub B - Putar katub D -
  • 249 13.3 Pengujian Kebocoran dan Tekanan Seperti telah kita ketahui, untuk memperoleh efek refrigerasi diperlukan sebuah sistem refrigerasi. Sistem Kompresi uap mempunyai efisiensi tinggi. Oleh karena itu sistem kompresi gas lebih banyak pemakainya. Sistem Kompresi uap merupakan mesin refrigerasi yang berisi fluida penukar kalor (refrigeran) yang bersirkulasi terus menerus. Selama bersirkulasi di dalam unitnya maka refrigeran tersebut akan selalu mengalami perubahan wujud dari gas ke liquid dan kembali ke gas akibat proses perubahan suhu dan tekanannya karena adanya efek kompresi, kondensasi, ekspansi dan evaporasi refrigeran. Sesuai dengan proses yang terjadi di dalam siklus refrigerasinya maka sistem refrigerasi kompresi uap mempunyai 4 komponen yang saling berinteraksi satu sama lain, yaitu : (i) Evaporator untuk proses evaporasi liquid refrigeran. (ii) Kompresor untuk meningkatkan tekanan gas refrigeran dari sisi tekanan rendah kompresor (kompresi). (iii) Kondenser untuk proses kondensasi gas refrigeran. (iv) Katub ekspansi untuk menurunkan tekanan liquid refrigeran yang akan di masuk ke evaporator. Adanya gangguan pada salah satu komponen dapat menggagalkan efek refrigerasi. Misalnya adanya kebocoran pada salah satu bagian sistem atau adanya saluran buntu dapat mengagalkan kerja sistem. Besarnya tekanan liquid refrigeran pada sistem kompresi gas akan menentukan besarnya suhu liquid mencapai titik pengannya. Oleh karena itu dalam sistem kompresi gas penentuan besarnya tekanan liquid refrigeran yang disalurkan ke bagian evaporator memegang peranan penting dalam upaya memperoleh suhu evaporasi yang diinginkan. Dalam sistem kompresi gas pengaturan tekanan liquid refrigeran yang akan dikan di evaporator dilakukan melalui katub ekspansi. Untuk mengetahui hubungan tekanan dan suhu refrigeran dalam kondisi saturasi dapat dilihat dalam Tabel 1. Kebocoran pada pemipaan Bocor pada sistem pemipaan refrigerasi merupakan penyebab gangguan yang dapat menggagalkan kerja sistem dan yang paling banyak dialami oleh unit refrigerasi/Ac. Tanpa menghiraukan bagaimana dan penyebab terjadinya kebocoran pada sistem, yang sudah pasti, adalah bahaya yang dapat timbul yang disebabkan oleh bocornya unit refrigerasi/ac, yaitu :
  • 250 a. Hilangnya sebagian atau bahkan mungkin seluruh isi refrigeran charge. b. Memungkinkan udara dan uap air masuk ke dalam sistem pemipaan refrigerasi. Tabel 13.1 Hubungan antara Suhu dan Tekanan Refrigeran dalam kondisi Jenuh Suhu R12 R22 R502 0C PSI PSI PSI - 30 -0,3 9 14 - 20 7,2 21 28 - 18 9,0 24 31 - 16 11 27 34 - 14 13 30 38 - 12 15 33 41 - 10 17 37 45 -6 29 44 50 0 30 57 68 5 38 70 82 6 40 73 85 7 41 75 88 10 47 84 97 15 57 100 114 20 68 117 133 25 80 137 154 30 93 158 177 36 111 187 207 40 125 208 229 45 146 242 264 50 162 267 290 55 188 308 332 60 207 337 363 Udara dan uap air merupakan gas kontaminan yang sangat serius dan merupakan barang haram yang sangat berbahaya Sebab disamping dapat mencemari kemurnian oli refrigeran juga berkontribusi terhadap timbulnya lumpur dan korosi. Dilain pihak uap air yang ada di dalam sistem dapat menjadi beku atau freeze-
  • 251 up pada saat mencapai katub ekspansi. Oleh karena adanya kebocoran harus dapat dideteksi secara dini. Ada dua metoda yang dapat digunakan untuk memeriksa kebocoran, yaitu a. Pressure Test Method b. Buble Test method c. Vacuum Method Pressure Test Method Pada dasarnya, metoda melacak kebocoran menggunakan Pressure Test Method adalah mengisikan inert gas ke dalam sistem refrigerasi hingga mencapai tekanan tertentu dan kemudian melacak lokasi kebocoran dengan alat pendeteksi kebocoran. Gas yang digunakan untuk Pressure Test adalah refrigerant yang sesuai dengan sistemnya tetapi untuk ekonomisnya maka dapat dilakukan dengan menggunakan gas nitrogen kering atau campuran antara refrigeran dan gas nitrogen kering. Pemeriksaan atau uji kebocoran dengan pressure test ini harus dilakukan khususnya untuk unit baru yang telah selesai dirakit atau unit lama yang baru selesai diperbaiki atau diganti salah satu komponen utamanya. Pressure Test harus dilakukan sebelum sistemnya diisi refrigeran. Untuk melakukan pressure test ini ada beberapa ketentuan yang harus diikuti dengan benar dan perlu mendapat perhatian khusus. Perhatian : a. Untuk unit refrigerasi yang kompresornya jenis open type, maka tekanan gas yang diberikan atau diisikan ke dalam sistem tidak boleh melebihi 400 Kpa (60 PSI ) Hal ini dilakukan untuk mencegah agar seal crankcase kompresor tidak rusak. b. Untuk kompresor yang dilengkapi dengan service valve di kedua sisi inlet dan outletnya, maka pressure test dapat dilakukan hingga mencapai tekanan 150 PSI.
  • 252 c. Bila menggunakan gas nitrogen kering maka harus melalui regulator. Karena tekanan tabung gas nitrogen dapat mencapai 2000 PSI. Selanjutnya bila sistemnya telah terisi dengan gas maka pelacakan kebocoran dapat dilakukan dalam tiga cara, yaitu : a. Bubble Halide Method b. Halide Leak Detector d. Electronic Leak Detector Bubble test method Bubble test method adalah pelacakan lokasi kebocoran dengan menggunakan busa sabun. Halide Leak Detector adalah alat pelacak kebocoran dengan menggunakan halide torch. Biasanya halide torch ini menggunakan gas buatan yang berwarna biru. Bila ia mencium adanya gas bocor maka warnanya berubah menjadi kehijau-hijauan. Electronic leak detector adalah pelacak kebocoran secara elektronik. Bila ia mendeteksi adanya kebocoran gas maka ada indikator yang akan menunjukkan dapat berupa suara atau secara visual. Gambar 13.10 Pengujian Kebocoran denan busa sabun
  • 253 Gambar 13.11 Leak Detektor Setelah pekerjaan pressure test selesai dikerjakan dan kebocoran yang terjadi juga sudah diperbaiki, maka pekerjaan pemeriksaan dilanjutkan dengan vacuum testing. Vaccum Test Method Kalau pada pressure test, uji kebocoran dilakukan dengan memberi tekanan positif ke dalam sistem maka pada vacuum test sistemnya dibuat menjadi bertekanan negatif ( vacuum ). Untuk membuat vacuum, digunakan alat khusus yang disebut : pompa vacuum atau vacuum pump. Pompa vakum ini akan menghisap gas yang ada didalam sistem sampai mencapai tingkat kevakuman tinggi. Kemudian sistemnya dibiarkan dalam keadaan tersebut selama lebih kurang 12 jam. Adanya kebocoran dalam salah satu lokasi akan menyebabkan tingkat kevakumannya turun. Bila menjumpai keadaan seperti itu maka sistemnya harus diperiksa dengan metoda pressure test lagi untuk memastikan lokasi bocornya. Selanjutnya bila sistemnya sudah terbebas dari gangguan bocor, maka pekerjaan dapat dilanjutkan ke tahap berikutnya yaitu dehidrasi dan charging refrigerant.
  • 254 Pengujian Tekanan (Pressure Test Method) Petunjuk: 1. Siapkan alat & bahan yang diperlukan 2. Periksa service manifold, kalibrasi posisi jarum pada angka nol. 3. Periksa pula peralatan lainnya. 4. Ikuti prosedur yang berlaku dan bekerja dengan hati-hati. 5. Jangan sampai tertukar dengan tabung oksigen. Akibatnya sangat berbahaya. Alat & Bahan 1. Service Manifold 2. Ratchet spanner 3. Kunci Pas 4. Gas Nitrogen 5. Refrigeran R134a 6. Pompa vacuum 7. Commercial Refrigeration Trainer set 8. Leak Detector Gambar Kerja
  • 255 Prosedur Pressure Test 1. Sebelum melakukan pressure test, yakinkan bahwa piranti dan komponen lain yang tidak perlu di-test harus dilepas. Karena kompresor tidak termasuk komponen yang harus di-test maka pastikan bahwa katub service kompresor pada sisi suction dan sisi discharge sudah berada pada posisi front seated. 2. Pastikan katub service pada liquid receiver sudah dalam posisi terbuka, demikian juga posisi katub bantu pada sisi hot gas dan liquid line. 3. Hubungkan silinder nitrogen kering ke gauge port katub service kompresor pada sisi discharge. 4. Karena tekanan gas nitrogen yang ada di dalam silinder dapat mencapai 2000 psi pada kondisi suhu ruang maka pemasukan gas nitrogen ke dalam sistem harus melalui gauge manifold. 5. Setel tekanan regulator pada tabung nitrogen pada posisi 150 psi. Buka shutoff valve pada tabung nitrogen demikian juga hand valve pada service manifold. Biarkan nitrogen masuk ke dalam sistem hingga tekanan di dalam sistem naik hingga 150 psi. Kemudian tutup hand valve service manifoldnya. 6. Pukul-pukul dengan tekanan secukupnya dengan menggunakan palu karet pada setiap sambungan yang ada baik sambungan dengan brazing maupun sambungan dengan flare nut umtuk memastikan kekuatan sambungan tersebut. 7. Kemudian lakukan pelacakan kebocoran pada setiap sambungan pipa dengan teliti secara menyeluruh baik menggunakan alat atau indera kita. Untuk itu periksa tekanan di alam sistem. Bila tekanan di dalam sistem cenderung turun, berarti terjadi kebocoran yang cukup serius. Gunakan pula indera pendengaran untuk mengetahui adanya suara desis yang ditimbulkan oleh kebocoran sambungan yang serius. Kebocoran yang relatif lebih kecil, dapat dideteksi dengan mengguakan busa sabun. Bil perlu campur air sabun dengan cairan gliserin untuk meningkatkan aksi gelembungnya. 8. Setelah selesai melakukan uji kebocoran, tutup shutoff valve pada silinder nitrogen. Kemudian buang gas nitrogen yang ada di dalam sistem melalui saluran tengah service manifold. 9. Bila ditemukan kebocoran, perbaiki dahulu kebocoranya dengan mengulang pekerjaan pemipaannya dan kemudian lakukan pressure test ulang. 10. Bila sistemnya sudah terbebas dari kebocoran, maka isi kan refrigeran ke dalam sistem hingga 15 psi. Kemudian isikan nitrogen kering ke dalam sistem hingga tekanan di dalam sistem
  • 256 naik menjadi 150 psi. Kemudian sekali lagi lakukan uji kebocoran dengan menggunakan peralatan leak detector. 11. Tahap akhir dari pressure test adalah biarkan sistem berada dalam tekanan 150 psi selama 24 jam. Ingat tekanan di dalam sistem dapat berubah dengan berubahnya suhu ruangannya. Tekanan di dalam sistem dapat berubah sebesar 3 psi pada perubahan suhu ruangan sebesar 10 0F. 13.4 PEMERIKSAAN TEKANAN KONDESING Bila gas refrigeran didinginkan maka akan terjadi perubahan wujud atau kondensasi ke bentuk liquid. Tetapi yang perlu mendapat perhatian kita adalah titik suhu embun atau kondensasi gas refrigeran tersebut juga ditentukan oleh tekanan gasnya. Pada sistem kompresi gas, maka gas refrigeran dari sisi hisap dikompresi hingga mencapai tekanan discharge pada titik tertentu dengan tujuan bahwa gas panas lanjut (superheat) tersebut dapat mencapai titik embunnya dengan pengaruh suhu ambien di sekitarnya. Misalnya almari es. Untuk sistem yang berskala besar maka untuk mendinginkan gas superheat ini digunakan air atau campuran air dan udara paksa. Gas refrigeran yang keluar dari sisi tekan kompresor disalurkan ke kondenser. Gas tersebut mempunyai suhu dan tekanan tinggi dalam kondisi superheat. Selanjutnya saat berada di kondenser gas panas lanjut tersebut mengalami penurunan suhu akibat adanya perbedaan suhu antara gas dan medium lain yang ada disekitarnya, yang dapat berupa udara atau air. Penurunan suhu gas refrigeran tersebut diatur sampai mencapai titik embunnya. Akibatnya refrigerannya akan merubah bentuk dari gas menjadi liquid yang masih bertekanan tinggi. Dari pengalaman, agar diperoleh performa yang optimal dari mesin refrigerasi kompresi gas maka suhu kondensasinya diatur agar mempunyai harga 6 sampai 17 derajad celsius di atas suhu ambien, tergantung dari suhu evaporasinya. Tabel 13.2 memperlihatkan penentuan tekanan kondensasi untuk berbagai kondisi suhu evaporasi.
  • 257 Tabel 13.2 Patokan Penentuan Suhu Kondensasi Suhu Evaporasi Suhu Kondensasi Suhu Kondensasi (Air Cooled (Water Cooled Condenser) Condenser) Suhu ambien + 9 0C Suhu air + 6 0C - 18 sampai -23 Suhu ambien + 11 0C Suhu air + 8 0C - 10 sampai -17 Suhu ambien + 14 0C Suhu air + 11 0C - 4 sampai - 9 Suhu ambien + 17 0C Suhu air + 14 0C di atas - 3 Berdasarkan patokan di atas, maka suhu dan tekanan kondensasi dapat ditentukan dengan cepat dan akurat. Contoh : Suatu frozen cabinet dengan R-12, mempunyai suhu evaporasi - 180C. Suhu ambiennya 250C. Maka berdasarkan tabel 2, suhu kondensasinya harus dapat mencapai 250C + 9 0C = 340C. Sehingga tekanan kondensasinya harus dapat mencapai 7,05 barg. Formula : Suhu Kondensasi = suhu ambien + beda suhu yang diijinkan
  • 258 Pemeriksaan Tekanan Kondensing Petunjuk: 1. Siapkan alat & bahan yang diperlukan 2. Periksa service manifold, kalibrasi posisi jarum pada angka nol. 3. Periksa pula peralatan lainnya. 4. Ikuti prosedur yang berlaku Alat & Bahan 5. Service Manifold 6. Ratchet spanner 7. Kunci Pas 8. Thermometer 9. Commercial Refrigeration Trainer set Prosedur 1. Jalankan unit refrigerasi 2. Setelah 20 menit, amati data pengukuran dan isi data sesuai nilai yang diperoleh. 3. Lakukan analisa data sesuai prosedur 4. Buat kesimpulan akhir tentang kondisi tekanan kondensing. Hasil yang diperoleh adalah sebagai berikut - Bila suhu kondesing hasil pengukuran sama dengan hasil analisis teoritis berarti sistemnya normal. - Bila suhu kondesing hasil pengukuran lebih kecil daripada hasil analisis teoritis berarti sistemnya mengalami over condensing - Bila suhu kondesing hasil pengukuran lebih besar daripada hasil analisis teoritis berarti sistemnya mengalami under condensing Data Pengukuran: No Parameter Yang diamati Hasil pengukuran 1 Jenis refrigeran yang digunakan 2 Sistem Pendinginan Kondenser 3 Suhu udara sekeliling ( Untuk Air Cooled) 4 Suhu air masuk kondenser ( Untuk water Cooled ) 5 Suhu air keluar kondenser (Untuk water Cooled )
  • 259 6 Suhu Evaporasi 7 Tekanan kondensasi 8 Suhu kondensasi Analisa Data Suhu Evaporasi : ……………………………… Kenaikan suhu kondenser : ……………………………… Suhu kondesing ideal: ……………………………… Tekanan kondesing ideal : ……………………………… Kesimpulan : Tekanan kondesing Sistem Refrigerasi : (Pilih salah satu) 1. Over Condensing 2. Under Condensing 3. Normal atau Optimal
  • 260 13.5 Evakuasi Bila sistem pemipaan refrigerasi sudah selesai dirakit maka mutlak perlu mengevakuasi keseluruhuan sistem pemipaannya dari udara dan uap air serta gas lain yang sempat masuk ke dalam sistem pemipaan refrigerasi. Untuk keperluan itu digunakan alat bantu yang disebut vacuum pump. Vacuum Pump digunakan untuk mengevakuasi atau mengeluarkan udara dan uap air yang terjebak di dalam sistem pemipaannya. Dampak adanya udara dan uap air di dalam sistem: (i) Uap air dapat mengakibatkan terjadinya pemblokiran di saluran pipa kapiler atau dryer bila membeku menjadi es. (ii) Udara yang terjebak di saluran bertekanan tinggi di kondenser dapat menyebabkan kenaikan tekanan kondensing yang membahayakan kompresor. (iii) Uap air dapat bereaksi dengan refrigerant bila memdapat pemanasan. Hasilnya adalah senyawa asam hidrofluorik dan hidroklorik yang mengakibatkan kontaminasi pada sistemnya. (iv) Uap air dapat bereaksi dengan lubricant sehingga megubah karakteristik lubricant karena oksidasi dan acidic. (v) Uap air menyebabkan terjadinya oksidasi. (vi) Uap air dapat mempertebal lapisan pipa bagian dalam, sehingga menyebabkan efek penyempitan pipa. (vii) Uap air akan menyebabkan hidrolisis bila bereaksi dengan bahan isolasi sistetis. Gambar 13.12 Vacuum Pump
  • 261 Vacuum Pump Agar pekerjaan mengevakuasi sistem ni dapat berhasil dengan baik maka diperlukan peralatan bantu yang tepat. Peralatan standard yang digunakan untuk mengevakuasi sistem adalah Vacuum Pump. Dalam keadaan darurat sementara personil menggunakan kompresor hermetik sebagai vacuum pump. Tetapi masalahnya kompresor hermetik tidak akan sanggup melakukan evakuasi hingga mencapai tekanan yang sangat rendah seperti yang dipersyaratkan oleh pabrikan peralatan refrigerasi. Di lain pihak bila dipaksakan maka motor kompresor hermetik akan mengalami overheat yang dapat menyebabkan terbakar motor.Saat ini telah tersedia banyak jenis dan type vacuum pump yang ada di pasaran yang mudah dibawa dan ringan (portable). Metode Triple – Evacuation Pada prinsipnya evakuasi dapat dilakukan melalui sisi suction atau melalui dua sisi yaitu sisi suction dan sisi discharge. Pada umumnya peralatan refrigerasi berskala rendah hanya dilengkapi dengan process tube pada sisi tekanan rendah (suction). Tetapi beberapa pabrikan merekomendasikan evakuasi melalui kedua sisi yaitu sisi suction dan sisi discharge sehingga memasang process tube pada kedua sisinya. Biasanya hanya dengan melakukan dua kali evakuasi hingga mencapai 1 mbar seperti diperlihatkan dalam gambar di atas sudah mencukupi kebutuhan pada perakitan peralatan baru atau bahkan pada saat melakukan perbaikan. Tetapi kadangkala pada pelaksanaan perbaikan di lapangan maka untuk mencapai vacuum hingga 1 mbar susah dicapai. Oleh karena itu dianjurkan untuk melakukan evakuasi dengan metode triple-evakuasi. Maksud dan tujuan memberi tekanan ekualisasi dengan memasukkan refrigerant ke dalam sistem dan evakuasi yang berulang-ulang (3X) adalah agar pengeluaran gas dan uap air dari dalam sistem dapat lebih efisien sehingga persentase gas dan uap air yang ada di dalam sistem menjadi sangat minimum.
  • 262 Prosedur : (i) Evakuasi dengan menggunakan vacuum pump untuk mencapai stable vacuum tidak kurang dari 10 mbar. (ii) Masukkan refrigrant R12 ke dalam sistem hingga mencapai tekanan atmosfir. (iii) Ulang evakuasi sistem hingga mencapai 1 mbar (iv) Masukkan refrigerant R12 ke dalam sistem hingga mencapai tekanan atmosfir. (v) Ulang evakuasi sekali lagi. 13.6 Charging Charging refrigerant ke dalam sistem bukan masalah berat bila telah tersedia peralatan untuk charging yang memadai dan memenuhi standard. Pekerjaan charging refrigerant akan menjadi lebih mudah bila kita mempunyai satu set peralatan charging yang disebut : Charging Board. Charging Board telah dilengkapi dengan Vacumm Pump, Glass kalibrasi, peralatan ukur tekanan (Pressure Gauge) serta katub-katub yang memenuhi standard. Masalah yang sering muncul di kalangan teknisi refrigerasi adalah berapa banyak refrigerant yang harus dimasukkan ke dalam sistem. Yang perlu selalu diingat oleh para personil yang sedang menangani perbaikan peralatan refrigerasi dengan sistem pipa kapiler adalah : Sistem refrigerasi dengan pipa kapiler sering disebut sebagai equilibrim system artinya pada saat mesinnya dimatikan maka kedua sisi sistem, sisi suction dan sisi discharge akan mempunyai tekanan yang sama setelah beberapa saat kemudian. Bila keseimbangan tekanan ini tidak tercapai setelah beberapa menit maka berarti ada gangguan. Untuk mendapatkan keseimbangan sistem ini maka syarat yang harus dipenuhi adalah : refrigerant yang dimasukkan ke dalam sistem harus tepat, sesuai desain pabrikannya. Cara yang paling mudah adalah mengikuti anjuran pabrikannya. Biasanya isi (biasanya diukur dalam satuan berat) dan jenis refrigerant telah dicantumkan oleh pabrikannya. Ikuti saja petunjuk pabrikan dengan mengisikan refrigerant ke dalam sisitem secara gradual hingga mencapai berat yang dianjurkan oleh pabrikannya.
  • 263 Dan kemudian observasi suhu di evaporator harus uniform. Untuk keperluan charging ini ada alat khusus yang disebut : Dial-A-Charge charging cilinder. Dial-A-Charge charging silinder didesain untuk dapat mengukur jumlah refrigeran tertentu dalam satuan berat. Pada dinding silinder terdapat skala yang sudah dikalibrasi untuk beberapa variasi tekanan dan suhu, sehingga pengukuran jumlah refrigeran dapat lebih presisi. Charging refrigerant ke dalam sistem dilakukan melalui sisi tekanan rendah (suction). Dalam hal ini charging dilakukan dalam bentuk gas. Bila charging dilakukan dalam bentuk liquid harus dilakukan melalui sisi tekanan tinggi pada outlet kondenser. Gambar 13.13 Pengisian Refrijeran gas melalui sisi tekanan rendah Gambar 13.14 Pengisian refrijeran cair melalui sisi tekanan tinggi
  • 264 Prosedur Charging Refrigeran 1. Mengisi gas refrigeran ke dalam sistem Hubungkan tabung refrigeran ke port E Buka katub A dan tutup katub B Crack open katub D perlahan-lahan 2. Membuang udara yang terjebak di dalam kondeser Tutup katub A dan buka katub B Cracking open katub C 3. Mengisi liquid refrigeran ke dalam sistem Hubungkan silinder refrigeran (dibalik) ke E Tutup katub A dan buka tutup B Mid seated katub C Gambar 13.15 Sketsa berbagai jenis pekerjaan service
  • 265 PEMIPAAN REFRIJERASI 14 Kerangka Isi 14.1 Jenis pipa 14.2 Pipa Tembaga 14.3 Pipa Alumunium 14.4 Pipa Baja 14.5 Pipa Fleksibel 14.6 Pipa Kapiler 14.7 Soldering Fitting 14.8 Alat Kerja Pipa 14.9 Pengerjaan pemipaan Refrijerasi 14.10 Brazing dan Perlengkapan Las Oxi-acetilin
  • 266 14.1 Jenis Pipa System refrijerasi kompresi uap, terdiri dari empat komponen utama, yaitu kompresor, kondensor, katub ekspansi dan evaporator. Kempat komponen utama tersebut saling dihubungkan dengan menggunakan pipa. Gambar 14.1 Pemipaan pada system refrigerasi Pekerjaan pemipaan refrijerasi adalah pekerjaan utama dalamperakitan atau pemeliharaan peralatan refrijerasi. Ada empat prinsip yang harus dijadikan acuan oleh setiap teknisi, yaitu (1) Mengetahui apa yang akan dilakukan (2) Memilih alat dan bahan dengan tepat (3) Menjaga alat dan baha dalam kondisi bersih dan kering (4) Mengutamakan dan mengikuti prosedur keselamatan kerja Bab ini dipersiapkan untuk memberikan penegtahuan yang diperlukan oleh setiap personil dan teknisi yang bergerak di bidang refijerasi dan tata udara.
  • 267 Sebagai contoh, pekerjaan yang harus dilakukan adalah menyambung pipa dengan pengelasan. Agar penyembunag dapat dilakukan dengan bagus, maka pengetahuan tentang pipa dan pengelasan pipa harus dikuasaidengan baik. Masalah Pipa Pipa yang banyak digunakan dalam peralatan refrijerasi dan tata udara adala pipa tembaga. Pipa lain yang sering digunakan adalah pipa alumunium, pipa baja, pipa baja tahan karat, dan pipa plastik. Pemilihan ukuran pipa yang digunakan harus memenuhi persyaratan sebagai berikut : • Drop tekanan harus sekecil mungkin • Dapat mengalirkan bahan refrigerant sesuai dengan perencanan atau kecepatan sirkulasi refrigerannya sesuai. Kalau pipa yang digunakan terlalu kecil akan mengakibatkan : • Kerugian gesekan • Bunyi yang keras dan bising karena kecepatan yang tidak sesuai Kalau pipa yang digunakan ukurannya terlalu besar akan mengakibatkan : • Kegagalan pengembalian minyak/oli kompresor • Pengeringan minyak/oli kompresor yang akhirnya kompresor menjadi macet 14.2 Pipa Tembaga Pipa tembaga adalah pipa yang paling sering digunakan untuk keperluan mesin pendingin yang menggunakan bahan refrigeran jenis R.11, R.12, R.22, dan R.502. Pipa tembaga yang dipergunakan pada mesin pendingin adalah pipa tembaga khusus yang disebut ACR TUBING (Air Conditioning and Refrigeration Tubing) yang telah dirancang dan memenuhi persyaratan/karakteristik khusus untuk mesin pendingin. Bagian dalam pipa untuk keperluan mesin pendingin harus dijaga agar tetap kering dan biasanya dibersihkan dengan menggunakan
  • 268 nitrogen. Ujung-ujung pipa jangan dibiarkan terbuka dan harus ditutup agar tidak terkontaminasi udara luar (uap air) atau kotoran lainnya dengan cara digepengkan ataupun ditutup dengan penutup khusus. Pipa tembaga pada umumnya dibagi menjadi 2 (dua) jenis, yaitu : 1. Pipa tembaga lunak (Soft) 2. Pipa tembaga keras (Hard) Beda kedua jenis pipa tersebut terletak pada ketebalan dindingnya. pUntuk memudahkan identifikasinya, Pabrikan memberikan kode dengan type K, L, dan M seperti tertera pada table 11.1 berikut ini : Tabel 14.1 Ukuran pipa tembaga Ukuran Diameter Luar Ketebalan Nominal (OD) K L M ( inchi ) (inchi) 0,030 - ¼“ 0,375 0,035 0,035 - 3/8” 0,500 0,049 0,040 - ½” 0,625 0,049 0,042 - 5/8” 0,750 0,049 0,045 - ¾” 0,875 0,065 0,050 - 1” 1,125 0,065 0,055 0,042 1.1/4” 1,375 0,065 0,060 0,049 1.1/2” 1,625 0,072 0,070 0,058 2” 2,125 0,083 0,080 0,065 2.1/2” 2,625 0,095 0,090 0,072 3” 3,125 0,109 0,100 0,083 3.1/2” 3,625 0,120 0,110 0,095 4” 4,125 0,134 0,125 0,109 5” 5,125 0,160 0,140 0,122 6” 6,125 0,192 0,200 0,170 8” 8,125 0,271 0,212 10” 10,125 0,338 0,250 0,254 12” 12,125 0,405 0,280
  • 269 Pipa Tembaga Lunak Pipa tembaga lunak biasanya digunakan pada mesin-mesin pendingin jenis domestic dan komersial. Pipa tembaga ini memiliki sifat kekerasan tertentu yang disebut “Annealed Copper Tubing”, yaitu, pipa dipanaskan kemudian dibirkan mendingin sendiri. Hal ini membuat pipa tembaga menjadi lunak dan mudah dibentuk. Pipa tembaga lunak mempunyai sifat khusus. Jika pipa dibengkokan berulang kali maka pipa tersebut akan menjadi keras dan kaku, sehingga mudah rusak, retak atau patah. Sifat ini dapat diperbaiki dengan cara memanaskan pipa tersebut sampai warnanya berubah menjadi merah atau ungu dan didinginkan secara perlahan-lahan di udara, selanjutnya pipa dapat dengan mudah dibentuk seperti semula. Pekerjaan ini dinamakan Proses “ANNEALING”. Penyambungan pipa tembaga ini dapat dilakukan dengan dua cara , yaitu (1) pengelasan (brasing), (2) tanpa pengelasan, tetapi menggunakan flare fitting yang disebut sebagi flare nut, yaitu baut khusus untuk keperluan penyambungan secara cepat (flaring). Pipa tembaga lunak ini biasanya diperjualbelikan di pasaran dalam bentuk rol dengan panjang yang bervariasi mulai dari 25 feet, 50 feet dan 100 feet dengan diameter luar (OD) dalam satuan inchi. Ukuran yang tersedia di pasaran adalah 3/16, ¼, 5/16, 3/8, 7/16, ½, 9/16, 5/8 dan ¾ inchi. Ketebalan pipa tergantung pada diameter luar pipa. Misalnya, pipa ¼ memiliki ketebalan 0,03 inchi. Pipa ¾ inchi, 0,35 inchi. Pipa Tembaga Keras Pipa tembaga keras biasanya digunakan pada mesin pendingin untuk keperluan komersial, dimana sifat pipa tembaga ini kaku dan keras, jadi pada saat pemasangan pipa tersebut harus dipasang klem atau penyangga sebagai tumpuan dan pengikatnya, apalagi jika ukuran diameter pipa yang digunakan ukurannya besar. Pipa tembaga keras tidak dapat dibengkokkan, jadi harus menggunakan elbow bila diperlukan bengkokan. Penyambungan
  • 270 pipa hanya hanya dilakukan dengan sistem pengelasan dengan las perak (silver brazing) atau menggunakan flare fitting. Penyolderan hanya dilakukan untuk saluran tekanan rendah. Pipa tembaga keras ini diperjualbelikan di pasaran dalam bentuk batangan, dimana setiap batangnya mempunyai panjang kurang lebih 7 meter. 14.3 Pipa Alluminium Pipa Alluminium banyak dipergunakan sebagai bahan evaporator. Daya hantar panas pipa alluminium ini tidak begitu baik jika dibandingkan dengan daya hantar panas pipa tembaga, dan harganyapun relatif lebih mahal. Penyambungan atau pengelasan pipa alluminium tidak semudah penyambungan pipa tembaga, dimana harus menggunakan las khusus yang disebut las MIG, atau bisa juga dengan menggunakan kawat las Platinum 52 dengan campuran boraks atau fluks 52 dengan nyala api yang teratur, dimana apinya tidak boleh bersentuhan secara langsung dengan fluks 52 yang telah dioleskan, disinipun diperlukan keterampilan las secara khusus. Kasus kerusakan atau kebocoran evaporator pada mesin pendingin seringkali terjadi. Untuk mengatasinya jika kebocorannya tidak terlampau besar kebocorannya bisa di tutup dengan menggunakan lem APOXY atau HARDEX. Karena tekanan pada bagian evaporator adalah rendah, jadi dengan system pengeleman saja sudah cukup tanpa perlu pengelasan. Gambar berikut menunjukan bentuk evaporator yang ada di pasaran dengan kapasitas bermacam-macam. Gambar 14.2 Model evaporator yang ada di pasaran
  • 271 14.4 Pipa Baja Pipa baja juga banyak sekali dipergunakan pada mesin pendingin untuk keperluan domestic, seperti halnya pada kondensor lemari es. Ada beberapa pipa baja dengan ketebalan dinding tertentu yang biasa digunakan pada mesin pendingin, adapun ukuran diameter pipa baja tersebut sama dengan ukuran diameter pipa tembaga, sedangkan cara penyambungan dari pipa baja adalah dengan system brasing dan ada pula yang menggunakan ulir. Pipa tembaga atau kuningan tidak dapat digunakan pada system pendingin yang menggunakan bahan refrigeran amoniak (R.717), dimana sifat pipa tembaga ini mudah bereaksi jika terkena amoniak, jadi untuk mesin pendingin yang menggunakan bahan refrigerannya amoniak harus menggunakan pipa baja. Adapun ukuran-ukuran pipa baja yang ada di pasaran adalah sebagaimana tertera pada table berikut : Tabel 14.2 Ukuran pipa Baja Diameter luar Pecahan 1/4 3/8 1/2 5/8 3/4 1 11/4 Decimal 0,25 0,375 0,500 0,625 0,750 1,0 1,25 mm 6,35 9,52 12,7 15,87 19,05 25,4 31,75 Pipa Baja Stainless Pipa Baja stainless pada umumnya mempunyai fungsi yang sama dengan pipa refrigeran lainnya, dimana pipa baja stainless ini sangat kuat terhadap korosi dan sangat mudah dalam melakukan penyambungannya, dimana bisa menggunakan brasing maupun menggunakan ulir. Pipa baja stainless No.304 sering sekali digunakan pada mesin pendingin untuk Food Processing, Manufacture Ice Cream, Milk Cool Storage dan yang lainnya, karena pipa baja stainless ini mempunyai
  • 272 kadar karbon (C), Nickel (Ni), dan Chronium (Cr) yang sangat rendah sekali. 14.5 Pipa Fleksibel Getaran-getaran yang diakibatkan oleh bekerjanya kompresor dapat mengakibatkan kerusakan pada sambungan pipa, khususnya sambungan pipa ke kompresor. Untuk mengatasi hal tersebut maka pada bagian tersebut perlu dipasang pipa fleksibel yang dapat meredam getaran. Bahan konstruksi dari pipa fleksibel terbuat dari selang perunggu fleksibel yang dilapisi dengan anyaman pita rambut perunggu dan disambungkan dengan pipa tembaga sebagai ujung-ujungnya. Pipa fleksibel ini dapat digunakan pada mesin pendingin yang menggunakan bahan refrigerant R12, R13, R22, R24, R114, R502 atau yang sejenisnya kecuali untuk NH3 (Amoniak). Pipa fleksibel ini di desain untuk nominal tekanan 25 atg, dan temperature pada kisaran -700C sampai dengan + 2000C. Ukuran pipa fleksibel yang ada dipasaran bermacam-macam seperti yang tertera pada tabel 11.3 Tabel 14.3 Data teknik pipa fleksibel
  • 273 Tabel 14.4 Data teknik pipa fleksibel Secara praktis pemasangan pipa fleksibel adalah seperti pada gambar berikut : Gambar 14.3 Pemasangan pipa fleksibel
  • 274 14.6 Pipa kapiler (Capilary tube) Juga disebut : Impedance tube, Restrictor tube atau choke tube. Pipa kapiler dibuat dari pipa tembaga dengan lubang dalam yang sangat kecil. Panjang dan lubang pipa kapiler dapat mengontrol jumlah bahan pendingin yang mengalir ke evaporator. Pipa kapiler memiliki fungsi sebagai berikut : 1. Menurunkan tekanan refrigerant cair yang mengalir di dalamnya 2. Mengatur jumlah refrigerant cair yang mengalir melaluinya 3. Membangkitkan tekanan bahan pendingin di kondensor Pipa kapiler terdiri dari berbagai macam ukuran. Yang diukur bagian diameter dalam (inside diameter/ID) dari pipa, lain halnya dengan pipa tembaga yang diukur adalah diameter luar (Outside diameter/OD) Pipa kapiler tidak boleh dibengkok terlalu tajam, karena dapat menyebabkan tersumbatnya lubang pipa. Pipa kapiler menghubungkan saringan (filter dryer) dan evaporator, merupakan batas antara sisi tekanan tinggi dan tekanan rendah dari system. Pada bagian tengahnya sepanjang mungkin dilekatkan dengan saluran hisap dan disolder. Bagian yang disolder ini dinamakan Penukar Kalor (heat Exchanger). Jika kita tidak mempunyai ukuran panjang dan ID pipa kapiler yang tepat untuk lemari es yang hendak diperbaiki, kita dapat memakai Daftar pemakaian pipa kapiler pada tabel 11.5
  • 275 Table 14.5 Daftar pemakaian pipa kapiler * S – Statis F- Fan S – Statis untuk kondensor tanpa fan motor, dan F – Fan untuk kondensor yang memakai fan motor Semua ukuran ID (Inside Diameter) x panjang pipa kapiler di atas, hanya dipakai sebagai perkiraan saja, apabila kita tidak mengetahui ukuran dan panjang pipa kapiler yang harus dipakai. Pada pelaksanaannya dapat diadakan perubahan, untuk disesuaikan dengan keperluannya.
  • 276 Panjang dan ID dari setiap pipa kapiler di atas dapat diubah dan disesuaikan dengan ID pipa kapiler yang telah kita miliki, dengan memakai Daftar Perbandingan Panjang Pipa Kapiler pada tabel 11.6 Tabel 14.6 Daftar perbandingan panjang pipa kapiler Cara pembacaan tabel 14.6 : 1. Letakan ukuran ID (inside Diameter) pipa kapiler yang telah dikatahui pada lajur paling kiri 2. Tarik garis mendatar ke kanan sampai memotong lajur ukuran ID pipa kapiler di atas yang hendak kita pakai. Kita
  • 277 mendapatkan factor pengali. Pilihlah beberapa factor pengali yang berada dalam kurung. 3. Kalikan panjang pipa kapiler baru yang diketahui dengan factor yang diperoleh pada langkah 2. Untuk lemari es pilihlah lemari es dengan panjang minimum 1,5 meter dan maksimum 4,5 meter. 4. Hasilnya kita mendapatkan pipa kapiler dengan ID yang baru dan panjang yang tertentu, dengan tahanan dan sifat yang sama dengan pipa kapiler sebelumnya. Contoh 1 Lemari es dengan kompresor 1/6 PK, kondensor statis, direncanakan untuk dipakai pada suhu rendah -200C. Berapa ukuran pipa kapiler yang diperlukan? Dengan melihat tabel 1.5 (Daftar pemakaian pipa kapiler), kompresor 1/6 PK dengan kondensor statis untuk suhu evaporator – 200C, harus memakai pipa kapiler 0.031 ID dengan panjang 3.62 meter. Contoh 2 Pipa kapiler 0.040 ID panjang 3 meter, hendak ditukar dengan pipa kapiler lain ID yang dapat memberikan karakteristik yang sama. Dengan melihat tabel 1.6 (Daftar perbandingan panjang pipa kapiler), pada lajur paring kiri dari 0.040 tarik garis mendatar ke kanan, akan mendapatkan beberapa factor : • Di bawah 0.036 ID didapat factor 0.62 • Di bawah 0.042 ID didapat factor 1.25 Kalikan panjang pipa kapiler yang telah diketahui 3 meter dengan factor yang diperoleh. Dengan pipa kapiler 0.036 ID – 0.62 x 3 m = 1.86 meter Pipa kapiler pengganti (0.036 ID, panjang 1.86 m) dapat memberikan tahanan yang sama seperti kapiler 0.040 ID panjang 3 meter.
  • 278 14.7 Soldering Fitting Soldering fitting adalah accessories pemipaan yang berguna untuk membantu melakukan sambungan dan pencabangan dengan cara pengelasan. Beberapa jenis soldering fitting yang sering digunakan adalah : Socket (coupling) Socket adalah salah satu jenis accessories pemipaan, dimana fungsi dari socket ini adalah untuk membantu melakukan penyambungan 2 buah pipa yang berdiameter sama. Ukuran socket mengikuti ukuran pipa tembaga lunak tetapi dinyatakan dengan ukuran diamter dalam atau ID. Gambar 14.4 Reducing Socket Reducing socket adalah salah satu jenis accesoris pemipaan, dimana fungsi dari reducing socket ini untuk membantu melakukan penyambungan 2 (dua) buah pipa yang diameternya berbeda. Ukuran reducing socket sama seperti ukuran pipa tembaga. Gambar14.5
  • 279 Bengkokan pipa (Elbows) Di pasaran elbow tersedia dengan berbagai jenis, diantaranya ada elbow 450, 900, dan ada pula yang radius bengkokannya 1800. Gambar14.6 Socket Cabang T Untuk membuat pencabangan pipa saluran mesin pendingin baik itu untuk menempatkan alat ukur tekanan rendah maupun tekanan tinggi atau pemasangan pentil atau komponen lainnya, maka disini diperlukan suatu alat accessories yang disebut dengan socket cabang T. Gambar14.7
  • 280 Flare Fitting Flare fitting adalah salah satu accessories pemipaan yang berfungsi untuk membantu melakukan penyambungan pipa yang tidak permanent, baik itu sambungan pipa dengan pipa, maupun pipa dengan komponen yang lainnya seperti halnya dengan filter dryer, sight glases, solenoid, atau stop kran. Perbedaan flare fitting dan soldering fitting adalah terletak pada proses pengerjaannya saja, dimana soldering fitting proses pengerjaannya dengan alat Bantu las (brasing) sedang flare fitting tanpa pengelasan. . Gambar 14.8 Flare fitting Flare nuts Flare nuts adalah salah atu accessories pemipaan yang merupakan pasangan dari doble flare dan mempunyai bentuk menyerupai Mur (Nuts), dimana fungsinya sama seperti flare fitting. Adapun jenis-jenis dari flare nuts yang ada di pasaran adalah sebagai berikut : 1. flare nuts – Plain 2. flare nuts – Short Barrel 3. flare nuts – Frost Proof 4. flare nuts – Frost Proof Grooved 5. flare nuts – Plain Reducing 6. flare nuts – Frost Proof Reducing 7. flare nuts – Frost Proof Grooved Reducing
  • 281 Double Fitting Double Fiting adalah salah satu bagian dari flare fitting, doble fitting ini tidak selamanya berbentuk doble fitting khusus akan tetapi bisa berupa stop kran, filter dryer, dan sebagainya. Adapun bentuk-bentuk atau jenis-jenis dari doble fitting yang khusus adalah sebagai berikut : Double fitting bentuk lurus Double fitting jenis ini adalah sebagai berikut : 1. Doble fitting 2. Doble fitting reducing 3. Male flare to male flare 4. Male flare to Female Flare 5. Male flare to Paralel male BSP 6. Male flare to female BSP 7. Female flare to female BSP 8. Female flare to female flare 9. Female BSP to Female flare 10. Female Flare to Female BSP 11. Male BSP to solder 12. Female BSP to solder 13. Male flare to solder Double flare bentuk elbows ini berfungsi untuk membantu melakukan pembuatan sambungan pada belokan dengan menggunakan jenis sambungan flaring fitting. Dimana jenis-jenis daripada doble flare bentuk elbows ini adalah sebagai berikut: 1. Doble flare 2. Male BSP to Male BSP 3. Male flare to solder 4. Male flare to female flare 5. Female BSP to male BSP 6. Male Flare to female BSP 7. Female BSP to Female BSP 8. Doble flare reducing 9. Male flare to female BSP 10. Male BSP to solder
  • 282 14.8 Alat Kerja pipa Pemotong pipa (tubing cutter) 1. Alat pemotong pipa ada 2 macam yaitu tubing cutter dan gergaji (hacksaw). Yang perlu diperhatikan pada saat memotong pipa adalah jangan sampai kotoran-kotoran masuk dalam system waktu memotong pipa. Untuk memotong pipa dengan tubing cutter, pipa dimasukan antara roller dan cutting whell. Tightening knob berfungsi untuk menyesuaikan dengan diameter pipa yang dipotong. Gambar 14.9 Tubing Cutter Bila roda pemotong ditukar dengan roda penekan yang tumpul, maka fungsi tubing cutter akan berubah menjadi memperkecil ujung diameter pipa, sehingga dapat disambung dengan pipa yang lebih kecil. Gambar 14.10 Cara memotong pipa
  • 283 2. Reamer dan Deburrer Pipa tembaga setelah dipotong ujungnya tidak rata pada bagian dalam maupun bagian luarnya. Harus diratakan dengan reamer. Pengerjaan membersihkan ujung pipa setelah dipotong sangat penting sebelum pipa dikembangkan (flare) atau dibesarkan (swage). Pisau pada reamer dan deburrer dibuat dari baja yang dikeraskan. Dipakai untuk meratakan ujung pipa yang telah dipotong. Dapat untuk meratakan ujung pipa dari 3/16 s.d. 1.1/2 “ pada bagian dalam dan bagian luarnya. Pemotong pipa ada juga yang dilengkapi dengan pisau reamer (reamer blade) dan kikir. Gambar 14.12 Reamer (A), deburrer (B) 3. Flaring/Swaging Tool Flaring Tool Alat ini berfungsi untuk mengembangkan diameter ujung pipa agar dapat disambungkan dengan sambungan berulir (flare fitting). Flaring tooll terdiri dari 2 buah block yang disatukan dengan baut dan mur kupu-kupu (wing nut). Kedua penjepit ini diberi lubang dari beberapa ukuran pipa 3/16” s.d. 5/8”. Sebuah joke ujungnya bercabang dapat diselipkan pada penjepit tersebut. Pada bagian atas joke mempunyai sebuah baut yang panjang. Pada bagian atas baut diberi batang pemutar dan pada bagian bawah diberi sebuah flare cone (spinner). Flare cone tersebut berbentuk kerucut dengan sudut 45o untuk menekan dan mengembangkan ujung pipa. Gambar 14.13 Flaring Tool
  • 284 Swaging Tool Untuk membesarkan ujung pipa, agar dua buah pipa yang sama diameternya dapat disambung dengan solder timah atau las perak. Panjang sambungan untuk tiap pipa berbeda, pada umumnya diambil sepanjang diameter dari pipa yang akan disambung. Swagging tool ada 2 macam : 1. Model dipukul (Punch type) 2. Model diputar (Screw type) Pemakaiannya hampir sama dengan flaring tool. Di sini flare cone ditukar dengan swaging punch (swaging dies atau swage adaptor). Gambar 14.14.a Punch Type Gambar 14.14.b Screw Type Swaging Tool Swaging Tool 4. Pembengkok pipa (Tube Bender) Untuk membengkok pipa tembaga lunak. Pipa 3/16” dan ¼” dapat dibengkok dengan tangan tanpa memakai alat, tetapi dengan mempergunakan alat pembengkok pipa akan diperoleh hasil bengkokan yang tepat dan rapi. Alat pembengkok pipa juga dapat menghindarkan pipa menjadi gepeng dan rusak. Alat pembengkok pipa ada 2 macam : 1. Dengan rol dan tuas (Lever type tube bender) 2. Dengan pegas (Spring type tube bender)
  • 285 Gambar 14.15 Lever type bender (A), Spring type bender (B) Pembengkok pipa dengan pegas Pembengkok pipa tersebut ada 2 macam : Lilitan pegas di luar (Outside spring) dan lilitan pegas di dalam (Inside spring). Yang pertama pipa dimasukan ke dalam pegas dan untuk yang kedua pegas dimasukan ke dalam pipa. Inside spring hanya dapat dipakai untuk membengkokan ujung pipa, sedangkan Outside spring dapat dipakai untuk membengkokan semua bagian dari pipa. Pembengkok pipa dengan rol dan tuas Alat pembengkok type ini dapat membuat bengkokan pipa dengan radius tertentu sesuai dengan diameter dari rol, dapat membengkok pipa tepat pada tempatnya dan dapat membuat sudut bengkokan dengan akurat dengan hasil bengkokan sangat baik. Dapat membengkokan pipa dari 0 – 1800. Alat pembengkok pipa pada gambar 4.8 A hanya dapat membengkok satu macam ukuran pipa saja, sedangkan alat pembengkok pipa kecil pada gambar 4.9 memiliki 3 atau 4 rol yang disatukan. Dapat untuk membengkok pipa untuk berbagai ukuran diameter pipa, untuk pipa 3/16”,1/4”,5/16” dan 3/8”. Gambar 14.16 multi Lever bender
  • 286 5. Alat Pembuntu pipa (Pinch-Off tool) Alat ini dipakai untuk membuntukan ujung pipa. Pembuntu pipa dibuat oleh beberapa pabrik dengan bermacam-macam model, bentuk, dan sifat. Gambar 14.16 Pinch-Off tool 1. Vise-Grip (Gb.11.16. A) : Bentuknya seperti tang penjepit yang berbentuk setengah bulatan memanjang. Sangat praktis dan mudah dipakai untuk membuntukan pipa kapiler dan pipa tembaga sampai ½”. Setelah pipa dijepit sampai tidak bocor, pembuntu pipa tersebut akan terus menjepit dan melekat pada pipa. Setelah pekerjaan selesai, barulah vise-grip tersebut dilepas dari pipa. 2. Imperial (Gb.11.16.B): Direncanakan untuk membuntukan sementara, setelah itu pipa dapat dibulatkan kembali. Pipa dijepit seperti pada flaring tool. Alat tersebut juga dilengkapi lubang-lubang untuk membuka dan membulatkan kembali pipa yang gepeng. Dapat dipakai untuk pipa ukuran : ¼”, 5/16”, 3/8”, dan ½”. 3. Robinair (Gb.11.16.C) : Pipa ditekan sampai menjadi satu. Dari bawah berbentuk dua garis melintang dan dari atas diantara kedua garis tersebut terdapat bulatan. Hasil jepitannya sangat kuat. Setelah dibuntukan pipa tidak dapat
  • 287 dibulatkan kembali. Dapat dipakai untuk membuntukan pipa kapiler dan pipa tembaga sampai dengan 3/8 6. Dental Mirror Dental mirror biasanya digunakan oleh dokter gigi, berguna untuk melihat dan memeriksa bagian-bagian yang terlindung atau sukar dilihat, demikian halnya pada pemeriksaan bagian-bagian komponen mesin pendingin. Untuk memeriksa hasil pengelasan atau mencari kebocoran pada tempat yang sukar dilihat. Alat ini ada yang dilengkapi lampu battery sehingga bisa memeriksa bagian yang gelap. Gambar 14.17 Dental mirror 7. Tubing Piercing Valve (Line Tap Valve) Alat ini berfungsi untuk membuat lubang saluran pada pipa. Alat ini dipasang pada pipa dengan mur dan dilengkapi lubang yang dipakai untuk membuat lubang ke pipa. Lubang ini berguna untuk pengisian, pemeriksaan, dan pembersihan system pendingin. Gambar 14.18 Piercing Valve
  • 288 8. Kompor (Torch) atau Brander Perlengkapan ini berfungsi untuk membakar (memanaskan) pada saat melepas atau menyambung sambungan pipa dengan solder timah atau las perak. Brander atau kompor tersebut ada yang memakai bahan bakar dari : elpiji, minyak tanah, juga ada yang memakai oksigen dengan karbit (acetylene) atau gas elpiji. Gambar 14.19 Brander 9. Kunci –kunci Fungsinya untuk melepas atau mengeraskan mur, baut dan lain- lain. Untuk mereparasi system komersial biasanya menggunakan kunci inggris (adjustable wrench) dan rachet wrench. Gambar 14.21 Adjustable Wrench Gambar 14.20 Rachet Wrench Gambar 14.22 Kunci Pas dan Kunci ring
  • 289 14.9 PENGERJAAN PEMIPAAN REFRGERASI Dalam pekerjaan pemipaan seorang teknisi selain diharuskan memiliki peralatan yang lengkap juga harus memiliki skill dan menguasai teknik pemipaan, dari mulai memotong pipa, membengkok, menyambung, hingga ke perakitan system. Karena mesin pendingin kalu kita amati secara langsung terdiri dari susunan pipa-pipa yang menghubungkan komponen mesin pendingin. Seperti telah diterangkan dalam bahan sebelumnya, bahwa mesin pendingin kalau kita lihat secara langsung, maka yang kita lihat hanya merupakan susunan atau instalasi pipa-pipa yang menghubungkan setiap komponen mesin pendingin. Sudah barang tentu di dalam penginstalasian pipa-pipa tersebut seorang teknisi dihadapkan ke berbagai permasalahan, seperti halnya : • Bagaimana cara memotong pipa yang baik dan benar ? • Bagaimana cara membengkok pipa ? • Bagaimana cara menyambung pipa Untuk menjawab permasalahan tersebut di atas, maka pada bagian ini akan dibahas mengenai cara-cara atau teknik pengerjaan pipa. Pemotong pipa Karena di dalam pekerjaan yang kita hadapi adalah pipa-pipa yang lunak, maka dalam mengerjakannya harus ekstra hati-hati, dimana waktu kita memotong pipa harus teliti dan tidak boleh sembarangan, karena dengan pekerjaan yang ceroboh bukannya memperoleh hasil pekerjaan yang baik malahan sebaliknya akan menambah kerusakan pada system Untuk mendapatkan hasil potongan pipa yang baik, kita harus menggunakan alat yang sesuai, dalam hal ini alat pemotong pipa khusus yaitu tubing cutter, seperti yang terlihat pada gambar berikut ini : Walaupun sudah ada alat khusus untuk memotong pipa ini, kalau cara penggunaannya kurang tepat maka hasil pemotongannya akan jelek dan rusak.
  • 290 Prosedur Pemotongan Pipa 1. Luruskanlah pipa yang masih dalam bentuk rol/gulungan seperti diperlihatkan pada gambar 4.2 berikut ini. Gambar 14.23 Cara meluruskan pipa 2. Ukurlah panjang pipa yang akan dipotong dan beri tanda yang jelas. 3. Letakan pipa yang akan dipotong tersebut pada rol beralur yang ada pada tubing cutter seperti pada gambar 11.24 a, putarlah knob pengatur tekanan pisau sehingga pisau pemotong menyentuh pipa dan tepat pada tanda ukuran yang telah dibuat diperlihatkan pada gambar 11.24 b a b Gambar 14.24 cara menempatkan pipa pada rol
  • 291 4. Putarlah pemotong pipa ini secara mengelilingi pipa sampai putaran terasa ringan, setelah itu putarlah knob pengatur tekanan pisau ¼ atau ½ putaran seperti diperlihatkan pada gambar 11.25 a, setelah itu putarkanlah pemotong pipa seperti diperlihatkan pada gambar 11.25 b. Gambar 14.25 cara mengatur posisi pisau 5. Ulangi langkah 4 tadi sampai pipa tadi selesai dipotong, setelah pipa terpotong selanjutnya bersihkanlah kedua ujung pipa tadi dari serbuk-serbuk pipa atau permukaannya tidak rata atau tajam dengan menggunakan reamer atau dengan kikir Gambar 14.26 cara membersihkan ujung pipa
  • 292 Pembengkok Pipa Untuk mendapatkan efek bengkokan, dapat digunakan dua cara yaitu menggunakan elbow atau dengan cara membengkokkan pipa. Cara untuk mendapatkan bengkokan yang baik, kita bisa menggunakan elbow, akan tetapi harga elbow yang sudah jadi relative lebih mahal jika dibandingkan dengan kita membuat sendiri, dimana untuk membuat bengkokan pipa tersebut kita menggunakan alat pembengkok pipa. Alat pembengkok yang ada di pasaran untuk sementara ini hanya ada 2 (dua) type yaitu : 1. Type bending spring 2. Type lever bender Bending spring (pembengkok pipa spiral) Bending spring ini adalah alat pembengkok pipa yang konvensional, dimana hasil bengkokannya tidak dapat serapih mungkin disbanding dengan pembengkok type lever bender. 11.27 Gambar 14.27 Pembengkok pipa spiral Pembengkok pipa type ini banyak dijual dipasaran dengan bermacam-macam ukuran, disesuaikan dengan ukuran pipa yang ada. Diameter luar dan diameter dalam dari pembengkok pipa type spiral ini dapat dipergunakan untuk membengkokan 2 (dua) macam ukuran pipa yang berdiameter tertentu, sebagai contoh : Pembengkok pipa spiral untuk ukuran diameter pipa ¼” dapat juga digunakan untuk membengkok pipa yang berukuran ½”. Caranya adalah kalau pipa yang dibengkokan berukuran ¼” maka pipa yang akan dibengkok dimasukan ke dalam pembengkoknya, tetapi jika pipa yang akan dibengkokan berukuran ½” maka pembengkoknya dimasukan ke dalam lubang pipanya. Dan biasanya pembengkok pipa spiral ini digunakan hanya untuk membuat bengkokan yang dekat dengan ujung pipa yang dibuat flaring.
  • 293 Cara untuk membuat bengkokan dengan menggunakan pembengkok spiral adalah seperti ditunjukan pada ganbar berikut ini : Gambar 14.28 Membengkok pipa Adapun langkah-langkah pembuatannya adalah sebagai berikut : 1. Berilah tanda ukuran pipa yang akan dibengkokan 2. Masukan pipa yang akan dibengkokan ke lubang pembengkok spiral 3. Letakan pembengkok spiral itu, sehingga tengah-tengah pembengkok itu kira-kira berada pada tanda ukuran pipa yang akan dibengkokan 4. Peganglah kedua ujung pembengkok itu seperti gambar di atas 5. Lakukanlah penekanan secara perlahan-lahan kearah bagian dalam, sampai membentuk bengkokan yang diharapkan. Dengan catatan radius bengkokan tidak boleh kurang dari 5 kali diameter pipa 6. Perbaikilah hasil bengkokan itu dengan cara memijit-mijitnya dengan ibu jari secara perlahan 7. Jika pekerjaan pembengkokan pipa telah selesai cabutlah pembengkok spiralnya.
  • 294 Lever Bender Pembengkok pipa type ini adalah alat pembengkok pipa yang akurat, dimana pembengkok ini dapat membengkokan pipa dengan radius bengkokan yang relative kecil dan membuat sudut bengkokan sesuai dengan yang diharapkan, karena dilengkapi dengan ukuran sudut bengkokan. Dengan demikian hasil bengkokan akan lebih baik dan rapi Pembengkok pipa type ini banyak sekali jenisnya, diantaranya ada yang bentuk single dan triple, seperti diperlihatkan pada gambar di bawah ini : Gambar 14.29 lever bender Pembengkok pipa ini dapat digunakan untuk membengkokan pipa tembaga, alluminium, baja dan baja stainless. Kedua jenis pembengkok ini banyak sekali di pasaran dengan ukuran sebagai berikut (tabel 11.7) CENTRE TUBE O.D RADIUS 3/16” 7/16” ¼” 9/16” 5/16” 11/16” 3/8” 15/16” Tabel 14.7 Radius rata-rata Lever bender ½” 1.1/2” 5/8” 2.1/4” ¾” 3” 7/8” 3” 1” 3.1/2”
  • 295 Prosedur menggunakan alat lever bender : 1. Berilah tanda ukuran pipa yang akan dibengkokan 2. Pilihlah pembengkok pipa yang sesuai dengan ukuran pipa yang akan dibengkokan 3. Letakan pipa yang akan dibengkokan pada alur yang telah tersedia pada pembengkok pipa, seperti gambar berikut : Gambar 14.30 posisi pipa sebelum dibengkok 4. Aturlah posisi pipa sehingga tanda tadi benar-benar tepat pada tanda penyidik (skala), dimana jika ukuran yang ditentukan anda tempatkan di sebelah kiri maka tanda ukuran tadi harus anda tempatkan tepat garis bertanda L pada handle pembengkok tersebut, jika sebaliknya maka ukuran tadi harus anda tempatkan tepat tanda garis R pada handle pembengkok atau seperti diperlihatkan pada gambar berikut : Gambar 14.31 ukuran panjang pipa pada skala handle
  • 296 5. Putarlah handle pembengkok secara perlahan-lahan sambil memperhatikan skala tanda sudut bengkokan 6. Jika skala tanda sudut bengkokan telah mencapai sudut bengkokan yang diminta, maka berhentilah menekan handle, lalu dengan perlahan angkatlah handle tadi. 7. Ambilah pipa yang telah dibengkokan tadi dari pembengkok pipa tersebut 8. Proses pembengkokan pipa telah selesai Penyambungan pipa Penyambunan pipa Sistim flaring Sambungan dengan system flaring adalah salah satu cara system penyambungan pipa dengan system penjepitan bibir pipa yang telah dikembangkan dengan fitting dengan menggunakan flare nuts. Seperti halnya diperlihatkan pada gambar berikut ini Gambar 14.32 Sistem flaring Untuk melakukan penyambungan pipa dengan system flaring terlebih dahulu ujung pipa harus dibuat mengembang dengan menggunakan flaring tool.
  • 297 Gambar 14.33 Sistem flaring Prosedur penggunaan flaring tool Untuk mendapatkan hasil flaring yang baik ada beberapa langkah yang harus diikuti, sebagai berikut : 1. Masukan flare nuts terlebih dahulu pada ujung pipa yang akan diflaring, dan diperiksa kembali apakah ujung pipa yang akan di flaring sudah dibersihkan atau belum, jika belum bersihkan terlebih dahulu dengan menggunakan reamer atau kikir. Seperti diperlihatkan pada gambar berikut Gambar 14.34 Memasang Flaring Nuts
  • 298 2. Letakan pipa pada blok penjepit. Sebelum dikerakan aturlah ujung pipa tersebut sehingga ujung pipa tadi menonjol keluar kira-kira 1/3 dari kedalaman lubang miring dari lubang blok flaring atau sekitar 3 mm di atas block, seperti gambar berikut : Gambar 14.35 Membuat flare yang baik 3. Keraskanlah mur kupu-kupu (wing nuts) yang ada pada blok flaring, secukupnya sehingga dapat memegang pipa dengan kokoh. 4. Sebelum yoke (kaki) flaring dipasangkan di atas blok flaring terlebih dahulu berilah sedikit minyak kompresor pada kerucutnya (cone), dengan demikian akan mengurangi gesekan kerucut dengan dinding pipa, setelah itu masukan yokenya, seperti pada gambar berikut ini. Gambar 14.36 Memasukan Cone
  • 299 5. Putarlah handle pemutar batang cone secara perlahan-lahan sampai menyentuh ujung pipa, setelah itu putarlah kira-kira ¼ atau ½ putaran lalu kendorkan lagi, lakukanlah cara tersebut berulang-ulang hingga proses pembuatan flaring selesai 6. Periksalah hasil dari pembuatan flaring tersebut, jika hasilnya kurang baik akan mengakibatkan terjadinya kebocoran pada system. Berikut ini diberikan contoh hasil pembuatan flaring yang biasa terjadi, diperlihatkan pada gambar berikut : Gambar 14.37 Hasil pengerjaan flaring
  • 300 Sistim Brasing (Penyolderan) Penyambungan pipa dengan sistim brasing dilakukan dengan menggunakan accessories pipa yang disebut socket atau coupling, dan dengan membuat fungsi socket sendiri melalui pekerjaan yang disebut swage dengan alat swagging tool, sebenarnya alat ini masih merupakan kesatuan dengan flaring tool hanya mengganti cone (kerucut) dengan Punch (plag). Cara penggunaannya sama seperti flaring tool, akan tetapi yang berbeda hanya pada langkah nomor 2, dimana ujung pipa harus dikeluarkan di atas blok penjepit sekitar 1 (satu) kali diameter pipa yang akan di swagging, seperti halnya diperlihatkan pada gambar berikut : 1 X OD pipa Gambar 14.38 Teknik swaging
  • 301 14.10 Brazing dan Perlengkapan Las Asetilin Brasing adalah penyambungan dua buah logam atau lebih, baik itu logam sejenis maupun tidak sejenis dengan menggunakan bahan tambah yang titik cairnya jauh lebih rendah dibanding dengan titik cair logam yang akan disambung dengan menggunakan temperature yang rendah. Brasing dapat pula disebut soldering. Welding adalah penyambungan dua buah logam atau lebih baik itu logam sejenis maupun yang tidak sejenis dengan menggunakan alat pemanas yang temperaturnya sangat tinggi sehingga dapat mencairkan kedua logam tersebut dan dapat menyatukan kedua logam tersebut. Gambar 14.39 Perlengkapan las Oksiasetilin Perlengkapan untuk brasing maupun untuk welding pada dasarnya sama, hanya berbeda pada proses pengerjaannya saja, karena yang banyak dihadapi dalam pekerjaan mesin pendingin adalah pekerjaan brasing maka untuk kesempatan ini kita mencoba membahas bagaimana cara-cara melakukan proses brasing tersebut. Dimana cara penyambungan pipa dengan system brasing ini akan relatif lebih murah jika dibandingkan dengan istem flaring,
  • 302 terlebih jika pipa yang akan dikerjakan/disambung berdiameter di atas ¾ “, dimana untuk ukuran ini system flaring sudah tidak praktis lagi untuk digunakan. Pada umumnya sumber panas yang digunakan untuk brasing maupun welding adalah sama yang berasal dari hasil pembakaran bahan campuran Oksigen – Asetilin (Oxigen-acetylene) yang dikemas dalam tabung yang berbeda, sebagaimana diperlihatkan pada gambar berikut : Hal yang harus diperhatikan/dipahami adalah mengetahui fungsi- fungsi dan langkah-langkah pengoperasian dari alat-alat tersebut di atas. Perlengkapan Las oksiasetilin terdiri dari: a. Silinder Asetilin Silinder asetilin adalah tabung yang terbuat dari logam baja yang didalamnya selain berisi gas asetilin juga berisi bahan berpori seperti kapas, sutra tiruan, atau asbes yang berfungsi sebagai penyerap aseton yang merupakan bahan dimana asetilin dapat larut dengan baik dan aman dibawah pengaruh tekanan. Botol ini dapat berisi antara 40-60 liter gas asetilin. Bentuk botol pendek gemuk. Tekanan isinya mencapai 15 kg/cm. Untuk membuka katupnya digunakan kunci sok. Baut dan mur pengikatnya menggunakan system ulir kiri. Warna botol merah Petunjuk dalam praktek : 1. Hindarkan botol asetilin ini dari botol oksigen 2. Lindungi botol asetilin ini dari terik matahari dan panas 3. Usahakan jangan sampai jatuh atau kejatuhan benda lain 4. Hindarkan dari tempat-tempat yang berminyak 5. Pemakaian gas harus selalu melalui regulator 6. Bukalah regulatornya bila tidak digunakan 7. Jangan merubah tanda-tanda yang ada pada regulator 8. Tempatkan silinder ini berdiri tegak 9. Bila silinder asetilin tiba-tiba menjadi panas, segeralah tutup katup silindernya, kemudian siramlah dengan air sampai dingin 10. Dilarang merokok selama berdekatan dengan asetilin
  • 303 b. Silinder oksigen Silinder oksigen terbuat dari bahan baja. Bentuknya tinggi langsing. Mempunyai tekanan isi maksimum 150 kg/cm. Baut serta mur pengikatnya adalah ulir kanan. Botol ini berisi zat asam (O2) sekitar 40 – 60 liter. Warna botol biru atau hitam. Petunjuk dalam praktek : 1. Jauhkan silinder oksigen dengan silinder asetilin 2. Tutuplah katup silinder oksigen ini, buang gasnya hingga manometer tekanan kerja menunjukan angka nol, bila pengelasan telah selesai atau istirahat. 3. Ikatlah silinder oksigen ini dengan kokoh pada kereta dorong waktu dipindah-pindahkan 4. Bukalah dahulu regulatornya dari sislinder oksigen, Bila terpaksa memindahkan oksigen tanpa kereta 5. Bersihkanlah tempat kerja pada radius kurang lebih 8 meter sebelum memulai kegiatan mengelas 6. Tempatkan alat pemadam kebakaran pada tempat yang mudah dicapai. c. Regulator silinder gas Regulator merupakan perlengkapan silinder las dan pengatur tekanan isi menjadi tekanan kerja yang tetap besarnya sesuai yang dikehendaki oleh operator las. Pada regulator terdapat 2 (dua) buah alat pengukur tekanan : manometer tekanan isi dan manometer tekanan kerja. Tekanan isi sampai 30 kg/cm Tekanan kerja sampai 3 kg/cm Gambar 14.40 Regulator oksigen Gambar 14.41 Regulator asetilin
  • 304 Petunjuk dalam praktek : 1. Jangan memegang regulator dengan sarung tangan berminyak 2. Pegang regulator pada badannya jangan pada manometernya 3. Sebelum membuka katup silinder, tutuplah dahulu katup regulator dengan memutar baut pengatur berlawanan jarum jam hingga terasa longgar 4. Putarlah baut pengatur perlahan-lahan searah putaran jarum jam ketika mengatur tekanan kerja 5. Berdirilah di samping, jangan dimuka manometer ketika mengatur tekanan kerja 6. Apabila regulator rusak segera diganti dengan yang baik. d. Brander las Brander las adalah alat untuk mencampur gas asetilin dengan zat asam serta alat pengatur pengeluaran hasil campuran gas tersebut ke mulut brander. Gambar 14.42 Brander Las Petunjuk dalam praktek : 1. Jangan memegang pembakar dengan sarung tangan berminyak 2. mulut pembakar jangan digunakan untuk memukul-mukul atau mencungkil sesuatu 3. Bila lubang mulut tersumbat, tusuklah dengan alat penusuk khusus yang pas ukurannya 4. Untuk membersihkan bibir mulut pembakar, gosokannlah pada balok kayu yang bersih sambil katup zat asam dibuka agar tidak tersumbat 5. Matikan pembakar bila tidak dipakai 6. Jangan membiasakan menggantungkan pembakar pada silinder las
  • 305 e. Nyala api las Memilih atau menentukan nyala api las yang dipergunakan merupakan bagian yang penting pada pengelasan dengan asetilin. Pembakaran yang telah terjadi dapat menimbulkan nyala api yang berbeda beda bentuk dan warnanya. Pada praktek pengelasan ada 3 (tiga) jenis nyala api yang dipergunakan, yaitu : 1. Nyala karburasi Gambar 14.43 Nyala Karburasi Nyala karburasi adalah nyala api las yang berlebihan asetilinnya. Nyala api ini dipergunakan pada proses pengelasan batang- batang permukaan yang keras. 2. Nyala Netral Gambar 14.44 Nyala Netral Nyala api dimana pengaturan pengeluaran oksigen dan asetilin seimbang. Nyala api ini sering dipergunakan pada pengelasan : baja, baja tahan karat, aluminium dan tembaga. 3. Nyala oksidasi Gambar 14.45 Nyala oksidasi Nyala api las yang berlebihan zat asamnya. Nyala oksidasi ini dapat terjadi dengan mengurangi pengeluaran asetilin setelah nyala netral. Nyala api ini biasa dipergunakan untuk pengelasan kuningan atau perunggu
  • 306 Perlengkapan Las Perlengkapan las Oxy – Acetylene tekanan tinggi yang terdiri dari : 1. Tabung asetilin 2. Tabung Okigen 3. Pipa hembus dengan pipa pancarnya 4. Regulator tekanan asetilin 5. Regulator tekanan oksigen 6. Pipa karet atau selang (house) 7. Satu set kunci ring/kunci sok 8. Kaca mat alas 9. Pemantik/penyulut api (flint lighter) 10. Batang kawat las 11. Fluks (borak) 12. Trolly (roda dorong) Perakitan peralatan Las dan Pengoperasiannya 1. Simpanlah kedua tabung pada roda secara tegak lurus, dimana tabung hitam adalah tabung Oksigen dan tabung berwarna merah bata adalah tabung asetilin 2. Pasanglah ujung-ujung pipa karet/slang pada pipa hembus dan ujung yang lainnya pasangkan pada regulator. Ikatlah dengan menggunakan klem pengikat, dimana selang yang berwarna merah untuk asetilin dan selang berwarna hitam atau hijau untuk saluran oksigen. 3. Bersihkan permukaan ulir cylinder valve dan regulator yang akan disambung dari kotoran oli atau gemuk 4. Bukalah kran pada tabung oksigen sedikit saja untuk mengeluarkan kotoran yang ada pada saluran, begitu pula untuk tabung asetilin lalu tutup kembali 5. Pasanglah regulator oksigen pada tabung oksigen dengan catatan bahwa ulir sekrup regulator oksigen adalah ulir kanan 6. Pasanglah regulator asetilin pada tabung asetilin dengan catatan bahwa ulir sekrup regulator asetilin adalah ulir kiri 7. Keraskan dengan menggunakan kunci, lalu periksalah semua kran atau valve semuanya harus dalam keadaan tertutup 8. Pasanglah pipa pancar sesuai kebutuhan. 9. Bukalah kran tabung secara perlahan-lahan satu putaran saja, agar tidak merusak meter regulator, ini berlaku untuk kedua tabung tersebut, maka disini akan terlihat meter regulator menunjukan isi/volume tabung itu sendiri
  • 307 10. Aturlah kran regulator asetilin maupun oksigen secara perlahan-lahan sehingga didapatkan tekanan yang sesuai dengan kebutuhan dengan melihat meter tekanan saluran keluar. Untuk kran regulator oksigen maupun asetilin untuk membuka saluran arah putaran kanan dan menutup arah putaran kiri. 11. Bukalah kran asetilin dan oksigen yang ada pipa hembus (blow pipe) sedikit saja, lalu nyalakan dengan menggunakan penyulut api 12. Setelah menyala aturlah nyala apinya dengan mengatur lagi kran yang ada di pipa hembus, sehingga didapatkan nyala api yang sesuai dengan kebutuhan. Adapun bentuk nyala api yang ada pada systim pengelasan adalah ada 3 (tiga) jenis, sebagai berikut : Nyala oksidasi, Nyala Netral dan Nyala karburasi. 13. Pengelasan siap untuk dikerjakan dan jangan lupa memakai kacamata las untuk pengaman 14. Jika pengelasan telah selesai, matikanlah nyala api dengan menutup kran asetilin yang ada pada pipa hembus terlrbih dahulu setelah itu baru tutup kran oksigen 15. Tutuplah keran yang ada pada kedua tabung, lalu bukalah kran yang ada pada pipa hembus untuk mengeluarkan asetilin dan oksigen yang tersisa. 16. Tutuplah semua kran yang ada 17. Bukalah regulator dari tabungnya 18. Gulung kembali selang supaya rapih dan simpan semua peralatan pada tempatnya. Cara Pengelasan (brasing) Brasing (penyolderan) adalah salah satu cara penyambungan 2 (dua) buah logam atau banyak yang sejenis maupun tidak sejenis dengan menggunakan bahan tambah yang titik cairnya jauh lebih rendah dibanding logam yang akan disambungnya, jadi brasing dapat juga disebut pengelasan dengan alat pemanas dengan temperature rendah. Untuk pengelasan pipa tembaga bahan tambah yang digunakan adalah kawat las silver, untuk pengelasan penyambungan besi atau baja misalnya untuk kondensor digunakan kawat las kuningan, untuk menyambung bahan aluminium digunakan kawat las platinum 52.
  • 308 Cara pengelasan pipa: 1. Bersihkanlah kedua ujung bagian pipa yang akan disambung dari kotoran baik itu oli dan kotoran lainnya dengan menggunakan kertas ampelas dan kain kering, seperti gambar berikut ini. Gambar 14.46 2. Ujung pipa yang telah dibersihkan tadi taburlah dengan borak/fluks yang sesuai dengan jenis bahan tambah/kawat las yang akan dipergunakan. Gambar 14.47 3. Masukanlah ujung pipa yang telah dilabur tadi ke dalam lubang pipa yang satunya (socket) secara tepat dan benar- benar lurus seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut. Gambar 14.48
  • 309 4. Lakukan pengelasan dengan nyala api yang sesuai. Untuk penyambungan pipa tembaga digunakan nyala netral (netral flame), adapun cara pemanasannya dimana nyala apinya jangan terlalu dekat dengan benda yang akan di las kira-kira 1 s.d. 2 cm dengan sudut kemiringan kira-kira 30 s.d. 40 derajat dari benda kerja. Lakukanlah pemanasan yang merata pada semua bidang. Jika pemanasannya sudah merata (ditandai perubahan warna pipa tembaga menjadi berpijar kemerah- merahan) berilah bahan tambah pada salah satu titik saja di tepi sambungan. Dimana jika pemanasannya baik maka bahan tambah tadi akan mengalir ke seluruh bidang yang akan dilas. Khusus untuk penyambungan aluminium dengan bahan tambah platinum 52, fluks yang telah dilaburkan pada permukaan ujung pipa yang akan di las tidak boleh terkena nyala api (flame) secara langsung, dan dipergunakan nyala api dengan suhu yang rendah dengan menggunakan pipa hembus yang kecil. Atau pembakarnya bisa diganti dengan menggunakan Brander torch. Gambar 14.49
  • 310 5. Setelah selesai pengelasan dinginkan pipa dengan menggunakan kain basah dan bersihkanlah dengan menggunakan kain lap seperti halnya diperlihatkan dibawah ini. Gambar 14.50 Keselamatan Dalam Pekerjaan Welding Pekerjaan welding melibatkan gas yang mudah terbakar, logam yang sangat panas, dan factor lain yang mana diperlukan pengkajian/pemahaman aturan dasar keselamatan dan karenanya hal yang berbahaya bagi seseorang harus kita hindari yang dapat menimbulkan kerugian dan kerusakan pada peralatan. Ketika suatu kecelakaan terjadi saat melakukan pengelasan peralatan, berkaitan dengan operator yang teledor/kurang hati-hati dalam menangani suatu pekerjaan.
  • 311 Prosedur yang harus dilakukan saat mengelas adalah : 1. Gunakan kacamata las Gambar14.51 2. Nyalakan mulut brander menggunakan penyulut api/batu api secara hati-hati dengan tidak bersentuhan langsung. Gambar 14.52 3. Jangan meneteskan minyak pelumas di atas silinder atau regulator, ini dapat menimbulkan ledakan. Gambar 14.53 4. Selalu memelihara peralatan dalam keadaan baik. Gantilah pipa karet yang sudah rusak, memakai peralatan yang dalam keadaan rusak sangat Ganbar 14.54 berbahaya. 5. Meyakinkan semua komponen adalah baik dan melihat kemungkinan kebocoran gas. Jangan Gambar 14.55 menggunakan nyala api untuk menguji kebocoran.
  • 312 6. Tidak menggunakan tekanan gas oksigen untuk membersihkan debu yang menempel pada pakaian atau benda kerja. 7. Memastikan bahwa daerah kerja cukup berventilasi, meskipun demikian tidak diperlukan sirkulasi udara berlebihan 8. Jika mungkin, lindungilah material lain di sekitarnya dengan menggunakan asbes atau kain Asbes basah. Gambar 14.56 Dikarenakan temperature tinggi diperlukan pada saat pengelasan dengan perak (silver), nyala api harus diarahkan jauh dari solenoida, shutt-off valves, driers dan peralatan lainnya yang dapat menimbulkan kerusakan pada peralatan tersebut akibat pemanasan berlebih. Lepaskan terlebih dahulu komponen-komponen yang sensitive/mudah rusak akibat pemanasan tersebut. Gambar 14.57
  • 313 MOTOR LISTRIK DAN RANGKAIAN KONTROL MOTOR 15 Kerangka Isi 15.1 Motor Listrik 15.2 Motor Satu Fasa 15.3 Motor Tiga Fasa 15.4 Rangkaian Kontrol Motor
  • 314 15.1 Motor Listrik Dalam industri refrijerasi, motor listrik digunakan sebagai penggerak kompresor. Dilihat dari sumber listrik yang digunakan, motor listrik dapat dibagi menjadi dua kelompok, yaitu (1) motor listrik satu fasa, dan (2) motor listrik tiga fasa. Seperti namanya motor listrik satu fasa memerlukan sumber tegangan satu fasa agar dapat bekerja, sedang motor listrik tiga fasa memerlukan sumber tegangan tiga fasa. Di Indonesia sumber tegangan satu fasa yang disediakan oleh PLN antara kabel fasa dan kabel netral bertegangan 220 volt dengan frekuensi 50 Hz. Sedangkan sumber tegangan tiga yang disediakan oleh PLN antar fasa adalah 380 volt. Gambar 15.1 Sistem tegangan di indonesia Motor Listrik satu fasa banyak digunakan pada peralatan refijerasi untuk keperluan rumah tangga dan komersial. Daya motor satu fasa yang tersedia di pasaran mulai dari 35 watt sampai 7,5 kilowatt. Motor tiga fasa biasanya hanya digunakan pada unit komersial dan industrial, daya motor paling kecil adalah 250 watt. Motor satu fasa dan motor tiga fasa adalah motor indk sedangkan rotornya tidak. Rotor mendapatkan tegangan karena induksi. Rotor motor induksi berupa rotor sangkar. Rotor sangkar dapat berputar sendiri adanya medan putar yang dibangkitkan oleh belitan stator.
  • 315 15.2 Motor Tiga Fasa Motor tiga fasa adalah motor induksi yang mempunyai torsi starting paling tinggi dibandingkan dengan motor satu fasa. Belitan stator motor tiga fasa terdiri dari tiga belitan fasa yang sama (memiliki kemampuan tegangan sama,misalnya 220 V), tetapi posisi di alur stator berbeda fasa sebesar 120 derajad listrik. Ketiga belitan fasa tersebut biasanya diberi kode u – x, v – y, dan w- z. Dalam pemakaiannya ketiga belitan fasa tersebut dapat dihubungkan dalam hubungan bintang (star) atau dalan hubungan segitiga (delta). Gambar 15.2 memperlihatkan sambungan belitan motor dalam hubungan bintang dan gambar 15.3 dalam hubungan segitiga. Dalam hubungan bintang, maka tegangan yang harus diberikan ke motor adalah 380 V, tetapi dalam hubungan segitiga, tegangan yang harus diberikan ke motor adalah 220 V. Gambar 15.2 Hubungan bintang. Salah satu ujung belitan fasa dijadikan satu dan ujung lainnya dihubungkan ke sumber tegangan 380 V
  • 316 Gambar 15.3 Hubungan dalam Segitiga. Masing-masing belitang fasa saling dihubungkan, dan titik sambungannya dihubungkan ke sumber tegangan 220 V Gambar 15.4 Motor Kompresor Hermetik 3 fasa
  • 317 Gambar 15.5 Kondensing unit, Semi hermetik, tiga fasa Medan Putar Bila ketiga belitan fasa pada motor tiga fasa dihubungkan ke sumber tegangan maka di dalam stator akan timbul medan putar. Medan putar berputar dengan kecepatan sinkron sebesar 3000 r/m jika pengkutuban dua, dan 1500 r/m bila pengkutubannya empat. Karena adanya medan putar ini maka rotor yang mendapat tegangan induksi dari medan putar ini dapat langsung berputar. Rotor Motor tiga fasa selalu berputar dengan kecepatan di bawah putaran sinkron. Sebab bila putaran rotor menyamai putaran sinkron, tidak ada lagi perpotongan garis gaya magnet, sehingga tegang induksi rotor menjadi nol. Oleh karena itu putaran rotor akan selalu di bawah putran sinkronnya. Misalnya motor berkutub dua, akan berputar di bawah 3000 r/m, misalnya 2850 r/m. Motor berkutub empat akan berputar di bawah putaran sinkron 1500 r/m,misalnya 1450 r/m. Biasanya, motor tiga fasa digunakan sebagai penggerak kompresor yang berkapasitas di atas 2,5 HP.
  • 318 15.3 Motor Satu Fasa Motor satu fasa yang sering digunakan dalam industri refrijerasi adalah (1) motor split phase, (2) motor capacitor start, (3) motor capacitor start, capacitor run, (4) motor split capacitor, dan (5) motor shaded pole. Kelima motor tersebut termasuk motor induksi dengan rotor sangkar. Prinsip kerja semua motor induksi sama, yaitu karena adanya medan putar stator. Kalau motor tiga fasa mempunyai tiga belitan fasa, maka motor satu fasa mempunyai satu belitan fasa yang disebut belitan utama (run). Tetapi dengan hanya satu belitan, maka medan magnet yang ditimbulkan oleh belitan ini tidak berputar,melainkan hanya bolak- balik, setiap saat. Agar dapat menimbulkan efek medan putar maka perlu ditambah satu belitan lagi. Belitan ini sering disebut sebagai belitan bantu (start). Dalam pemakaiannya kedua belitan ini disambung paralel. Motor Split phase Gambar 15.6 memperlihatkan prinsip sambungan motor split phase. Belitan motor ini terdiri dari dua belitan, yaitu Run dan Start. Setelah motor berputar, maka belitan bantu tidak diperlukan lagi. Belitan bantu hanya diperlukan untuk awal jalan saja. Motor ini dilengkapi dengan saklar sentrifugal (centrifugal switch) untuk memutuskan hubungan belitan bantu (start) dari jala-jala 220 V, setelah putaran motor mencapai 70%. Torsi start motor ini rendah, tidak dapat untuk memikul beban tinggi. Gambar 15.6 Prinsip sambungan motor split phase.
  • 319 Motor Capacitor Start Gambar 15.7 memperlihatkan prinsip sambungan motor capacitor start. Sama seperti motor split phase, Belitan motor ini terdiri dari dua belitan, yaitu Run dan Start. Namun untuk meningkatkan torsi startnya, pada rangkaian belitan bantu di seri dengan kapasitor. Setelah motor berputar, maka belitan bantu tidak diperlukan lagi, maka dilengkapi juga dengan sakelar sentrifugal. Torsi Start motor ini tinggi, maka sesuai untuk menggerakkan komoresor dengan beban tinggi, seperti pada room AC. Gambar 15.7 Motor Capacitor Start Motor Capasitor Start dan Run Gambar 15.8 memperlihatkan prinsip sambungan motor capacitor start dan Run . Sama seperti motor capacitor start, Belitan motor ini terdiri dari dua belitan, yaitu Run dan Start. Namun untuk meningkatkan torsi startnya, pada rangkaian belitan bantu di seri dengan dua jenis kapasitor, yaitu capacitor start dan capacitor run. Capacitor start hanya bekerja saat starting, capacitor run bekerja terus-menerus. Setelah motor berputar, maka capasitor start tidak diperlukan lagi, maka dilengkapi juga dengan sakelar sentrifugal.
  • 320 Gambar 15.8 Motor Capacitor Start dan capacitor run Motor Split Capacitor Gambar 15.9 memperlihatkan prinsip sambungan motor split capacitor. Belitan motor ini terdiri dari dua belitan, yaitu Run dan Start. Namun untuk meningkatkan factor kerjanya, pada rangkaian belitan bantu di seri dengan kapasitor. Capacitornya bekerja terus- menerus. Tidak dilengkapi dengan sakelar sentrifugal. Gambar 15.9 Motor Split Capacitor
  • 321 Relay starting Pada refrigerator dan freezer domestic, sebagai pengganti saklar sentrifugal, digunakan piranti. khusus yang disebut relay starting. Gambar 15.10 memperlihatkan prinsip rangkaian dengan relay starting pada motor Start capacitor. Gambar 15.10 Prinsip rangkaian dengan relay starting. Motor Shaded Pole Belitan stator motor shaded pole, diberi belitan khusus yang disebut sebagai belitan shading coil. Tujuan pemberian belitan ini sama yaitu untuk menimbulkan efek medan putar pada stator. Torsi start motor ini rendah, hanya untuk beban ringan seperti fan. Gambar 15.11 Motor Shaded pole
  • 322 15.4 Rangkaian Kontrol Motor Pada hakekatnya rangkaian kontrol pada sistem refrijerasi kompresi uap berfungsi mengontrol kerja motor penggerak kompresor. Motor kompresor dikontrol oleh berbagai piranti kontrol, antara lain (1) thermostat, (2) Hi-lo pressure safety control (HPC/LPC), over current relay dan fuse. Bila ada salah satu piranti kontrol tersebut aktif, maka motor kompresor tidak akan bekerja. Gambar 15.12 memperlihatkan tipikal rangkaian kontrol motor satu fasa. Gambar 15.13 Tipikal rangkaian kontrol motor tiga fasa. Gambar 15.12 Tipikal rangkaian kontrol motor kompresor satu fasa
  • 323 Gambar 15.13 Tipikal rangkaian kontrol motor tiga fasa
  • 324 Gambar 15.14 Tipikal rangkaian kontrol tiga motor tiga fasa, yaitu motor kompresor, motor fan kondensor dan motor fan evaporator.
  • 325 AC MOBIL 16 Kerangka Isi 16.1 Pendahuluan 16.2 Operasi AC Mobil 16.3 Kapasitas Pendinginan 16.4 Tipikal Sistem dan Instalasi AC Mobil 16.5 Magnetic Clutch 16.6 Kompresor 16.7 Instalasi Sabuk Puli 16.8 Kondensor dan Evaporator 16.9 Receiver-Dryer 16.10 Katub Ekspansi 16.11 Pekerjaan Service AC
  • 326 16.1 Pendahuluan Dilihat dari aplikasinya, AC Mobil memiliki beberapa keunikan dibandingkan dengan Residental AC. AC Mobil mempunyai masalah yang tidak dijumpai pada system refrigerasi dan Tata Udara lainnya. Proses pengkondisian udara pada AC Mobil meliputi proses pendinginan dengan pengurangan kandungan uap air dan proses pemanasan dengan penambahan uap air. Tetapi untuk daerah tropis, AC mobil yang digunakan hanya untuk keperluan pendinginan dan pengurangan kandungan uap air. Dibandingkan dengan gedung, interior mobil relative kecil. Walau begitu, bila mobil bergerak dengan kecepatan tinggi di hari yang panas, ia harus dapat memberikan efek pendinginan yang cukup untuk mempertahankan suhu interior pada kondisi yang nyaman. Demikian juga bila mobil bergerak lambat di jalanan yang ramai, AC Mobil juga harus dapat memberikan kenyamanan bagi penumpangnya. Inilah bagian yang paling krusial yang harus dipertimbangkan pada aplikasi AC Mobil. AC Mobil menggunakan system refrijerasi yang digerakkan oleh mesin mobil atau engine, untuk mendapatkan kenyamanan interior, dengan mengatur suhu dan mengurangi kelembabannya. Pengontrolan otomatis yang digunakan pada AC mobil terdiri dari tiga jenis, yaitu pengontrolan suhu, tekanan dan vacuum. Gambar 16.1 memperlihatkan dasar system refrijerasi yang diterapkan pada AC Mobil. Gambar 16.1 Kondisi wujud refijeran di dalam system refrijerasi
  • 327 16.2 Operasi AC Mobil Refrijeran gas bertekanan rendah dihisap oleh kompresor melalui saluran suction line-cold. Refrijeran gas masuk ke silinder dan kemudian dipampatkan oleh piston kompresor. Refrijeran gas bertekanan tinggi disalurkanke kondensor melalui saluran discharge line-hot. Energi panas hasil kompresi dan panas laten penguapan yang diserap refrijeran dipindahkan ke udara sekitar kondesor. Akibatnya refrijeran berubah wujud menjadi liquid. Refrijeran cair mengalir dari kondensor menuju ke liquid receiver, di sini refrijeran cair mengalami penyaringan dan pengeringan. Selanjutnya, Refrijeran cair mengalir ke evaporator melalui katub ekspansi. Di evaporator refrijeran cair menguap dan menyerap panas. Refrijeran gas mengalir ke pipa hisap kompresor. Blower yang dipasang di evaporator akan mendistribusikan udara dingin keseluruh interior. Gambar 16.2 memperlihatkan siklus refrijeran pada AC Mobil. Gambar 16.2 Tipikal Siklus refrijeran pada AC Mobil
  • 328 16.3 Instalasi Pemipaan AC Mobil Tipikal instalasi pemipaan AC Mobil untuk keperluan pendingian diperlihatkan dalam gambar 16.3. Pada instalasi tersebut, kompresor dipasang pada mesin mobil melalui transmisi magnetic clutch dan sabuk puli. Kondensor dipasang di depan radiator mobil. Antara kondensor dan katub ekspansi (expansion valve) dipasang receiver-dryer-Stariner, yang mempunyai tiga fungsi, yaitu sebagai penyaring, pengering dan sekaligus menampung liquid refrijeran dari kondensor. Katub ekspansi dipasang di evaporator. Evaporator dipasang di dalam interior mobil dilengkapi dengan blower. Karena kompresor AC mobil digerakkan oleh mesin mobil, maka pada saat mobil berjalan, maka AC mobil juga akan bekerja terus- menerus. Oleh karena itu suhu interior akan semakin turun hingga melewati batas kenyamanan, disamping itu permukaan koil evaporator juga akan terjadi penumpukan bunga es (frost). Bila suhu evaporator turun hingga nol derajad atau dibawahnya dalam waktu yang lama, permukaan koil evaporator akan tertutup oleh palisan bunga es. Bila akumulasi bunga es pada permukaan koil
  • 329 evaporator cukup tebal, maka akan menghalangi sirkulasi udara. Di lain pihak kondisi operasi seperti itu akan menghasilkan kompresi basah, yaitu kompresor menghisap refijran cair. Kondisi operasi seperti ini akan dapat merusak katub kompresor, dan bila derjalan dalam waktu lama akan menyebabkan kompresor terbakar. Untuk menghindari hal itu, pada AC mobil digunakan magnetic clutch. Magnetic clutch dikontrol oleh thermostat, yang akan memutus rangkaian arus ke coil magnetic clutch. Sehingga roda puli penggerak kompresor tetap akan berputar tetapi piston kompresor tidak bergerak atau tetap diam. 16.3 Kapasitas Pendinginan Kapasitas pendinginan pada AC mobil sangat variatif, tergantung kecepatan mobil. Karena kompresor digerakkan mesin mobil melalui transmisi sabuk puli, maka kecepatan kompersor akan mengikuti kecepatan mesin mobil (engine speed). Pada saat mobil berjalan dengan kecepatan tinggi maka kompresor juga akan bekerja dengan kecepatan tinggi. Bila mobil berjalan dengan kecepatan rendah, atau malahan berhenti pada saat jalanan macet, maka kompresor juga akan bekerja dengan kecepatan rendah. Kondisi cuaca juga akan berpengaruh terhadap kapasitas pendinginan. Apapun kondisinya, maka AC mobil harus dapat memberikan efek pendinginan yang mencukupi agar kenyamanan di dalam mobil tetap terjaga. Kapasitas AC mobil bervariasi antara satu hingga empat ton refrigerasi atau berkisar antara 12.000 Btu/hr hingga 48.000 Btu/hr. Kapasitas tersebut disesuaikan dengan ukuran mobil. Bila ukuran mobil tidak sesuai dengan kapasitas pendinginan AC mobil maka akan timbul masalah. Kapasitas yang terlalu kecil akan mengurangi efek pendinginan. Kapasitas yang terlalu besar menjadi tidak ekonomis dan akan terjadi short cycling. AC mobil pada umumnya didesain untuk dapat mempertahankan suhu interior sekitar 8 sampai 11 derajad celcius di bawah suhu sekitarnya ketika mobil melaju dengan kecepatan 30 mil per jam. Ketika laju kecepatan mobil meningkat maka kapasitas pendingianan juga akan meningkat, sebaliknya bila laju kecepatan mobil turun, kapasitas pendinginan juga turun.
  • 330 16.4 Tipikal Sistem dan Instalasi AC Mobil Pada kenyatannya ada tiga jenis siklus dasar yang digunakan pada AC mobil, yaitu: 1. Pengontrolan Siklus dengan regulator pada sisi Tekanan Rendah 2. Pengontrolan Siklus dengan Hot gas bypass 3. Pengontrolan Siklus dengan Solenoid valve Hot gas Bypass. Pengontrolan Siklus dengan Evaporator Pressure Control Pada sistem ini, sebuah katub regulator pengontrol tekanan evaporasi dipasang di saluran suction. Fungsi katub ini adalah untuk mempertahankan tekanan konstan pada sisi evaporator. Katub akan menutup ketika tekanan evaporasi cenderung turun dibawah harga yang telah ditentukan. Dengan demikian suhu dan tekanan evaporasi akan selalu terjaga pada titik tertentu. Gambar 16.4 meperlihatkan sistem tersebut. Gambar 16.4 Sistem pengontrolan sisi Tekanan Rendah. A-Kompresor, B-Kondensor, C-Katub ekspansi, D-Evaporator, F-Evaporator pressure Control, H-Magnetic clutch Sistem kontrol tekanan pada sisi tekanan rendah menggunakan evaporator pressure control seringkali menyebabkan kompresor bekerja pada kondisi vacuum pada saat kecepatan tinggi. Hal ini dapat menyebabkan kompresor kekurangan oli pelumas.
  • 331 Untuk mengatasi masalah kevakuman ini, maka beberapa pabrikan menggunakan piranti tambahan yang disebut automatic expansion valve bypass. Katub ini memiliki lubang bleeder kecil pada mulut orifice-nya yang memungkinkan refrijeran dapat mengalir masuk ke saluran suction untuk mencegah terjadinya kevakuman menjadi terlalu tinggi. Gambar 16.5 memperlihatkan sistem tersebut. Dengan sistem ini, maka kompresor tetap dapat terus bekerja tanpa menimbulkan masalah yang membahayakan. Gambar 16.5 Sistem pengontrolan sisi Tekanan Rendah yang dilengkapi dengan katub bypass. A-Kompresor, B-Kondensor, C-Katub ekspansi, D-Evaporator, E-Low side Pressure opearted bypass, F-Evaporator pressure Control, H-Magnetic clutch Pengontrolan sistem Hot gas Bypass Valve Gambar 16.6 Sistem pengontrolan sisi Tekanan tinggi dengan dengan katub Hot gas bypass. A-Kompresor, B-Kondensor, C-Katub ekspansi, D-Evaporator, J-Hot gass bypass Valve.
  • 332 Gambar 16.6 memperlihatkan sistem pengontrolan dengan menggunakan piranti kontrol yang disebut Hot gas Bypass Valve. Pada sistem ini katub bypass dipasang diantara sisi tekanan tinggi kompresor (discharge line) dan sisi tekanan rendah (suction line). Katub ini diset akan membuka katubnya pada saat perbedaan antara tekanan tinggi dan tekanan rendah sudah mencapai harga tertentu sesuai titik pengaturan katubnya (setting). Katub akan membuka pada saat tekanan evaporasi mencapai titik rendah yang membahayakan, dan akan menutup bila tekanan suction sudah naik kembali pada harga yang aman. Dalam hal ini gas panas (hot gas)disalurkan ke evaporator untuk menjaga tekanan evaporator tetap konstan pada titik tertentu. Hot gas Bypass dengan menggunakan Solenoid Pada prinsipnya sistem ini sama seperti sistem dengan katub bypass, tetapi piranti yang digunakan untuk menyalurkan gas panas menggunakan solenoid valve. Di sini, katub solenoid dioperasikan oleh thermostat. Thermostat yang dipasang di evaporator akan membuka solenoid valve untuk mem-bypass gas panas dari sisi tekanan tinggi ke sisi tekanan rendah bila suhu evaporasi turun hingga mencapai 33oF atau 0,5oC. Thermostat dilengkapi dengan sensing bulb yang dipasang pada sisi outlet evaporator. Kelemahan sistem ini tidak menghasilkan efek throttling seperti bila menggunakan katub bypass hot gas (Gambar 16.6) 16.5 Magnetic Clutch Pada AC mobil dilengkapi dengan sistem mekanik yang memungkinkan kompresor tidak bekerja walaupun mesin mobil masih terus bekerja. Dalam hal ini magnetic clutch yang akan melepas ikatan transmisi penggerak roda puli kompresor dengan crankshaft atau poros engkol kompesor. Magnetic clucth dilengkapi dengan piringan cekam yang digerakan oleh kumparan magnet (solenoid). Piringan clutch ini yang akan mengkopel dan melepas kopling antara roda puli dan poros engkol kompresor. Gambar 16.7 memperlihatkan gambar potongan suatu magnetic clucth dengan koil magnetik tetap yang dioperasikan oleh thermostat.
  • 333 Gambar 16.7 Gambar potongan puli kompresor dengan koil magnet tetap. A. Koil electromagnet B. Clutch disk C. Bearing Bila suhu evaporasi turun hingga titik tertentu sesuai pengaturannya, maka thermostat akan membuka rangkaian arus ke magnetic clutch, sehingga roda puli akan terlepas ikatannya dengan poros engkol kompresor, dan kompresor akan berhenti bekerja. Di pasaran, tersedia magnetic clucth dengan berbagai tipe seperti berikut, 2,7 – 3,3 A pada tegangan 12 volt DC, 2,7 – 3,1 A pada tegangan 12 volt DC, dan 2,9 – 3,3 A pada tegangan 12 volt DC. Biasanya magnetic clutch didesain dengan menggunakan dua buah sabuk atau belt.
  • 334 16.6 Kompresor Ada dua jenis kompresor yang digunakan pada AC mobil, yaitu (1) sistem kompresor torak seperti halnya yang digunakan pada sistem refrigerasi dan Tata Udara biasa, dan (2) Swash Plate Compressor. Gambar 16.8 memperlihatkan tipikal kompresor AC Mobil yang jenisnya sama seperti kompresor yang digunakan pada sistem refrijerasi biasa. Gambar 16.8 Tipikal Kompresor AC Mobil, system resiprokasi dua Silinder Gambar 16.8 memperlihatkan sebuah Kompresor Torak (Resiprokasi) dua silinder, dengan dudukan variatif, yang memungkinkan untuk dipasang secara vertikal dan horisontal. Konstruksi kompresor tersebut sama seperti kompresor yang digunakan pada sistem refrijerasi biasa. Menggunakan oli refrijeran dengan viskositas 500, dengan volume oli berkisar tiga sampai tujuh ons sesuai kapasitas kompresor. Bila oli pelumas kurang dapat menyebabkan bantalan, seal dan katub menjadi rusak. Gambar 16.9 memperlihatkan kompresor AC Mobil tipe Swash Plate Compressor. Kompresor ini biasanya terdiri dari lima atau enam silinder. Seluruh pistonnya terhubung pada batang torak (connecting rod), diikat kuat ke suatu plat khusus yang disebut
  • 335 swash plate melalui ball joint. Kompresor ini dilengkapi dengan sambungan standar SAE flare connection atau Roto-lock connection. Menggunakan oli viskositas 500, sebanyak tujuh ons, 4 ons tetap berada di kompresor dan tiga ons ikut bersirkulasi pada saat kompresor bekerja. Gambar 16.9 Swash Plate Compresor, lima silinder. A-Magnetic clucth, B- Suction line connection, C-Discharge line connection, D-Discharge service port, E-mounting Flange, F-Oil Filter plug. Gambar 16.10 Gambar potongan Swash Plate Compressor, enam silinder
  • 336 16.7 Instalasi Sabuk puli Pada umumnya penggerak sabuk (belt drive) pada kompresor AC mobil terdiri dari satu atau dua sabuk. Sabuk dipasang pada roda puli magnetic clutch. Magnetic clutch digerakkan oleh puli yang terpasang pada engine cranksahft. Untuk mempertahankan kekencangan sabuk, biasanya digunakan roda puli khusus yang disebut idler pulley. Agar umur sabuk dapat bertahan lama, maka kekencangan sabuk harus tepat. Gambar 16.11 memperlihatkan instalasi roda puli dan sabuk pada mobil. Gambar 16.11 Tipikal Instalasi Penggerak Belt pada Mobil Untuk sabuk baru, kekencangan sabuk diatur hingga mencapai 140 poung sampai 145 pound. Untuk mendapatkan kekencangan sabuk yang tepat, dapat digunakan alat ukur khusus yang disebut belt tension gauge. Sebaiknya, kekencangan sabuk baru, diperiksa ulang setelah digunakan satu atau dua hari kemudian setelah dipasang. Kekencangan sabuk dapat pula diperiksa dengan menggunakan tangan. Pada saat mesin berhenti, Tekan sabuk tepat di tengah- tengahnya, periksa andongan sabuk. Bila kekencangan sabuk tepat, maka andongan sabuk berkisar ½ inchi.
  • 337 16.8 Kondensor dan Evaporator Kondensor biasanya dipasang di depan radiator mobil. Saluran pipa gas panas dari kompresor (discharge) hingga ke kondensor biasanya mengalami vibrasi atau getaran tinggi, oleh karena itu biasanya dilengkapi dengan peredam khusus yang disebut vibration absorber. Ada pula yang menggunakan pipa fleksibel atau lazim disebut house. Pipa ini dapat menahan getaran dengan baik. Sistem penyambungan pemipaanya menggunakan sistem flaring, yaitu dengan menggunakan flare fitting, O-ring fitting, dan hose clamp fitting. Lihat Gambar 16.12. Pipa fleksibel yang digunakan pada AC mobil adalah: 1. Liquid line, untuk menyalurkan refrijeran cair dari liquid receiver ke katub ekspansi. 2. Suction line, untuk menyalurkan refrijeran gas dari evaporator ke kompresor. 3. Discharge line, menyalurkan gas panas dari kompresor ke kondensor. 4. Liquid line, untuk menyalurkan refrijeran cair dari kondensor ke liquid receiver. Gambar 16.12 tipikal instalasi pemipaan V-type compressor
  • 338 Ukuran pipa fleksibel atau hose berkisar 3/8 inchi hingg 5/8 inchi tergantung pada kapasitas mesin. Ukuran pipa untuk saluran refrijern gas lebih besar dari pada pipa saluran liquid refrijeran. Pipa refrijeran harus mempunyai bengkokan yang lebar, dan harus ditopang atau diikat atau diklem dengan kuat untuk mencegah sentuhan dengan badan mesin yang bersuhu tinggi. Kondensor AC mobil dapat terdiri dari satu, dua atau tiga lapis pipa yang dilengkapi dengan sirip-sirip fin, terbuat dari tembaga atau alumunium. Evaporator biasanya diletakkan di dalam suatu kontainer yang disebut plenum chamber. Plenum chamber tersebut dipasang di dalam kompartemenn atau di dashboard. Evaporator AC mobil merupakan finned evaporator, dengan tipe forced convection, ditempatkan pada suatu container dari metal atau palstik, dilengkapi dengan saluran pembuangan air kondesat. 16.9 Receiver-dryer Pada umumnya, AC mobil menggunakan receiver-dryer yang dipasang antara kondensor dan evaporator. Fungsi receiver-dryer adalah untuk menapung refrijeran selama dilakukan pekerjaan pemeliharaan atau service. Pada umumnya, Receiver dilengkapi dengan bahan pengering kimiawi. Bahan pengering kimia ini (desiccant) akan menyerap uap air dan menyimpannya, sehingga refrijeran yang masuk ke katub ekspansi sudah terbebas dari uap air. Receiver dilengkapi juga dengan kasa baja untuk menyaring debu dan kotoran masuk ke katub ekspansi. Biasanya, untuk alasan keamanan, Liquid receiver dilengkapi dengan safety fusible plug, yang akan terbuka pada saat suhunya mencapai 177oC.
  • 339 16.10 Katub Ekspansi Seperti halnya pada sistem refrijerasi kompresi uap pada umumnya, AC mobil juga dilengkapi dengan katub ekspansi thermostatik, untuk menurunkan secara gradual liquid refrijeran tekanan tinggi dari kondensor menjadi liquid tekanan rendah yang akan dimasukkan ke evaporator. Beberapa katub ekspansi yang digunakan pada AC mobil dapat diatur setting superheat-nya, beberapa lagi tidak dapat diatur. Pada umumnya setting superheat katub ekspansi thermostatik ini adalah 8 derajad Celcius. Kapasitas katub ekspansi thermostatik harus sesuai dengan kapasitas unit AC mobil. Bila kapasitas katub terlalu kecil, maka akan menurunkan kapasitas unit AC mobil, dan bila terlalu besar dapat menyebabkan evaporator mengalami kelebihan rerijeran cair. Pada umumnya katub ekspansi thermostatik pada AC mobil dilengkapi dengan saluran equalizer, untuk menjaga kestabilan tekanan evaporasi. 16.11 Pekerjaan Service AC Gambar 16.13 Charging Station, peralatan standar untuk pengisian refrijeran ke dalam system.
  • 340 AC mobil memerlukan perawatan rutin. Biasanya kegiatan perawatan atau service dilakukan bila ada keluhan dari pemilik mobil. Keluhan tersebut antara lain: 1. Tidak dingin atau no cooling 2. Timbul suara bising atau noise 3. Pendinginan terputus-putus atau intermitent cooling 4. timbul getaran atau vibrasi Ada berbagai penyebab yang dapat menimbulkan keluhan pemakai seperti tersebut di atas. Untuk melacak penyebab gangguan diperlukan pemeriksaan yang teliti dan ditunjang dengan peralatan service yang memadai. Peralatan service yang diperlukan untuk men-service AC mobil antara lain: 1. Charging station, yang terdiri dari manifol gauge, pompa vacuum dan dial charge. (Gambar 16.13). 2. Peralatan tangan atau hand tool. 3. Leak detector 4. Safety goggles. Untuk dapat melacak lokasi gangguan maka diperlukan pengetahuan tentang operasi normal dari unit AC mobil. Tabel 16.1 memperlihatkan berbagai kondisi operasi AC mobil pada berbagai suhu. Tabel 16.1 Tabel unjuk kerja AC mobil pada berbagai suhu 22oC 27oC 32oC 38oC Suhu udara luar Tekanan tinggi psi 135-170 psi 170-205 205-245 245-285 Tekanan rendah psi 23 - 28 23-29 26-35 31-40 Suhu udara 1-6 oC 1-6 oC 5-9 oC 9-11 oC dingin Tabel 16.1 dapat digunakan sebagai petunjuk dasar dalam memeriksa unjuk kerja unit AC mobil. Pemeriksaan pertama yang harus dilakukan aadalah mengetahui tekanan kerja dan suhu kerja dari unit AC mobil tersebut. Tabel 16.2 menunjukkan langkah- langkah pemeriksaan dan observasi yang wajib dilakukan ketika sedang melakukan service AC mobil, dengan berpedoman Gambar 16.14.
  • 341 Tabel 16.2 Observasi tekanan kerja - Katub A – Tertutup unit AC - Katub B – Tertutup - Katub C – Crack open Back seated - Katub D – Crack open Back seated Mengisi Refrijeran ke - Hubungkan tanki R134a ke E dalam unit AC - Katub A – Terbuka - Katub B – Tertutup - Katub C – Crack open Back seated - Katub D – Crack open Back seated Membuang udara dari - Hubungkan saluran purge ke E receiver - Katub A – Tertutup - Katub B – Terbuka - Katub C – Crack open Back seated Mengevakuasi unit AC - Katub A – Terbuka - Katub B – Tertutup - Katub C – Crack open Back seated - Katub D – Mid seated - Hubungkan hose E ke Vacuum pump Gambar 16.14 Prosedur memeriksa Tekanan Kerja Unit AC Mobil
  • 342 Pengaturan Kekencangan Sabuk Puli Pada umumnya sabuk puli yang terdapat pada suatu mobil terdiri dari beberapa jenis sabuk puli. Yang pertama, sabuk untuk mengerakkan generator, kemudian, sabuk untuk menggerakkan pompa power steering dan idler pulley dan yang terakhir untuk mengerakkan kompresor AC. Kekencangan sabuk harus selalu diperiksa, kira-kira 75 pound atau 34 kg. Sabuk harus dalam kondisi kering tidak berminyak. Sabuk yang kurang kencang dapat menyebabkan slip, sehingga menurunkan unjuk kerja unit AC. Pengujian Kebocoran Pemeriksaan unit dari gangguan saluran bocor, atau sambungan kendor dapat dilakukan dengan menggunakan peralatan pencari kebocoran standar, misalnya halide torch, electronic leak detector atau menggunakan busa sabun. Penmeriksaan kebocoran dapat dilakukan pada saat melakukan evakuasi. Pada saat evakuasi sedang berlangsung dan telah mencapai vacuum tinggi, tutup vacuum valve pada manifold. Bila jarum meter tekanan naik kembali dengan cepat ke angka nol, berarti ada kebocoran di dalam sistem pemipaannya. Pencarian letak kebocorandapat dilakukan dengan mengisi sistem denga refrijeran, kemudian letak kebocorannya dicari menggunakan piranti leak detector. Bila sudah ketemu lokasinya, cari penyebabnya, mungkin kendor atau pipa rusak, dan perbaiki. Pengujian Kompresi Kompresor Kompresor harus mempunyai kompresi yang efisien. Bila kapasitas kompresi kompresor menurun karena kerusakan katub, maka pendinginan tidak akan maksimal. Kompresor yang baik harus dapat memompa hingga tekanan 200 psi dengan cepat pada saat discharge service valve ditutup, front seated. Atau kompresor harus dapat memompa hingga mencapai tekanan vacum 15 in hg dalam waktu singkat, pada tekanan kondensing normal. Untuk pengujian kompresi, Jalankan mesin mobil beberapa waktu hingga tekanan tinggi naik, kemudian stop mesin, atur service valve pada posisi front seated. Bila tekanan turun maka katub discharge bocor.
  • 343 Gambar 16.15 Instalasi vacuum pump pada pekerjaan evakuasi Gambar 16.16 Instalasi Tabung refrijeran pada pekerjaan pengisian refrijeran ke dalam unit AC.
  • 344 DAFTAR PUSTAKA Althouse, Turnquist, Bracciano, 2003, Modern Refrigeration & Air Conditioning, Instructor Manual with answer Key, The Goodheard-Willcox Company, USA Andrew D., 2003, Modern Refrigeration & Air Althouse, Conditioning, The Goodhard-Willcox Company, USA Dossat, Roy J., 1980, Principles of Refrigeration, Second Edition, SI Version, Jonh wiley & Son Inc., New York, USA Goliber, Paul F., 1986, Refrigeration Servicing, Bombay, D.B. Taraporevala Son & Co Private L.td Harris, 1983, Modern Air Conditioning Practice, Third Edition, Mc.Graw - Hill International Book Company John Tomczyk, Troubelshooting & Servicing Modern Refrigeration & Air Conditioning System. McQuiston, Parker and Spitler, Heating Ventitalting, and Air Conditioning: Analysis and Design, 2005, 6th Ed., John Wiley & Sons, Inc. ………………., Basic Servicing, 1986, Box Hill College, Melbourne, Australia quot;http://en.wikipedia.org/wiki/Refrigeratorquot;
  • 345 DAFTAR ISTILAH Refrijerasi Pendinginan (refrigeration) Tata Udara Proses pengkondisian udara ruang (air conditioning) Refrijeran Fluida penukar kalor yang digunakan pada sistem refrijerasi Sistem Absorbsi Refrijerasi yang diperoleh melalui penyerapan refrijeran oleh suatu zat kimiawi Sistem Kompresi Uap Sistem refrijerasi mekanik, menggunakan kompresor untuk mempapatkan uap refrijeran. Kelembaban Absolut Kandungan uap air di udara yang dinyatakan dalam satuan gr/kg. Kelembaban Relatif Perbandingan (ratio) antara jumlah kandungan uap air di udara dan jumlah uap air maksimal yang mungkin terjadi pada suhu yang sama Tekanan Absolut Tekanan gauge ditambah dengan tekanan atmosfir Tekanan gauge Tekanan yang diperoleh dari pengukuran menggunakan meter tekanan (gauge) Kompresor Hermetik kompresor dan motor penggeraknya dikemas dalam suatu kontainer yang kedap udara. Condensing Unit Istillah yang dikenakan pada susunan kompresor, kondensor dan liquid receiver yang dikemas menjadi satu kesatuan atau unit yang utuh. Udara kering kandungan udara atmosfir yang tidak dapat dikondensasikan di dalam sistem refrijerasi.
  • 346 Uap air kandungan udara atmosfir yang dapat dikondensasikan atau diembunkan. Gas Panaslanjut kondisi refrijeran dalam fasa gas, dengan suhu diatas suhu saturasi (superheat vapor) Cairan Superdingin kondisi refrijeran dalam fasa cair, dengan suhu di bawah suhu saturasi (subcooled liquid) Kompresor Hermetik gabungan kompresor yang langsung dikopel dengan motor penggeraknya dan ditempatkan dalam satu kontainer kedap udara. Kenyamanan Hunian kondisi udara yang bagus untuk kesehatan dan kenyamanan kerja manusia. Evakuasi Mengeluarkan udara dari dalam sistem dengan menggunakan pompa vaccum. Dehidrasi Mengeringkan uap air yang ada di dalam sistem, dengan menurunkan tekanan sampai vacuum tinggi, agar uap air dapat menguap pada suhu kamar. Service Manifold Peralatan ukur tekanan yang didesain khusus untuk keperluan service
  • ISBN XXX-XXX-XXX-X Buku ini telah dinilai oleh Badan Standar Nasional Pendidikan (BSNP) dan telah dinyatakan layak sebagai buku teks pelajaran berdasarkan Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 46 Tahun 2007 tanggal 5 Desember 2007 tentang Penetapan Buku Teks Pelajaran yang Memenuhi Syarat Kelayakan untuk Digu- nakan dalam Proses Pembelajaran. HET (Harga Eceran Tertinggi) Rp. 7.888,00