PROSES KOMPRESI UAP

Proses Kompresi

Kompresor mesin pendingin dengan rpm yang tinggi mengkompresi uap refrigerant dengan sangat cepat. Refrigerant bersinggungan dengan dinding silinder kompresor dalam waktu sangat singkat. Karena waktu kompresi dan singgungan dengan dinding silinder yang sangat singkat maka perbedaan suhu antara uap refrigerant dengan dinding silinder sangat kecil, bisa diasumsikan bahwa perpindahan dari refrigerant atau ke dinding silinder bisa diabaikan. Oleh karena itu proses kompresi pada sistem kompresi uap terjadi dengan proses adiabatik (tidak ada panas yang masuk atau keluar). Walaupun tidak terjadi perpindahan panas diantara keduanya selama proses kompresi, suhu dan enthalpy uap refrigerant bertambah karena mendapat energi mekanik dari piston. Walaupun uap yang dikompresi didinginkan, energi kinetik dari refrigerant akan bertambah sebanding dengan besarnya energi mekanik yang dihasilkan oleh piston. Energi yang dihasilkan disebut dengan panas kompresi. Energi yang dihasilkan oleh kerja mekanik piston ditransfer ke uap refrigerant selama proses kompresi. 

Suhu Pengeluaran

Hati-hati dengan suhu pengeluaran. Suhu pengeluaran dari kompresor tidak sama dengan suhu kondensasi. Suhu pengeluaran adalah suhu uap refrigerant saat keluar dari kompresor, sedangkan suhu kondensasi adalah suhu saat uap refrigerant diembunkan (dicairkan) dalam kondensor sesuai dengan tekannya. Karena uap yang masuk kedalam kompresor adalah uap panas lanjut serta ditambahkan dengan panas yang dihasilkan saat kompresi, maka uap yang keluar dari kompresor adalah uap dengan kandungan panas yang sangat banyak dan temperaturnya diatas titik jenuhnya sesuai dengan tekanannya. Uap dari kompresor didinginkan pada suhu kondensasi didalam kondensor untuk membuang kandungan panasnya sehingga terkondensasi.

Suhu Kondensasi

Agar proses pendinginan terus berlangsung maka uap refrigerant harus diembunkan dalam kondensor dengan cara membuang jumlah panas sebesar panas yang diserap dalam evaporator, pipa hisap kompresor dan panas yang dihasilkan karena proses kompresi. Sehingga peningkatan jumlah transfer panas pada saat penguapan berpengaruh terhadap transfer panas di kondensor. 

Laju perpindahan panas dari uap refrigerant ke media pendingin di kondensor dipengaruhi oleh 3 faktor, yaitu : (1) luas permukaan kondensasi (2) koefisien daya hantar panas bahan kondensor (3) perbedaan suhu antara uap refrigerant dengan suhu media pendingin kondensor. Untuk beberapa kondensor faktor 1 dan 2 biasanya tetap (tidak dapat dirubah) sehingga laju perpindahan panas di kondensor hanya tergantung dari perbedaan suhu antara uap refrigerant dengan media pendingin kondensor. Besarnya suhu kondensasi adalah sama dengan suhu media pendingin ditambah jumlah perbedaan antara suhu kondensasi refrigerant dengan suhu media pendingin kondensor.

Tekanan Pengembunan

Tekanan pengembunan adalah tekanan jenuh sesuai dengan suhu campuran uap dan cairan didalam kondensor. Ketika kompresor tidak bekerja, suhu refrigerant dalam kondensor akan sama dengan suhu udara sekitar dan tekanan jenuhnya akan rendah. Sehingga pada saat kompresor dijalankan, uap refrigerant yang dialirkan ke kondensor tidak akan segera mengembun karena tidak ada perbedaan suhu antara refrigerant dengan media pendingin kondensor oleh karena itu tidak ada perpindahan panas antara keduanya. Karena pengaturan aliran refrigerant oleh keran dan diibaratkan kondensor adalah suatu tabung tertutup, uap refrigerant dialirkan terus-menerus ke kondensor tanpa diembunkan maka tekanan di kondensor akan naik sampai pada titik jenuh dimana terjadi kondisi yang cukup untuk terjadi perpindahan panas dari refrigerant ke media pendingin kondensor. Ketika panas yang dibutuhkan tercapai maka uap refrigerant akan mengembun sesuai dengan uap yang dipompakan ke kondensor. Sampai pada saat tekanan kondensor stabil dan konstan selama siklus pendinginan berlangsung.

Efek Refrigerasi 

Jumlah panas yang mampu diserap oleh 1 pound refrigerant terhadap suatu benda atau ruangan disebut dengan efek refrigerasi. Contoh, 1 lb es pada suhu 32^oF mencair mampu menyerap panas sebesar 144 BTU, sehingga efek refrigerasi 1 lb es adalah sebesar 144 BTU. 

Ketika cairan refrigerant diuapkan melalui evaporator, refrigerant akan menyerap sejumlah panas yang dibutuhkan oleh refrigerant untuk menguap. Jadi efek refrigerasi 1 lb cairan refrigerant sama dengan panas laten penguapannya. Jika suhu cairan yang masuk ke keran pengatur dari pipa yang berisi cairan sama dengan suhu penguapan dalam evaporator, seluruh cairan akan menguap dalam evaporator dan mengahasilkan pendinginan yang sempurna. Tetapi kenyataannya suhu cairan refrigerant yang masuk melalui keran pengatur selalu lebih tinggi dari pada suhu penguapan di evaporator dan harus diturunkan sampai ke suhu penguapan sebelum menguap di evaporator dan menyerap panas benda yang didinginkan. Karena alasan tersebut hanya sebagian dari cairan refrigerant yang menguap dan mampu menyerap panas. oleh karena itu efek refrigerasi per pound refrigerant selalu lebih rendah dari total panas penguapan cairan refrigerant yang dialirkan. 

Seperti terlihat pada gambar tekanan kondensasi uap refrigerant R 12 di kondensor adalah 120,6 psig dan suhu kondensasi sesuai dengan tekanannya adalah 102^oF. Jadi kondensasi terjadi pada suhu yang konstan, suhu kondensasi yang terjadi pada cairan adalah 102^oF. Setelah mengembun cairan mengalir ke bagian terbawah dari kondensor dan terus menyerahkan panasnya ke media pendingin kondensor sehingga sebelum cairan tersebut meninggalkan kondensor suhunya sedikit lebih rendah dibandingkan saat mengembun. Cairan ini disebut dengan subcooled. Suhu cairan saat meninggalkan kondensor sangat tergantung dengan suhu media pendingin kondensor serta lama waktu kontak refrigerant setelah mengembun dengan media pendingin kondensor.

Cairan yang dihasilkan dapat terus didinginkan (melepaskan panasnya) di tangki penampung dan pipa saluran yang berisi cairan ke udara disekitarnya. Pada beberapa kejadian, karena terjadi pertukaran panas antara refrigerant dengan udara di sekitar liquid line, suhu cairan yang mendekati keran pengatur hampir sama dengan suhu udara disekitar liquid line. Seperti terlihat pada gambar, suhu cairan R 12 yang mendekati keran pengatur adalah 86^oF dengan tekanan yang tetap yaitu 120,6 psig. Karena suhu refrigerant pada tekanan 120,6 psig adalah 102^oF maka terdapat selisih 16^oF cairan subcooled (102 – 86) dibawah titik jenuhnya. Karena tekanan jenuh pada suhu 86^oF adalah 93,2 psig, R 12 dalam keadaan cairan asalkan tekanannya tidak kurang dari 93,2 psig. Karena cairan yang melewati keran pengatur tekanannya diturunkan dari 120,6 psig menjadi 28,46 psig maka suhu penguapan sesuai dengan tekannya adalah 30^oF. Karena R 12 tidak dapat berujud cairan pada suhu diatas 30^oF ketika tekanannya 28,46 psig maka cairan refrigerant harus menyerahkan panasnya untuk mendinginkan dirinya sendiri dari 86^oF ke 30^oF. Simpelnya refrigerant diturunkan tekanannya saat melewati keran pengatur. Dari daftar entalpi cairan pada suhu 86^oF dan 30^oF adalah 27,73 BTU dan 14,76 BTU, jadi per pound refrigerant harus menyerahkan panasnya sebesar 12,97 BTU (27,73 – 14,76). Karena refrigerant mengembang dengan cepat saat melewati keran pengatur maka tidak ada kesempatan yang cukup untuk menyerahkan panas refrigerant ke keran pengatur. Oleh karena itu hanya sedikit bagian dari cairan refrigerant yang menguap saat melewati keran pengatur dan panas laten penguapan yang digunakan untuk menguap  diambil dari cairan refrigerant tersebut sehingga suhu refrigerant akan turun ke suhu penguapan. Simpelnya refrigerant harus menyerahkan panasnya sebesar sebesar 12,97 BTU saat melewati keran pengatur untuk menurunkan suhunya dari 86^oF menjadi 30^oF dan refrigerant keluar dari keran pengatur dalam bentuk campuran cairan dan uap. Jadi hanya refrigerant yang berbentuk cairan yang menguap di evaporator dan mampu menghasilkan pendinginan. Bagian dari refrigerant yang menguap saat melewati keran pengatur tidak digunakan untuk pendinginan dan disebut dengan kehilangan efek refrigerasi. Jadi efek refriegrasi dari cairan yang disirkulasikan adalah total panas laten penguapan dikurangi dengan panas yang dienyahkan oleh sebagian cairan refrigerant saat melewati keran pengatur untuk menurunkan suhunya ke suhu penguapan. Pada tabel panas laten penguapan R 12 pada suhu 30^oF adalah 66,85 BTU. Karena ada kehilangan efek refrigerasi sebesar 12,97 BTU maka efek refrigerasinya adalah 53,88 BTU (66,85 – 12, 97). Dari perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa terdapat 19,4% (12,97/66,85 x 100%) kehilangan efek refrigerasi atau hanya 80,6% cairan refrigerant yang menguap di evaporator dapat digunakan untuk pendinginan. Simpelnya efek refrigerasi adalah selisih entalpi cairan refrigerant yang masuk ke keran pengatur dengan entalpi uap refrigerant yang meninggalkan evaporator.

Demikian artikel mengenai proses kompresi uap kami buat semoga bermanfaat dan menambah pengetahuan kita tentang refrigerasi. Kritik dan saran untuk kesempurnaan artikel kami berikutnya dapat disampaikan melalui web kami. 

Agus Widiyanto, S.St.Pi (Widyaiswara Pertama-BPPP Tegal)

Daftar Pustaka :

BAHAN AJAR MESIN PENDINGIN BPPP TEGAL

ROY. J. DOSSAT, PRINCIPLES OF REFRIGERATION, JOHN WILEY & SON, INC, NEW YORK AND JAPAN, 1961.

TEKNIK PENDINGIN, MODUL PLPG, KONSORSIUM SERTIFIKASI GURU, 2013

WIKIPEDIA, THE FREE ENCYCLOPEDIA.

WILBERT F. STOECKER, JEROLD W. JONES, SUPRATMAN HARA, REFRIGERASI DAN PENGKONDISIAN UDARA, ERLANGGA, JAKARTA, 1994.

WIRANTO ARISMUNANDAR, HEIZO SAITO, PENYEGARAN UDARA, PT. PRADAYA PARAMITA, JAKARTA, 1980.