PENGETAHUAN TENTANG REFRIGERASI
Secara umum refrigerasi adalah proses perpindahan panas. Lebih spesifik lagi refrigerasi adalah cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari tentang proses penurunan dan pengaturan suhu ruangan atau benda dibawah suhu normal (pendinginan). Supaya hal tersebut terlaksana maka panas pada benda yang didinginkan harus dipindahkan ke benda lainnya yang mempunyai suhu lebih rendah dari benda yang didinginkan. Panas akan ditransfer ke benda lainnya bila terdapat perbedaan suhu. Perpindahan panas berlangsung dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Proses perpindahan panas akan berhenti bila sudah tidak terdapat perbedaan suhu antara kedua benda tersebut.
Metode Perpindahan Panas
Ada tiga cara perpindahan panas dari suatu benda ke benda lainnya, yaitu : (1) konduksi, (2) konveksi, (3) radiasi.
Konduksi.
Perpindahan panas dengan cara konduksi terjadi jika panas disalurkan melalui kontak langsung antara sumber panas dengan benda yang dipanaskan. Perpindahan panas secara konduksi tidak diikuti oleh partikel-partikel media perantara. Sebagai contoh ujung suatu logam dipanaskan menggunakan api maka lama-kelamaan ujung yang satunya akan mempunyai suhu yang sama dengan ujung yang dipanaskan. Kecepatan perpindahan panas tergantung dari besarnya perbedaan suhu antara sumber panas dengan benda yang dipanaskan serta daya hantar panas (konduktifitas thermal) suatu benda. Setiap benda mempunyai daya hantar panas yang berbeda. Logam mempunyai daya hantar panas yang lebih baik dibandingkan dengan gelas, kayu dan yang lainnya. Kayu, gelas mempunyai daya hantar panas yang lebih baik dibandingkan dengan gas (udara). Benda yang mempunyai daya hantar panas yang baik disebut dengan konduktor, sedangkan benda yang mempunyai daya hantar panas yang buruk disebut dengan insulator.
Konveksi
Perpindahan panas dengan cara konveksi terjadi karena adanya perbedaan tekanan (kepadatan) pada suatu cairan atau gas. Perpindahan panas secara konveksi diikuti dengan perpindahan partikel-partikel media perantaranya. Sebagai contoh adalah air di dalam panci yang dipanaskan menggunakan kompor. Air yang berada di bagian bawah panci akan terkena panas terlebih dahulu. Karena terkena panas maka kepadatan molekul air pada bagian bawah panci akan berkurang (mengembang). Sehingga massa air pada bagian bawah panci akan lebih ringan dibandingkan dengan massa air yang berada pada bagian atas panci. Akhirnya terjadi perpindahan massa air dari bawah keatas panci.
Pada pemanas ruangan, udara panas yang dihasilkan oleh pemanas akan mengalir ke bagian atas ruangan karena mempunyai berat jenis yang lebih ringan dibandingkan dengan udara yang belum melalui pemanas ruangan.
Radiasi
Perpindahan panas dengan cara radiasi adalah perpindahan panas secara langsung yang tidak memerlukan media perantara. Sebagai contoh adalah bumi menerima panas dari matahari secara langsung. Dalam kondisi yang vakum panas tidak bisa mengalir dengan cara konduksi dan konveksi tetapi dapat mengalir dengan cara radiasi.
British Thermal Unit(BTU)
Telah disepakati bahwa suhu dan panas adalah suatu hal yang berbeda. Suhu menunjukan intensitas panas bukan jumlah panas. Sedangkan panas adalah salah satu bentuk energi. Satuan dari suhu adalah oC, oF, oR dan K. Sedangkan satuan panas adalah satuan energi, contoh British Thermal Unit (BTU). Panas dapat diukur terhadap suatu benda yang mengalami perubahan suhu, bentuk, warna, ukuran dan yang lainnya. British Thermal Unit adalah jumlah panas yang diperlukan oleh 1 lb air untuk merubah suhunya sebesar 1oF. Jika 1 BTU ditambahkan pada 1 lb air maka suhu air tersebut akan naik sebesar 1oF. Sebaliknya jika 1 BTU diambil dari 1 lb air maka suhu air tersebut akan turun sebesar 1oF.
Contoh :
Jika 1 lb air yang mempunyai suhu 32oF diberi panas sebesar 1 BTU maka suhu air tersebut akan naik menjadi 33oF.
British Thermal Unitadalah satuan internasional yang banyak dipakai untuk menunjukan besarnya (jumlah) panas sebagai satuan energi panas.
Bahan Pendingin
Pada suatu proses refrigerasi diperlukan bahan/benda yang mampu menyerap panas yang kemudian disebut dengan bahan pendingin (refriegrant). Proses pendinginan dapat dikategorikan menjadi 2 yaitu sensibel dan laten tergantung efek terhadap refrigerant. Jika proses penyerapan panas menyebabkan refrigerant naik suhunya maka disebut dengan sensibel, jika proses penyerapan panas menyebabkan perubahan wujud refrigerant disebut dengan laten. Jika proses pendinginan berlangsung terus menerus maka suhu refrigerant harus dijaga selalu dibawah benda yang didinginkan.
Contoh :
1 lb air dengan suhu 32oF ditempatkan pada ruangan tertutup yang mempunyai suhu awal 70oF. Panas akan perpindah dari ruangan ke air yang bersuhu lebih rendah. Karena panas ruangan mengalir ke air maka suhu ruangan akan turun. Karena air menyerap panas dari ruangan maka suhu air akan naik. Lama kelamaan air dan ruangan mempunyai suhu yang sama. Pada saat itu sudah tidak terjadi perpindahan panas. Pendinginan akan berhenti karena suhu bahan pendingin (refrigerant) tidak lebih rendah dari suhu ruangan (yang didinginkan).
Sekarang air kita ganti dengan es yang mempunyai suhu 32oF. Es tidak akan naik suhunya walaupun menyerap panas dari ruangan, tetapi es akan mencair dengan suhu yang tetap.
Pendinginan menggunakan es
Selama beberapa tahun es digunakan sebagai bahan pendingin (refrigerant). Es banyak digunakan untuk pendinginan sekala rumah tangga dan pendinginan industri kecil. Sampai saat ini masih banyak penggunaan es sebagai bahan pendingin. Proses perpindahan panas menggunakan es dapat dilakukan dengan cara konveksi dan konduksi. Sebagai contoh es digunakan untuk mendinginkan ruangan yang tertutup. Proses pendinginan yang terjadi yaitu sistem konveksi. Es digunakan untuk mendinginkan ikan dengan cara konduksi. Es yang digunakan lama-kelamaan akan mencair, maka diperlukan penambahan es agar proses pendinginan terus berlangsung serta saluran pembuangan es yang mencair.
Pendinginan menggunakan es mempunyai kelemahan yaitu tidak mampu mendinginkan benda kurang dari 32oF. Tetapi untuk beberapa penanganan, pendinginan menggunakan es dapat lebih rendah dari 0oF dengan menambahkan sodium cloride atau calcium cloride. Tidak mudah untuk mengatur laju perpindahan panas agar tetap sama atau stabil. Perlu penambahan jumlah es terus-menerus agar proses pendinginan terus berlangsung.
Pendinginan menggunakan cairan
Kemampuan cairan dalam menyerap panas saat menguap menjadi dasar pendinginan moderen. Sebagai refrigerant, cairan yang diuapkan mempunyai beberapa keuntungan yaitu mudah mengaturnya kapan pendinginan jalan dan berhenti, mudah mengatur laju perpindahan panas agar tetap stabil dan suhu penguapan cairan dapat diatur dengan mengatur tekanannya serta refrigerant tersebut dapat digunakan berulang-ulang dalam suatu rangkaian tertutup tanpa harus menambahkan.
Cairan yang dapat digunakan sebagai refrigerant mempunyai persyaratan tertentu, antara lain : (1) mempunyai suhu penguapan yang rendah (2) tidak beracun (3) tidak mudah terbakar dan meledak (4) harganya ekonomis. Beberapa jenis refrigerant yang populer digunakan antara lain : R 11, R 12, R 134-a, R 404-a dan amoniak.
Pemanfaatan cairan sebagai refrigerant dalam suatu rangkaian tertutup dikategorikan dalam dua sistem yaitu sistem absorpsi dan kompresi. Sistem kompresi lebih banyak digunakan karena kemampuannya yang lebih baik dalam memproduksi penyerapan panas dengan suhu sangat rendah.
Demikian artikel mengenai refrigerasi 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.
