Perkembangan Terkini Teknologi Refrigerasi (1)

Siklus refrigerasi merupakan sebuah mekanisme berupa siklus yang mengambil energi (termal) dari daerah bertemperatur rendah dan dibuang ke daerah bertemperatur tinggi. Siklus ini berlawanan dengan proses spontan yang terjadi sehari-hari, maka diperlukan masukan energi untuk menjalankan siklus refrigerasi. Teknologi refrigerasi sangat erat terkait dengan kehidupan dunia modern; bukan hanya pada sisi peningkatan kualitas dan kenyamanan hidup, namun juga menyentuh hal-hal esensial penunjang kehidupan manusia. Teknologi refrigerasi dibutuhkan untuk meminimalkan, bahkan bisa meniadakan, pertumbuhan mikroorganisme perusak bahan-bahan tertentu; maka teknologi ini dibutuhkan keberadaannya di bidang penyimpanan dan transportasi bahan makanan.

Mesin refrigerasi saat ini dengan mudah kita jumpai di berbagai swalayan yang menjual bahan kebutuhan sehari-hari. Truk berpendingin sudah menjadi kebutuhan umum guna mentransportasikan bahan makanan melalui jarak yang cukup jauh. Selain meminimalkan atau meniadakan pertumbuhan mikroorganisme, pendinginan yang dihasilkan oleh teknologi refrigerasi juga diperlukan untuk mencegah terjadinya reaksi kimiawi/biologis yang bisa merusak kondisi suatu zat. Maka teknologi ini juga menjadi tuntutan di bidang kedokteran (penyimpanan vaksin, obat-obatan, hingga cadangan darah). Dukungan mesin refrigerasi terhadap kemajuan iptek jelas terlihat dari keberadaan mesin ini di berbagai instalasi penting berbagai bidang; biologi, kimia, kedokteran, dsb. Teknologi refrigerasi bukan hanya monopoli perusahaan besar ataupun institusi ilmiah, mesin ini, dalam bentuk lemari pendingin (refrigerator) dan pengkondisi udara (AC) umum dijumpai di tengah-tengah masyarakat. Bukan sekedar gaya hidup, karena mesin refrigerasi berfungsi untuk meningkatkan kualitas hidup manusia.

Read More

Pengkondisian Udara (AC) (2)

Bagian pertama tulisan ini telah menyajikan konsep dasar teknologi refrigerasi dan tiga permasalahan yang memberikan arah perkembangan dunia refrigerasi modern, yakni krisis energi, lubang ozon, dan pemanasan global. Bagian kedua ini memberikan ulasan perkembangan sistem pengkondisian udara untuk menjawab tantangan di atas.

Beberapa perbaikan sistem refrigerasi guna penghematan energi adalah sebagai berikut:

A. Pengkondisian udara sistem variable air volume (VAV)

Sistem ini merupakan perbaikan dari constant air volume (CAV) yang banyak digunakan sebelum dunia dilanda krisis energi pada tahun 1973 (Stein, 1997). Sistem CAV menggunakan saluran udara (duct) tunggal untuk mengalirkan udara dingin ke seluruh ruangan. Untuk menyediakan kebutuhan pendinginan yang maksimal, temperatur udara diset sangat rendah; selanjutnya di setiap ruangan disediakan sistem pemanas-ulang (reheater) guna mengatur temperatur udara sesuai dengan kebutuhan. Sumber pemborosan energi pada sistem CAV disebabkan oleh tiga hal:(1) Sangat rendahnya set temperatur udara dingin untuk seluruh ruangan,(2) Energi yang diperlukan untuk memanaskan ulang udara yang memasuki ruangan, dan(3) Energi yang diperlukan oleh fan elektrik dan efeknya terhadap udara dingin (fan elektrik memberikan beban panas pada udara dingin).

Sistem VAV melakukan pengaturan volume udara yang disuplai ke setiap ruang secara otomatis. Volume udara yang masuk ke setiap ruang disesuaikan dengan besarnya beban pendinginan (cooling load) yang ada di masing-masing ruangan. Sebuah kotak pengontrol yang bekerja berdasarkan informasi temperatur ruangan (thermostatically-control box) mengatur volume udara yang masuk ke dalam ruangan disesuaikan dengan kebutuhan. Dengan demikian, sistem VAV mengalirkan udara pendingin sesuai dengan kebutuhan ruangan; berbeda dengan sistem CAV yang mensuplai pendinginan maksimal dan seragam untuk kemudian dipanaskan ulang di sebagian ruangan. Kampus National Institute of Education Singapura baru-baru ini mendapatkan penghargaan dari ASHRAE (American Society of Heating, Refrigeration, and Air Conditioning Engineers) berkenaan dengan penghematan energi pada kampus tersebut yang salah satunya merupakan hasil penerapan sistem VAV (ASHRAE, 2006).

Read More

Pengkondisian Udara (AC) (3)

Setelah mengulas tantangan kontemporer yang dihadapi oleh teknologi refrigerasi/pengkondisian udara serta beberapa alternatif sistem yang telah dikembangkan untuk menghadapi tantangan tersebut, bagian ke-3 dari seri tulisan tentang refrigerasi ini mengulas perkembangan teknologi di bidang refrigeran (fluida kerja mesin refrigerasi) dan teknologi mesin refrigerasi itu sendiri.

Perkembangan Teknologi di Bidang Refrigeran

Refrigeran adalah fluida kerja yang bersirkulasi dalam siklus refrigerasi. Refrigeran merupakan komponen terpenting siklus refrigerasi karena dialah yang menimbulkan efek pendinginan dan pemanasan pada mesin refrigerasi. Seperti telah dijelaskan pada Bagian 1, masalah kontemporer yang menghadang refrigeran adalah munculnya lubang ozon dan pemanasan global.

ASHRAE (2005) mendefinisikan refrigeran sebagai fluida kerja di dalam mesin refrigerasi, pengkondisian udara, dan sistem pompa kalor. Refrigeran menyerap panas dari satu lokasi dan membuangnya ke lokasi yang lain, biasanya melalui mekanisme evaporasi dan kondensasi. Calm (2002) membagi perkembangan refrigeran dalam 3 periode: Periode pertama, 1830-an hingga 1930-an, dengan kriteria refrigeran "apa pun yang bekerja di dalam mesin refrigerasi". Refrigeran yang digunakan dalam periode ini adalah ether, CO2, NH3, SO2, hidrokarbon, H2O, CCl4, CHCs. Periode ke-dua, 1930-an hingga 1990-an menggunakan kriteria refrigeran: aman dan tahan lama (durable). Refrigeran pada periode ini adalah CFCs (Chloro Fluoro Carbons), HCFCs (Hydro Chloro Fluoro Carbons), HFCs (Hydro Fluoro Carbons), NH3, H2O. Periode ke-tiga, setelah 1990-an, dengan kriteria refrigeran "ramah lingkungan". Refrigeran pada periode ini adalah HCFCs, NH3, HFCs, H2O, CO2.

Read More

Komponen Komponen Pokok Refrigerasi

Operasi refrigerasi butuh suatu mesin yang disebut dengan refrigerator. Refrigerator merupakan kumpulan serangkaian peralatan, seperti:
1. Kompressor.
2. Kondensor.
3. Akumulator.
4. Mesin ekspansi / katup ekspansi.
5. Evaporator.

1. Kompressor
Kompressor adalah alat yang digunakan untuk menghisap uap refrigerant dan mengkompresinya sehingga tekanan uap refrigerant naik sampai ke tekanan yang diperlukan untuk pengembunan (kondensasi) uap regrigerant di dalam kondensor.

Kompressor ini digerakkan oleh sumber tenaga dari mesin penggerak, seperti:
• Motor listrik
• Motor bakar
• Diesel
• Mesin uap
• Turbin gas
Pada kompressor, berlaku persamaan neraca energi;

Read More

Sistim Refrigerasi Kompresi Uap

Deskripsi

Siklus refrigerasi kompresi mengambil keuntungan dari kenyataan bahwa fluida yang bertekanan tinggi pada suhu tertentu cenderung menjadi lebih dingin jika dibiarkan mengembang. Jika perubahan tekanan cukup tinggi, maka gas yang ditekan akan menjadi lebih panas daripada sumber dingin diluar (contoh udara diluar) dan gas yang mengembang akan menjadi lebih dingin daripada suhu dingin yang dikehendaki. Dalam kasus ini, fluida digunakan untuk mendinginkan lingkungan bersuhu rendah dan membuang panas ke lingkungan yang bersuhu tinggi.

Siklus refrigerasi kompresi uap memiliki dua keuntungan. Pertama, sejumlah besar energi panas diperlukan untuk merubah cairan menjadi uap, dan oleh karena itu banyak panas yang dapat dibuang dari ruang yang disejukkan. Kedua, sifat-sifat isothermal penguapan membolehkan pengambilan panas tanpa menaikan suhu fluida kerja ke suhu berapapun didinginkan. Hal ini berarti bahwa laju perpindahan panas menjadi tinggi, sebab semakin dekat suhu fluida kerja mendekati suhu sekitarnya akan semakin rendah laju perpindahan panasnya.

Read More

Sistem Chiller dan Cooling Tower

Untuk mengkondisikan udara gedung-gedung besar AC biasa mungkin sudah tidak efisien lagi. Dapat dibayangkan jika menggunakan AC biasa  sangat banyak refrigerant yang harus digunakan. Begitu pula dengan kerja kompresornya. Oleh karena itu sering kali sistem yang digunakan adalah sistem Chiller.

Chilled Water

Untuk mendinginkan udara dalam gedung, chiller tidak langsung mendinginkan udara melainkan mendinginkan fluida lain (biasanya air) terlebih dahulu. Setelah air tersebut dingin kemudian air dialirkan melaui AHU (Air Handling Unit). Di sinilah terjadi pendinginan udara. Untuk lebih jelasnya lihat gambar 1. 

Gambar 1. Skema Chiller

Chiller dapat dibuat dengan prinsip siklus refrigerasi kompresi uap atau sistem absorbsi. Dalam tulisan ini yang dibahas adalah chiller yang menggunakan sistem refrigerasi kompresi uap. Sistem refrigerasi yang digunakan dalam chiller tidak jauh berbeda dengan AC biasa, namun perbedaannya adalah pertukaran kalor pada sistem chiller tidak langsung mendinginkan udara.

Pada evaporator terjadi penarikan kalor. Heat Exchanger disini mungkin berupa pipa yang didalamnya terdapat pipa. Di pipa yang lebih besar mengalir air sedangkan pipa yang lebih kecil mengalir refrigeran (bagian evaporator siklus refrigerasi). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat Gambar 2.

Gambar 2. Penampang Heat Exchanger Chiller

Di Heat Exchanger tersebut terjadi pertukaran kalor antara refrigeran yang dengan air. Kalor dari air ditarik ke refrigeran sehingga setelah melewati Heat exchanger air menjadi lebih dingin. Air dingin ini kemudian dialirkan ke AHU (Air Handling Unit) untuk mendinginkan udara. AHU  terdiri dari Heat exchanger yang berupa pipa dengan kisi-kisi di mana terjadi pertukaran kalor antara air dingin dengan udara.

Air dingin yang telah melewati AHU suhunya menjadi naik karena mendapatkan kalor dari udara. Setelah melewati AHU air akan mengalir kembali ke Chiller (Bagian Evaporator) untuk didinginkan kembali.

Cooling Water

Seperti dijelaskan sebelumnya dalam chiller juga terdapat perangkat refrigerasi yang sistemnya terdapat bagian yang menarik kalor dan membuang kalor. Dalam hal pembuangan kalor sering kali chiller menggunakan perantara air untuk media pembuangan kalornya. Untuk lebih jelasnya lihat gambar 3.

Gambar 3. Skema Cooling water dengan Cooling Tower

Hampir sama dengan Chilled water, pertukaran kalor chiller pada kondensernya juga melalui perantara air. Air dialirkan melalui kondenser. Kondenser ini juga merupakan Heat exchanger berupa pipa yang didalamnya terdapat pipa. Pipa yang lebih besar untuk aliran air dan pipa yang lebih kecil untuk aliran refrigeran. Di Heat exchanger ini terjadi pertukaran kalor dimana kalor yang dibuang kondenser diambil oleh air. Akibatnya air yang telah melewati kondenser akan menjadi lebih hangat. Kemudian air ini dialirkan ke cooling tower untuk didinginkan dengan udara luar. Setelah air ini menjadi lebih dingin, kemudian alirkan kembali ke kondenser untuk mengambil kalor yang dibuang kondenser.

Jadi di dalam sistem Chiller yang dijelaskan diatas dapat dijadikan satu kesatuan sistem yang terdiri dari tiga buah siklus, yaitu: siklus refrigerasi (Chiller), Siklus Chilled Water, dan siklus Cooling Water. Untuk menjelaskan hal ini dapat dilihat gambar 4.

Gambar 4. Skema Chiller, Chilled Water dan Cooling Water

Read More

Sejarah Refrigerasi (Teknik Pendingin)

Apa itu Refrigerasi??

Refrigerasi adalah sebuah proses menjaga suatu objek sehingga temperaturnya di bawah temperatur lingkungannya. Manfaat refrgerasi yang paling banyak digunakan oleh manusia adalah untuk pengawetan makanan dan pendingin udara.  Pada kulkas, makanan dan minuman dijaga agar suhunya rendah sehingga makanan dapat tahan lebih lama. Begitu pula ruang yang ber-AC, udara ruangan tersebut dijaga agar lebih dingin dari pada udara diluar ruangan tersebut sehingga orang-orang yang didalamnya merasa nyaman. 

Sejarah Refrigerasi

Pada jaman dahulu belum ada yang namanya lemari es atau mesin pendingin lainnya, oleh karenanya pada saat itu proses refrigerasi dilakukan dengan cara alami yaitu memanfaatkan es atau objek yang lebih dingin lainnya.

Lalu bagaimana orang mendapatkan es atau objek yang dingin jika tidak ada mesin pendingin??

Setidaknya ada tiga cara yang dapat digunakan yaitu:

Read More

Refrigerasi Alami

Jenis-Jenis Refrigerasi Alami

Mesin pendingin seperti lemari es dan AC merupakan sistem refrigerasi buatan. Sebelum ditemukan teknologi mesin pendingin, ada beberapa teknik yang memanfaatkan alam untuk keperluan pendingin termasuk pembuatan es, antara lain:

Read More

Sistem Refrigerasi Absorpsi

Ketika garam littium bromide dilarutkan dalam air, titik didih dari air menjadi naik. Disamping itu, jika temperatur larutan garam tersebut dijaga konstan, efek dari pelarutan garam adalah menurunkan tekanan uap dari larutan hingga di bawah tekanan jenuh air murni pada temperatur itu. 

Untuk memahami prinsip kerja dari sistem refigeras absorpsi perhatikan gambar berikut:

 

Read More

Mengenal Sistem Pendingin Termoelektrik (Thermoelectric)

Termoelektrik (thermoelectric) adalah suatu fenomena konversi dari perbedaan temperatur menjadi energi listrik atau sebaliknya. Fenomena ini telah dikembangkan menjadi menjadi suatu modul sehingga dapat digunakan sebagai pembangkit listrik atau perangkat pendingin/pemanas.

Modul termoelektrik dapat berupa sebuah keping berbentuk persegi dengan ketebalan tertentu, seperti pada gambar.  Jika terdapat perbedaan temperatur antara sisi yang satu dengan yang lainnya, maka akan timbul tegangan listrik searah yang keluar dari modul tersebut.  Sebaliknya, jika tegangan  listrik searah  diberikan ke modul termoelektrik, maka akan terjadi perbedaan temperatur antara kedua sisi modul tersebut. Sisi yang dingin dapat digunakan sebagai pendingin dan sisi yang panas dapat digunakan sebagai pemanas. 

Read More

Pompa Kalor (Heat Pump) dan Refrigerasi

Heat pump atau pompa kalor adalah suatu sistem yang dapat menyerap kalor dari suatu tempat kemudian membuangnya di tempat lain. Pompa kalor dapat digunakan sebagai pendingin jika memanfaatkan sisi penyerapan kalor , inilah yang disebut dengan sistem refrigerasi.  Sebaliknya pompa kalor juga dapat digunakan sebagai pemanas jika memanfaatkan sisi pembuangan kalornya. Contoh sederhana pompa kalor adalah air conditioner. Air conditioner menyerap kalor yang ada diruangan kemudian membuangnya ke luar ruangan.

Untuk memahami prinsip pompa kalor maka analogi pompa air dapat digunakan karena secara prinsip keduanya tidak berbeda.  Air secara alami akan mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah. Untuk mengalirkan air dari tempat yang rendah ke tempat yang tinggi dibutuhkan suatu alat (pompa)  dan usaha/kerja/energi dari luar (mekanik). Dengan menggunakan pompa maka air yang ada di tempat yang lebih dapat dihisap dan dikeluarkan di tempat yang lebih tinggi.

Read More