bab 2 refrigeran

7/23/2019 Bab 2 Refrigeran

1/38

16

BAB 2 REFRIGERAN

Refrigeran adalah zat yang mengalir dalam mesin pendingin (refrigerasi)

atau mesm pengkondisian udara (AC). Zat ini berfungsi untuk menyerap panas

dari benda atau udara yang didinginkan dan membawanya kemudian

membuangnya ke udara sekeliling di luar benda/ruangan yang didinginkan.

2.1. PENGELOMPOKAN REFRIGERAN

Refrigeran yang pertama kali digunakan adalah eter oleh Perkins pada

mesin kompresi uap [1]. Selanjutnya pada tahun 1874 digunakan sulfur dioksida

(S02), dan pada tahun 1875 mulai digunakan ethyl chloride (C2HsCl) dan

ammonia. Selanjutnya metil khlorida (CH3Cl) mulai digunakan tahun 1878 dan

karbon dioksida (C02) tahun 1881. Nitrogen oksida (N203) dan hidrokarbon (CRt,

C2H6, C2H4, dan C3H8) banyak digunakan sekitar tahun 1910 sampai 1930.

Dichloromethane (CH2Cl), dichloroethylene (C2H2Ch) dan monobromomethane

(CH3Br) juga digunakan sebagai refrigeran pada mesin sentrifugal.

Penggunaan refrigeran-refrigeran yang disebutkan diatas jauh berkurang

setelah ditemukannya Freon (merek dagang) oleh E.!. du Point de Nemours and

Co pad a sekitar tahun 1930an, dan menjadi sangat populer sampai dengan tahun

1985. Refrigeran ini disebut sebagai refrigeran halokarbon (halogenated

hydrocarbon) karena adanya unsur-unsur halogen yang digunakan (Cl, Br) atau

kadangkala disebut sebagai refrigeran fluorokarbon (fluorinated hydrocarbon)

karena danya unsure fluor (F) dalam senyawanya. Berdasarkan jenis senyawanya,

refrigeran dapat dikelompokan menjadi:


2/38

17

1. Kelompok refrigeran senyawa halokarbon.

2. Kelompok refrigeran senyawa organikcyclic.

3. Kelompok refrigeran campuran Zeotropik.

4. Kelompok refrigeran campuran Azeotropik.

5. Kelompok refrigeran senyawa organik biasa.

6. Kelompok refrigeran senyawa anorganik.

7. Kelompok refrigeran senyawa organik tak jenuh.

2.1.1. Kelompok Refrigeran Senyawa Halokarbon

Kelompok refrigeran senyawa halokarbon diturunkan dari hidrokarbon

(HC) yaitu metana (CH4), etana (C2H6), atau dari propana (C3H8) dengan

mengganti atom-atom hidrogen dengan unsur-unsur halogen seperti khlor (CI),

fluor (F), atau brom (Br). Jika seluruh atom hidrogen tergantikan oleh atom CI

dan F maka refrigeran yang dihasilkan akan terdiri dari atom khlor, fluor dan

karbon. Refrigeran ini disebut refrigeran chlorofluorocarbon (CFC). Jika hanya

sebagian saja atom hidrogen yang digantikan oleh Cl dan atau F maka refrigeran

yang terbentuk disebuthydrochlorofluorocarbon (HCFC). Refrigeran halokarbon

yang tidak mengandung atom khlor disebut hydro fluorocarbon (HFC).

Berdasarkan pembahasan di atas refrigeran halokarbon dapat dituliskan sebagai:

CmHnFpClq

untuk senyawa halokarbon jenuh berlaku (n + p +q) = 2m + 2, sedangkan

untuk senyawa tak jenuh (n + p + q)=2 m. Dalarn hal ini m menyatakan jumlah

atom C, n adalah jumlah atom H, p adalahjumlah atom F, dan q

menyatakanjurnlah atom Cl.


3/38

18

Cara penomoran refrigeran halokarbon adalah

R-(m-l) (n+l) (p)

Jika (m-l) sama dengan nol maka angka nol dihilangkan. Sebagai contoh

CCl3F (trichlorofluoromethane) dituliskan sebagai R-11 atau CFC-11. CCl2F2

(Dichlorodifluoromethane) dituliskan sebagai R-12 atau CFC-12. CHClF2

(Chlorodifluoromeihane) dituliskan sebagai R-22 atau HCFC-22. C2Cl3F3

dituliskan sebagai R113 atau CFC-113. Metana (CH4) dituliskan sebagai R-50,

etana (C2H6) adalah R-170, propane (C3H8) R-290 dan seterusnya.

Jumlah atom khlor dalarn senyawa dapat dihitung dengan cara mengurangi

jumlah atom fluor dan hidrogen dari jumlah atom total yang terikat pada atom-

atom C. Untuk halokarbon dari gugus metana jumlah atom total terse but adalah

empat sedangkan dari gugus etana jumlah atom yang dimaksud adalah enam.

Untuk refrigeran halokarbon jenuh jumlah atom total yang terikat pada atom C

adalah 2 m + 2, dimana m adalah jumlah atom karbon.

Untuk refrigeran yang mengandung ,bromida dituliskan dengan

menambahkan huruf B dan diikuti dengan angka yang menyatakan jumlah atom

khlor yang digantikannya. Sebagai contoh R-13Bl adalah refrigeran R-13 yang

satu atom khlornya digantikan oleh satu atom Br.

Untuk turunan bersiklus, ditambahkan huruf C di depan nomor refrigeran.

Untuk isomer pada gugus etana, setiap isomer diberi nomor refrigeran yang sarna

dengan isomer yang paling simetri dinyatakan dengan nomor refrigeran saja.

Sedangkan isomer yang lain diberi imbuhan hurufkecil (a, b, c, dst) sesuai dengan

urutan ketidaksimetrian. Kesimetrian ditentukan dengan menghitung jumlah atom


4/38

19

halogen dan hidrogen yang terikat pada setiap atom C. Kemudian jumlah berat

atom yang terikat pada satu atom C dikurangi dengan jumlah berat atom yang

terikat dengan atom C lainnya. Semakin kecil harga absolut perbedaannya

semakin simetri senyawa refrigeran terse but. Contoh cara penulisan nomor untuk

isomer pada Tabe12.1.

Tabel 2.1 Contoh penomoran isomer refrigeran halokarbon gugus etana

Isomer Rumus

Kimia

Atom yang terikat pada atom C

W1 W2 W1-W2R-123R-123a

CHCl2CF3CHCIFCC1F2CCl2FCHF2

71,973,4

89,9

57,055,5

39,0

14,917,9

50,9R-123b

Keterangan:

Wi=jumlah berat atom halogen dan hidrogen yang terikat pata atom karbon i

Untuk isomer pada gugus propana, setiap isomer mempunyai nomor yang

sarna dan pembedaan antar isomer dilakukan dengan memberi akhiran dua huruf

kecil. Huruf kecil yang pertarna menunjukkan jenis atom C tengah (C2), dengan

aturan sebagai berikut:

Jenis atom C tengan (C2) Huruf akhiran pertama

-CCl2-CCIF-

-CF2-

-CC1H-

-CFH-

-CH2-

A

b

c

d

e

f

Sedangkan huruf kecil yang kedua (a,b,e, dst) diberikan sesuai dengan

urutan ketidaksimetrian sama seperti cara penulisan isomer gugus etana. Contoh

penomoran isomer refrigerant halokarbon gugus propane diberikan pada Tabel

2.2.


5/38

20

Tabel 2.2 Contoh penomoran isomer refrigeran halokarbon gugus propane

Isomer Rumus Kimia Group C2Atom yang terikat pada atom C

W1 W2 W1-W2R-225aa CF3CCl2CHF2 CCl2 57,0 39,0 18,0

R-225ba CHClFCClFCF3 CClF 55,5 57,0 1,5

R-225bb CCIF2CClFCHF2 CClF 73,4 39,0 34,4

R-225ca CHC l2CF2CF3 CF2 71,9 57,0 14,9

R-225cb CHClFCF2CClF2CClF2CHClCF3

CF2CHCI

89,9

73,4

39,0

57,0

50,9

16,4R-225da

R-225ea CClF2CHFCClF2 CHF 73,4 73,4 0,0

R-225eb CC l2FCHCF3 CHF 89,9 57,0 32,9

Keterangan:

C2=atom karbon tengah (kedua)

Wi=jumlah berat atom halogen dan hidrogen yang terikat pada atom karbon i

Bagi gugus cylopropane yang terhalogenisasi, atom karbon tengah akan

memliki jumlah berat atom (dari atom-atom yang terikat padanya) terbesar. Untuk

senyawa ini akhiran huruf pertama dihilangkan. Akhiran huruf yang kedua

menunjukkan kesimetrian unsur-unsur yang terikat pada atom-atom C ujung (C1

dan C3). Kesimetrian ditentukan dengan cara menju1ahkan berat atom dari unsur-

unsur halogen dan hidrogen yang terikat pada masing-masing atom C ujung (C 1

dan C3). Kemudian dicari selisih jumlah berat atom yang terikat pada atom C1 dan

C3. Semakin kecil nilai selisih absolut semakin simetri isomer tersebut. Isomer

yang paling simetri diberi akhiran huruf yang kedua 'a' (tidak seperti pada gugus

etana yang tidak diberi huruf). Selanjutnya akhiran huruf b,c, dst diberikan kepada

isomer yang lebih tidak simetri. Akhiran huruf tidak dituliskan apabila senyawa

tersebut tidak mungkin mempunyai isomerisomer lain, dan nomor refrigeran

menunjukkan struktur molekul yang unik. Sebagai contoh CF3CF2CF3 diberi

nomor refrigeran R-218 dan bukan R-218ca.


6/38

21

Untuk senyawa tak jenuh ditarnbahkan angka jumlah ikatan tak jenuh

didepan (m-1) contoh adalahethylene (C2H4) dituliskan sebagai R-1150 karena

mempunyai satu ikatan rangkap (CH2=CH2).

Gambar 2.1 menunjukkan 15 refrigeran halokarbon gugus metana,

sedangkan Gambar 2.2 menunjukkan 28 refrigeran dari 55 refrigeran gugus etana

yang mungkin (termasuk isomernya). Sedangkan dari propana dapat diturunkan

332 refrigeran halokarbon.

Gambar 2.1 Refrigeran halokarbon gugus metana

CCl4

R-10

CFCL3

R-11

CHCl3

R20

CHFCl2

R-21

CH2Cl2

R-30

CF2Cl2

R-12

CH2FCl

R-31

CH3Cl

R-40

CHF2Cl

R-22

CF3Cl

R-13

CH3F

R-41

CH4

R-5

CH2F2

R-32

CHF3

R-23

CF4

R-14

CL

H F


7/38

22

Gambar 2.2 Refrigeran halokarbon gugus etana

Tabel 2.1 dan Tabel 2.2 masing-masing memperlihatkan refrigeran

halokarbon gugus metana dan gugus etana beserta masing-masingNormal Boiling

Poing (NBP).

C2Cl6

R-110

C2FCL3

R-111

C2HCl5

R-120

C2HFCl4

R-121

C2H2Cl4

R-130

C2F2Cl4

R-112

C2H2FCl3

R-131

C2H3Cl4

R-140

C2HF2Cl3

R-122

C2F3Cl3

R-113

C2H3FCl2

R-141

C2H4Cl2

R-150

C2H2F2Cl2

R-124

C2HF3Cl2

R-123

C2F4Cl2

R-114

C2H4FCl

R-151

C2H5Cl

R-160

C2H2F2Cl

R-142b

C2H2F3Cl

R-133

C2HF4Cl

R-124

C2F5Cl

R-115

C2H5F

R-161

C2H6

R-170

C2H2F2

R-152a

C2H3F3

R-143a

C2H2F4

R-134a

C2HF5

R-125

C2F6

R-116

CL

H F


8/38

23

Tabel 2.3 Refrigeran halokarbon gugus metana dan NBP nya (C) [1]

Jumlah Atom FJumlah atom H

4-H 3-H 2 -H 1-H O-H0 - F CR4 CH3Cl CH2Ch CHC3 CC14

R-50

-164,0

R-40

-23,74

R-30

40

R-20

61,2

R-10

76,7

1 - F CH3F CH2ClF CHCl2F CCl3F

R-41 R-31 R-21 R-11

-78,0 -9,0 8,9 23,7

2 - F CH2F2 CHCIF2 CCl2F2R-32 R-22 R-12

-51,6 -40,8 -29,8

3 - F CHF3 CCIF3R-23 R-13

-82,2 -81,5

4 - F CF4R-14

-127,8

Refrigeran yang mempunyai banyak atom Cl cenderung beracun. Atom F

ditarnbahkan agar senyawa menjadi stabil. Dari tabel-tabel tersebut di atas dapat

dilihat bahwa senyawa yang mempunyai banyak atom Cl akan mempunyai NBP

yang lebih tinggi. Sedangkan meningkatnya jumlah atom F cenderung

menurunkan NBP senyawa yang terbentuk.

2.1.2. Kelompok Refrigeran Senyawa Organik Cyclic

Kelompok refrigeran ini diturunkan dari butana. Aturan penulisan nomor

refrigeran adalah sarna dengan cara penulisan refrigeran halokarbon tetapi

ditarnbahkan huruf C sebelum nomor. Contoh dari kelompok refrigeran ini

adalah:

R -C316 C4Cl2F 6 1,2-dichlorohexafluorocyclobutane

R-C317 C4ClF7 chloroheptafluorocyclobutane

R-318 C4F8 octafluorocyclobutane


9/38

24

2.1.3. Kelompok Refrigeran Campuran Zeotropik

Kelompok refrigeran ini merupakan refrigeran carnpuran yang bisa terdiri

dari carnpuran refrigeran CFC, HCFC, HFC, dan HC. Refrigeran yang terbentuk

merupakan carnpuran tak bereaksi yang masih dapat dipisahkan dengan cara

destilasi.


10/38

21

Tabel 2.4 Refrigeran halokarbon gugus etana clan NBP nya (C) [1]

Jumlah atom FJumlah Atom H

6-H 5-H 4-H 3-H 2-H 1-H 0-H

0-F C2H6 C2HsCI CH2Cl-CH2Cl2 CH2CI-CHCl2 CHCl3-CHCl2 CHC l2-CC l3 C2Cl6R-170 R-160 R-150 R-140 R-130 R-120 R-110

-88,6 12,0 84,0 113,0 145,0 162,0 185,0CH3-CH l2 CHrCCh CH2CI-CCh

R-150a (?) R-140a (?) R-130a (?)

57,0 75,0 128,0

1-F C2H5F CH3-CHClF CH2CI-CHClF CHC l2-CHClF CHC l2-CC l2F CC l3-CC l2F

R-161 R-151 R-141 R-131 R-121 R-111

4,0 65,0 102,0 115,7

CH2Cl- CH2F CH3-CC l2F CC l3-CH2F CC l3-CHClF

R-151a (?) R-141a (?) R-131a(?) R-121a(?)-37,7 42,0 90,0 117,0

CHCh-CH2F CH2CI-CChF

R-141b R-131b(?)

32,1 86,0

2-F CH2F-CH2F CH3Cl-CHF3 CHClF-CHClF CHClF-CC l2F CC l2F-CC l2F

R-152 R-142 R-132 R-122 R-112

-24,7 35,0 66,0 85,0 92,0CH3CHF2 CH2F-CHClF CH2F-CCl2F CC l3-CHF2 CC l3-CClF2R-152a R-142a (?) R-132a (?) R-122a (?) R-112a

-24,15 27,0 62 77,0 91,5CH3-CCIF2 CHC l2-CHF3 CHC l2-CClF2R-142b R-132b (?) R-122b (?)-9,25 60 72,0

CH2Cl-CClF2R-132c (?)49,0


11/38

22

Jumlah Atom FJumlah Atom H

6-H 5 -H 4-H 3 - H 2-H 1 - H 0-H

3-F CH2F-CHF2 CHClF-CHF2 CHF3 - CClF CClF3-CCl2F

R-143 R-133 R-123 R-113

-35,0 17,0 38,0 47,68

CH3-CF3 CH2Cl-CF3 CHClF-CClF2 CC l2-CF3R-143a R-133a (?) R-123a R-113a-47,35 8,0 32,0 45,9

CH2F-CClF2 CHC l2-CF3R-133b (?) R-123b

8,0 28,0

4-F CHF2-CHF2 CHClF-CF3 CC l2F-CF3R-134 R-124 R-114

-20,0 -12,0 -12,0CH2F-CF3 CHF2CClF2 CClF2-CClF2R-134a R-124a (?) R-114a-26,15 -16,0 3,6

5-F CHF2CF3 CCIF2-CF3R-125 R-115-48,55 -38,0

6-F C2F6R-116-78,3


12/38

23

Refrigeran ini diberi nomor dimulai dengan 4 sedangkan digit selanjutnya

dibuat sesuai perjanjian. Yang termasuk refrigeran ini adalah

a. R-401A campuran R-22(53%) + R-152a(13%) + R-124(34%)

b. R-402B campuran R-125(38%) + R-290(2%) + R-22(60%)

c. R-403B campuran R-22(56%) + R-218(39%) + R-290(5%)

Refrigeran campuran zeotropik akan menguap dan mengembun pada

temperatur yang berbeda hal ini akan menyebabkan terjadinya temperature glide

baik di evaporator maupun di kondensor, yaitu refrigeran mengalami perubahan

fasa pada tekanan konstan tetapi temperaturnya terus berubah (lihat Gambar 2.3).

Gambar 2.3 Sketsa Pernyataan proses Siklus Kompresi Uap Standar pada diagram

p-h refrigeran campuran zeotropik

Salah satu kelemahan refrigeran campuran zeotropik adalah adanya sifat

fraksionasi(fractionation) yaitu berbedanya komposisi di fasa uap dan fasa cairan

(Gambar 2.4). Adanya fraksionasi menyebabkan timbulnya temperatur glide pada

saat refrigeran mengalami perubahan fasa di kondensor maupun evaporator.

Makin besar fraksionasi, makin besar pula temperatur glide (Gambar 2.5).


13/38

24

Refrigeran zeotropik yang mempunyai temperatur glide yang kecil (dan

fraksionasi yang kecil) disebut refrigeran hampir azotropik (Near Azoeotropic

Refrigerant).

Gambar 2.4 Frasionasi pada campuran zeotropik

Gambar 2.5 Fraksionansi yang besar rnenyebabkan ternperatur glide yang besar


14/38

25

Dengan adanya frasionasi ini maka komposisi refrigeran yang tepat berada

pada fasa eair. Oleh sebab itu refrigeran harns dikeluarkan dalam bentuk fasa eair

pada saat pengisian. Hal ini dapat dilakukan dengan membalik tabung refrigeran

bagi yang tabung yang tidak katup berpipa. Beberpa produsen melengkapi tabung

refrigeran dengan katup berpipa yang memungkinkan pengisian eairan tanpa harns

membalik tabung (lihat Gambar 2.6). Pengisian melalui sisi uap menyebabkan

sistem akan terisi refrigeran dengan komposisi yang salah dan meninggalkan

refrigeran dengan komposisi yang salah dalam botol.

Gambar 2.6 Pengisian refrigeran zeotropik dari sisi cairan

Adanya fraksionasi menyebabkan sistem menjadi rawan terhadap

keboeoran. Pada saat me sin tidak beroperasi (off), fraksionasi terjadi di dalam

sistem. Apabila terjadi kebocoran uap refrigeran, maka komposisi refrigeran

dalam sistem akan berubah. Meskipun demikian pada prakteknya perfomansi

sistem tidak akan berubah hingga kebocoran meneapai 50 % dari jumalah muatan

refrigeran. Namun demikian, tidak dianjurkan untuk menambah refrigeran pada

sistem yang sudah mengalami keboeoran. Refrigeran harns dikeluarkan

seluruhnya dari sistem, di vakum, barn kemudian diisi dengan refrigeran baru.


15/38

26

Pada saat sistem beroperasi tidak terjadi fraksionasi (Gambar 2.7),

sehingga refrigeran tereampur merata karena adanya efek turbulensi pada saat

refrigeran bergerak. Namun demikian di evaporator refrigeran ini akan men gal

ami perubahan konsentrasi baik di fasa uap maupun di fasa eairan selama

menguap (Gambar 2.8). Cairan masuk pada komposisi yang benar (misalkan

50%-50%), pada saat menguap komposisi di fasa cair dan uap akan berbeda,

namun pada akhir penguapan di posisi keluar evaporator komposisi uap akan 50

% - 50%.

Gambar 2.7 Fraksionasi refrigeran zeotropik pada mesin tidak beroperasi

Gambar 2.8 Perubahan konsentrasi dan temperatur di evaporator


16/38

27

Pengaruh fraksionasi pada komponen mesin refrigerasi seperti flooded

evaporator dan akumulator diperlihatkan pada Gambar 2.8. Pada flooded

evaporator frasionasi pasti terjadi, hal iniakan menyebabkan uap yang

komposisinya 80/20 (misalnya) akan terisap ke kompresor dan akan menyebabkan

tekanan keluaran kmpresor menjadi tinggi dan menurunkan performansi mesin.

Oleh sebab itu refrigeran zeotropik tidak cocok untuk sistem dengan flooded

evaporator. Mesin refrigerasi yang memiliki akumulatr juga akan mengalami

masalah dengan refrigeran zeotropik. Hal ini teIjadi apabila akumulatir berisi

cairan refrigeran, uap yang dihasikan dari cairan ini mempunai komposisi

komponen bertekanan tinggi yang lebih besar (80/20 misalnya). Uapa bertekanan

tinggi ini secara periodik akan terisap oleh kompresor yang menyebabkan

timbulnya kenaikan tekanan di kompresor. Untuk mencegah hal ini maka

diusakan untuk tidak menggunakan akumulator atau mengisi muatan refrigeran

yang sesuai agar akumulator tidak berisi cairan.

Gambar 2.9 Pengaruh fraksionasi refrigeran zeotropik pada flooded evaporator

dan akumulator

Adanya perbedaan konsentrasi refrigeran akan menyebabkan perbedaan

temperatur sepanjang evaporator, sehingga ada bagian yang dingin pada bagian

awal evaporator dan bagian yang panas pada ujung keluar evaporator. Meskipun


17/38

28

temperatur rata-rata evaporator sesuai dengan temperatur yang diiginkan adanya

daerah yang digin di awal evaporator akan menyebabkan teIjadinya bunga es ang

berlebihan pada daerah tersebut. Sebaliknya daerah panas pada ujung evaporator

akan menyebabkan terjadinya hot spot di daerah tersebut dan akan mempengaruhi

produk yang akan didinginkan pada daerah tersebut. Selain itu, sensor katup

ekaspansi termostatik akan mendeteksi temperatur yang lebih tinggi dan akan

mempengaruhi derajat superpanas yang dihasilkan pada stasion keluar eveporator.

Gambar 2.10 Perbedaan temperatur sepanjang evaporator

Adanya temperatur glide di dalam evaporator tidak akan menyebabkan

penurunan performansi secara langsung tetapi akan mempengaruhi setting kendali

temperatur dan tekanan, yang dapat pula mempengaruhi performansi. Pengaruh

temperatur glide terhadap derajat superpanas refrigeran pada posisi keluar

evaporator diperlihatkan pada Gambar 2.11. Jika sebelumnya system berisi

refrigeran berkomponen tunggal dan seting derajat superpanas adalah 10C, maka

setelah diretrofit dengan refrigeran zeotropik yang mempunyai temperatur glide,

maka derajat superheat akan mengecil dan kurang dari 10C (misalnya 4C),

maka apabila teIjadi penurunan beban yang menyebabkan temperatur refrigerant

turun melebihi 4C, maka refrigeran akan berada dalam kondisi campuran dan

cairan akan memasuki kompresor.


18/38

29

Gambar 2.11 Pengaruh temperatur glide terhadap derajat superpanas

Pengaruh temperatur glide pada seting tekanan diperlihatkan pada Garnbar

2.11. Pada Garnbar 2.11 a diperlihatkan kondisi evaporator yang berisi refrigeran

CFC (R -12 misalnya). Temperatur evaporator misalnya adalah -12C dan

temperatur produk yang didinginkan adalah -7C, tekanan refrigeran dalarn

evaporator adalah 1 bar, dan setting tekanan shut off tercapai dan saklar tekanan

akan menghentikan operasi mesin.

Gambar 2.12 Pengaruh temperatur glide pada kendali tekanan

Setelah mesin berhenti beroperasi temperatur evaporator akan meningkat

misalnya mencapa 3,SoC. Pada temperatur ini tekanan refrigeran R-12 akan


19/38

30

mencapai 2,4 bar dan akan mengaktifkan saklar tekanan untuk mengoperasikan

me sin (Garnbar 2.11 b). Apabila kemudian me sin diretrofit dengan refrigeran

zeotropik dan seting tekanan tidak diubah, maka mesin akan tetap berhenti

beroperasi pada tekanan 1 bar dan kembali aktif bila tekanan evaporator mencapai

2,4 bar, padahal pada tekanan ini tempeartur refrigeran masih krang dari 3,5C.

Hal ini akan menyebabkan siklus on/off yang pendek dan mempengaruhi

performansi sistem.

Refrigeran zeotropik dengan komposisi tertentu biasanya hanya dapat

digunakan untuk suatu pemakain di mesin tertentu. Gambar 2.13 memperlihatkan

perubahan komposisi carnpuran zeotropik pengganti CFC. Perubahan komposisi

akan menggeser kurva sesuai dengan besamya komposisi komponen refigeran

yang bertekanan lebih tinggi. Komposisi C 1 mempunyai temperatur yang sarna

dengan CFC pada temperatur rendah (evaporator), dengan demikian tekanan

kondensor akan leboh tinggi. Komposisi carnpuran zeotropik seperti ini biasanya

digunakan untuk mesm refrigerasi.

Komposisi C2 mempunyai temperatur yang sarna dengan CFC pada

temperatur karnar (kondisi dalarn botol refrigeran), dengan demikia tekanan

kondensor akan lebih tinggi dan tekanan evaporator menjadi lebih rendah.

Komposisi C3 mempunyai temperatur yang sarna dengan CFC pada

temperatur kondensor, dengan demikian tekanan evaporator menjadi lebih rendah.

Carnpuran seperti ini cocok untuk diaplikasikan pada Mobile AC, dimana semua

seting disesuaikan dengan temperatur kondensor.


20/38

31

Gambar 2.13 Perubahan komposisi carnpuran zeotropik dan aplikasinya

2.1.4. Kelompok Refrigeran Campuran Azeotropik

Kelompok refrigeran Azeotropik adalah refrigeran carnpuran tak bereaksi

yang tidak dapat dipisahkan dengan cara destilasi. Refrigeran ini pada konsentrasi,

tekanan dan temperatur tertentu bersifat azeotropik, yaitu mengembun dan

menguap pada temperatur yang sarna, sehingga mirip dengan refrigeran tunggal.

Narnun demikian pada kondisi (konsentrasi, temperatur atau tekanan) yang lain

refrigeran ini bisa saja menjadi bersifat zeotropik

Gambar 2.14 Diagram T - X campuran yang memiliki kondisi azeotropik


21/38

32

Kelompok refrigeran ini diberi nomor dimulai dengan angka lima,

sedangkan digit berikutnya dibuat sesuai petjanjian, sebagai contoh:

a. R-500: R-12 (73.8%) + R-152a (26.2%), Temperatur azeotropik: OC

b. R-502: R-22 (48.8%) + R-115 (51.2%), Temperatur azeotropik: 19C

2.1.5. Kelompok refrigeran organik lainnya

Kelompok refrigeran ini sebenamya terdiri dari unsur C, H dan lainnya.

Namun demikian cara penulisan nomomya tidak dapat mengikuti cara penomoran

refrigeran halokarbon karena jumlah atom H nya jika ditambah dengan 1 lebih

dari 10 sehingga angka kedua pada nomor refrigeran menjadi dua digit. Sebagai

contoh butana (C4H1O), jika dipaksakan dituliskan sesuai dengan cara penomoran

refrigeran halokarbon, maka refrigeran ini akan bemomor R-311 0, sehingga akan

menimbulkan kerancuan.

Nomor kelompok refrigeran ini dimulai dengan angka 6 dan digit lainnya

dipilih sebarang berdasarkan kesepakatan. Contoh refrigeran kelompok ini adalah:

a. R-600 : Butana, CH3CH2CH2CH3

b. R-600a : Isobutana, CH(CH3)3

c. R-610 : ethyl ether, C2H5OC2HS

d. R-611 : methyl format, HCOOCH3

e. R-630 : methyl amine, CH3NH2

f. R-631 : ethyl amine, C2H2NH2

2.1.6. Kelompok refrigeran senyawa anorganik

Kelompok refrigeran ini diberi nomor yang dimulai dengan angka 7 dan

digit selanjutnya menyatakan berat molekul dari senyawanya. Contoh dari


22/38

33

refrigeran ini adalah:

a. R-702 : hidrogen

b. R-704 : helium

c. R-717 : amoma

d. R-718 : air

e. R-744 : 02

f. R-764 : SO2

2.1.7. Kelompok refrigeran senyawa organik tak jenuh

Kelompok refrigeran ini mempunyai nomor empat digit, dengan

menambahkan angka kempat yang menunjukkan jumlah ikatan rangkap didepan

ketiga angka yang sudah dibahas dalam sistem penomoran refrigeran halokarbon .

Contoh dari jenis refrigeran ini adalah:

R-1l30 1,2-dichloroethylene CHCl=CHCl

R-1150 Ethylene CH2=CH2

R-1270 Propylene C3H6

Data nama dan nomor lengkap refrigeran dapat dilihat pada literature [2].

2.2. SIFAT DAN KARAKTERISTIK REFRIGERAN

Sifat-sifat refrigeran yang akan dibahas meliputi:

1. Sifat termodinamika,

2. Tingkat mampu nyala,

3. Tingkat racun,

4. Kelarutan dalam air,

5. Kelarutan dalam minyak pelumas,


23/38

34

6. Reaksi terhadap material komponen mesin,

7. Sifat-sifat fisik,

8. Kecenderungan bocor,

9. Pengaruhnya terhadap lingkungan hidup, dan

10. Harga.

2.2.1. Sifat termodinamika

Pemilihan refrigeran yang mempunyai sifat termodinamika yang tepat

biasanya dilakukan berdasakan kapasitas refrigerasi yang diperlukan (sangat kecil,

keci1, sedang atau besar) dan temperatur refrigerasi/pendinginan yang diperlukan.

2.2.1.1. Tekanan dan temperatur jenuh

Tekanan dan temperatur jenuh akan menentukan kondisi operasi di

evaporator dan kondensor. Kondisi yang diinginkan adalah pada temperatur

pendinginan yang diinginkan (misalnya untuk pengkondisian udara 5C, lemari es

-10 s/d 2C, cold storage -25C, lemari pembeku daging atau ikan -40C)

refrigeran masih mempunyai tekanan di atas tekanan atmosfer sehingga tidak ada

tekanan vakum dalam sistem yang dapat menyebabkan masuknya udara dan uap

air ke dalam sistem. Pada temperatur kondensor yang sedikit di atas temperatur

kamar, diharapkan refrigeran mempunyai tekanan yang tidak terlalu tinggi

sehingga tidak diperlukan kompresor dengan perbandingan kompresi yang tinggi

dan berdaya rendah. Disamping itu diinginkan refrigeran yang mempunyai

tekanan kondensor dan evaporator yang tidak terlalu tinggi juga. Hal ini

dimaksudkan agar tidak diperlukan struktur komponen yang kuat dan berat.

Dengan mengetahui tekanan dan temperatur jenuh refrigeran, maka dapat


24/38

35

diketahui apakah suatu refrigeran beroperasi pada kisaran tekanan dan temperatur

yang sarna dan dapat saling menggantikan. Garnbar 2.15 menunjukkan kurva

jenuh beberapa refrigeran. Dari kurva tersebut dapat dilihat bahwa kurva R-12

berimpit dengan R134a dan R-152a. Dengan demikian refrigeran R-134a dan R-

152a dapat menggantikan refrigeran R-12. dari kurva ini pula dapat diprediksi

bahwa campuran R-32 yang bertekanan tinggi dengan R134a yang bertekanan

Iebih rendah dapat dihasilkan refrigeran untuk menggantikan R-22. Berbagai

kombinasi campuran refrigeran bertekanan tinggi dan rendah dapat dilakukan

untuk menggantikan refrigeran yang tekanannya berada di antara kedua tekanan

refrigeran-refrigeran yang dicampur.

Gambar 2.15 Kurva jenuh beberapa refrigeran murni

Kurva jenuh ini dapat dibuat linier, jika diplot In Psat terhadap l/Tsat. Hal

ini ditunjukan pada Gambar 2.16. berdasarkan persamaan Clausius - Clayperon

kemiringan garis akan menunjukan panas laten pengupan refrigeran tersebut.

Semakin curam kemiringan garis, semakin besar panas laten penguapannya.


25/38

36

Gambar 2.16 Plot PT Jenuh beberapa refrigerant murni

Tabel 2.5 menunjukkan beberapa sifat termodinamika refrigeran yang

umum digunakan. Dari Normal Boiling Point (NBP) biasanya digunakan untuk

mengetahui kondisi remgeran pada tekanan atmosfer. Dari NBP juga dapat

diketahui apakah refrigeran tersebut dapat beroperasi pada temperatur rendah atau

lebih tinggi. Sebagai contoh R-12 mempunyai NBP - 29,8C, dengan demikian

refrigeran ini banyak digunakan pada mesin refrigerasi yang beroperasi pada

kisaran temperatur 0 s/d 25C. Dapat terlihat bahwa refrigeran ini masih

bertekanan di atas tekanan atmosfer pada- 25C.

R-11 yang mempunyai NBP 23,7C (Tabel 2.5) merupakan refrigeran

dengan titik didih tinggi oleh sebab itu pada temperatur rendah tekanan evaporator

berada pada kondisi vakum, bahkan untuk pemakaian pada pengkondisian udara

sekalipun yang bertemperatur 5C. Kondisi vakum akan menyebabkan besarnya

volume spesifik uap refrigeran yang keluar dari evaporator. Oleh sebab itu


26/38

37

diperlukan kompresor sentrifugal untuk menghasilkan laju aliran massa yang

besar. R-10 mempunyai NBP yang lebih besar lagi (76,7C, Tabel 2.3) oleh sebab

itu refrigeran ini tidak dapat digunakan meskipun dengan kompresor sentrifugal.

R-22 mempunyai NBP yang lebih rendah - 40,8C. Dengan demikian refrigeran

ini dapat digunakan untuk temperatur pendinginan yang lebih rendah dari

temperatur R12 tanpa mengalami vakum. R-134a mempunyai NBP yang dekat

dengan R-12 oleh sebab itu refrigeran ini digunakan untuk menggantikan R-12

yang penggunaanya mulai di hapus karena merusak lapisan ozon. R-290

mempunyai NBP yang dekat dengan R-22. refrigeran hidrokarbon ini berpotensi

untuk menggantikan R-22. R-113 mempunyai dua isomer, yang satu mempunyai

NBP 45,9C sedangkan yang lain mempunyai NBP 47,6C. Dengan demikian

refrigeran ini biasa digunakan dengan kompresor sentrifugal mirip dengan R-ll.

Namun demkian seperti yang terlihat pada Tabel 2.3 baik tekanan evaporator

maupun kondensor keduanya adalah vakum.

2.2.1.2. Temperatur dan tekanan kritik

Tekanan dan temperatur kritik merupakan batas atas dari pemakaian

refrigeran pada mesin refrigerasi koinpresi uap. Tidak ada refrigeran yang

dioperasikan di atas tekanan atau temperatur kritik dalam siklus kompresi uap.

Untuk mendapatkan COP yang besar refrigeran harus dioperasikan jauh di bawah

titik kritiknya agar diperoleh efek refrigerasi yang besar.

Dari refrigeran yang terdapat dalam Tabel 2.5 hanya CO2 (31C) yang

mempunyai temperatur kritik di bawah temperatur kondensor yang normal. Oleh

sebab itu refrigeran ini digunakan pada sistem yang berbeda, R-14 bahkan belum


27/38

38

pemah digunakan sebagai refrigeran.

2.2.1.3. Titik beku

Titik beku refrigeran merupakan batas bawah temperatur operasi dari

refrigeran tersebut. Siklus refrigeran harus beroperasi di atas titik bekunya. Dari

Tabel 2.5 dapat dilihat bahwa hanya air yang mempunyai titik beku 0C,

sedangkan refrigeran lainnya jauh di bawahnya. Oleh sebab itu penggunaan air

sebagai refrigeran hanya dilakukan untuk ternperatur di atas 0C, rneskipun

ternperatur yang lebih rendah dapat dicapai dengan penurunan tekanan di bawah

tekanan atrnosfer.

2.2.1.4. Laju aliran uap sisi isap (V*)

Tabel 2.5 rnernperlihatkan laju aliran volurnetrik per TR beberapa

refrigeran (rn3/h/TR) yang dihitung berdasarkan tekanan operasi kondensor 40C

dan tekanan evaporasi 5C (kecuali CO2, ternperatur kondensor 25C, dan air,

H20, temperatur evaporator 5C).

Dapat terlihat bahwa V* yang dibutuhkan meningkat dengan

meningkatnya NBP. Amonia yang mempunyai panas laten yang terbesar temyata

mempunyai kebutuhan V* yang hampir sarna dengan R-22. Keduanya

mempunyai NBP yang hampir sarna. Dengan demikian maka NBP sangat

menentukan V* atau sebaliknya sangat rnenentukan kapasitas refrigerasi

volumetrik(1/V*).

Berdasarkan hal tersebut di atas rnaka dapat disimpulkan bahwa refrigeran

dengan NBP yang tinggi seperti R-11, dan R-113 akan beroperasi pada tekanan

evaporator yang rendah dan memerlukan laju aliran volumetrik sisi isap yang


28/38

39

besar. Oleh sebab itu kompresor yang lebih tepat digunakan pada sistem

refrigerasi ini adalah kompresor sentrifugal dan digunakan untuk kapasitas yang

besar (diatas 400 TR). Sebaliknya refrigeran dengan NBP yang rendah seperti

amonia, R-22, propana, C02 dsb. Beroperasi pada tekanan evaporator diatas

tekanan atrnosfer. Kompresor yang digunakan adalah dari jenis perpindahan

positif (reciprocating, dan screw). Refrigeran ini biasanya digunakan untuk

kapasitas refrigerasi sedang dan kecil. Namun dernikian R-22 juga digunakan

dengan kornpresor sentrifugal pada mesin pengkondisian udara kapasitas besar

dimana laju aliran volumetrik sisi isap cukup besar untuk penggunaan kompresor

sentrifugal. Refrigeran dengan NBP menengah seperti R-600a, R-152a, R134a,

dan R-12 pada umumnya digunakan pada me sin refrigerasi kapasitas kecil

dengan kornpresor torak, seperti refrigerasi domestik, dan AC mobil. R-114 yang

memiliki NBP 3,6C merupakan refrigeran dengan NBP menengah. Refrigeran ini

biasanya digunakan pada mesin refrigerasi dengan kompresor rotari. Namun

demikian karena refrigeran ini adalah refrigeran CFC yang sudah dihapuskan

produksinya, maka penggunaan refrigeran ini tidak banyak lagi.

2.2.1.5. Panas laten penguapan (hfg)

Tabel 2.5 menunjukkan besarnya panas laten penguapan (hfg) beberapa

refrigeran pada Tkond= 40C dan Teva= -15C. Dari data tersebut nampak bahwa

beberapa refrigeran mempunyai panas laten yang lebih besar dari yang lainnya.

Namun demikian COP dari mesin refrigerasi hampir sama untuk semua

refrigeran. Dengan demikian panas laten tidak mempengaruhi COP.


29/38

40

2.2.2. Sifat kimia

Sifat kimia refrigeran yang harus diperhatikan antara lain adalah sifat

mampu nyala, tingkat racun, reaksinya terhadap air, minyak, pelumas, dan

material konstruksi/komponen serta terhadap produk yang dibekukan jika terjadi

kebocoran refrigeran dari sistem .

2.2.2.1. Sifat mampu nyala dan tingkat racun

Sifat mampu nyala ditentukan oleh komposisi campuran udara -refrigeran

dan titik nyala dari refrigerall tersebut. Berdasarkan kemudahan terbakamya

refrigeran dibagi menjadi tiga kelas yaitu kelas 1, kelas 2 dan kelas 3[2] .

Refrigeran yang mempunyai titik nyala di atas 750C dianggap tidak

mudah terbakar karena temperatur nyalanya sudah melebihi temepartur leleh

material komponen refrigerasi. refrigeran kelompok ini termasuk

Refrigeran dengan titik nyala di bawah 750 dan batas bawah penyalaan

(LFL = Lower Flammability Limit, atau LEL = Lower Explotion Limit) adalah

lebih besar dari 3,5% volume (campuran dalam udara), maka refrigeran ini

termasuk refrigeran kelas 2. Sedangkan jika batas bawah penyalaan kurang dari

3,5% maka refrigeran tersebut masuk kelas 3.


30/38

39

Tabel 2.5 Sifat termodinamika beberapa refrigeran

Refrigeran NBP,oC

Temperatur

Kritik,

C

Tekanan

Kritik,

Bar

Titik Beku,

C

Tekanan Operasi Refrigeran,

bar

V*,

m3/hr/TR

hfg,kJ/kg

Peva pada 5CPkond pada

40C

Pada T kond= 40C dan

Teva= -15C

R-11 23,7 197,78 43,7 -111,0 0,4967 1,748 0,772 148,5

R-12 -29,8 112,04 41,15 -136,0 3,62 9,60 10,867 108,4

R-22 -40,8 96,02 96,02 -160,0 5,836 15,331 6,668 108,4

R-113 45,9 214,1 34,15 -36,6 0,1903 0,7809 186,9 111,8R-114 3,6 145,8 32,7 -94,0 1,069 3,454 37,6 88,6

R-134a -26,15 101,06 40,56 -96,6 3,5 10,167 10,867 139,8

R-152a -24,15 113,3 45,2 -117,0 3,149 9,092 11,572 226,5

R-290 -42,1 96,8 42,56 -187,1 5,478 13,664 7,737 252,4

R-600a -11,73 135,0 36,45 -159,6 1,88 5,361 21,24 226,5

R-718 100 374,5 221,3 0,0 0,00874 0,0738 825,6 2342,5*

R-717 -33,35 31,1 73,72 -77,7 5,16 15,54 6,124 1053,4

R-744 -78,4 31,1 73,72 -56,6 - - 1,33 156,7**

* pada T eva= 5C, * * pada T kond=25C


31/38

40

Tingkat racun dibagi menjadi dua kelompok yaitu kelompok A yaitu

refrigeran tak beracun dan kelompok B refrigeran beracun[2]. Refrigeran

dikatakan tidak beracun jika mempunyai LC 50 (Lethal Concentration 50%) lebih

besar dari 10.000 ppm, sedangkan refrigeran dianggap beracunjika LCso lebih

kecil dari 10.000 ppm.

Berdasarkan tingkat mampu nyala dan racun maka refrigerant dapat di

klasifikasikan sebagai

a. refrigeran kelas A1: tidak beracun tidak mudah terbakar. Semua refrigeran

halokarbon masuk kedalam kelas refrigeran ini.

b. Refrigeran kelas A2: tidak beracun, tetapi tingkat nayala masuk kelas 2.

Refrigeran campuran zeotropik antara kelas Al dan A3 bisa masuk kelas

refrigeran ini. R-32, R-141b, dan R-152aj uga masuk dalam kelas refrigeran

ini.

c. Refrigeran kelas A3: tidak beracun, tetapi mudah terbakar. Refrigeran

hidrokarbon, masuk ke dalam kelas ini.

d. Refrigeran kelas B1: beracun tetapi tidak mudah terbakar. Tidak ada

refrigeran masuk kelas ini.

e. Refrigeran kelas B2: beracun dan bisa terbakar. Amoniak termasuk kelas

refrigeran ini.

f. Refrigeran kelas B3: beracun dan mudah terbakar. Kelas refrigeran ini tidak

pemah digunakan.


32/38

41

2.2.2.2. Kelarutan dalam air

Adanya air atau uap air dalam sistem tidak diinginkan, karena dapat

menyebabkan penyumbatan pada alat ekspansi (moisture choking), korosi,

rusaknya isolasi dak kumparan motor listrik dalam kompresor hermetik, dan

terbentuk kerak dalam pipa tembaga .

Uap air dapat berada dalam sistem apabila proses evakuasi (vakum) tidak

dilakukan dengan baik, atau terjadi kebocoran pada sisi tekanan rendah (untuk

sistem yang bekerja pada tekanan vakum), kebocoran pada penukar kalor

berpendingin air, pelumas yang basah karena bersifat higroskopik, atau kebocoran

melalui sekat poros untuk kompresor tak hermetik .

Pembentuk air dan es dapat teIjadi apabila air atau uap air tidak larut atau

terlepas dari larutan refigeran -pelumas. Dengan demikian semakin tinggi

kelarutan air dalam refrigeran atau pelumas semakin baik. Namun tingkat

kelarutan air dalam refrigeran biasanya menurun dengan menurunnya temperatur,

sehingga keberadaan air dalam refrigeran selalu dicegah dengan memasang

pengeringsilica gel ataumolecular sieve.

Tabel 2.6 memuat nilai kelarutan air pada beberapa refrigeran. Dari tabel

ini dapat dilihat bahwa air mempunyai kelarutan yang lebih rendah dalarn R-12

dan R-ll dibandingkan dalam R-22 atau R-134a. Dengan demikian persoalan

moisture choking lebih banyak ditemui pada sistem dengan refrigeran seperti R-

12 dan R-l1. Namun demikian semakin rendah temperatur semakin kecil

kelarutannya. Hal ini dapat menyebabkan terpisahnya air dari refrigeran dan akan

menimbulkan persoalan, Oleh sebab itu keberadaan air dalam sistem tetap harus


33/38

42

dicegah.

Tabel 2.6 Kelarutan air dalam beberapa refrigeran cair [3]

Temperatur,D CKelarutan, mg/kg

R-11 R-12 R-22 R-134a

60,0 340 440 3150 3200

32,2 140 128 1580 1500

10,0 55 44 830 730

-1,1 34 23,3 573 490

-40 4 1,7 120 89

-73,3 0,3 0,1 19 12

2.2.2.3. Kelarutan dalam minyak pelumas

Refrigeran dan pelumas dapat bercampur atau tidak bercampur dengan

pelumas bergantung pada jenis dan ukuran kompresor. Pada kompresor

sentrifugal pelumas mempunyai sistem tersendiri yang terpisah dari saluran

refrigeran, sehingga pada sistem ini, tidak perlu dikhawatirkan pengaruh kelarutan

refrigeran dalam minyak pelumas atau sebaliknya. Narnun demikian pada jenis

kompresor torak dan ulir refrigeran bercampur dengan minyak pelumasnya. Untuk

jenis kompresor ini maka diperlukan pasangan refrigeran - minyak pelumas yang

saling tidak larut, dengan demikian minyak pelumas dan refrigeran dapat

dipisahkan dengan memasang pemisah oli pada sisi keluaran kompresor.

Pada kompresor torak kapasitas kecil dimana tidak memungkinkan untuk

dipasang pemisah oli, maka diperlukan pasangan refrigeran oli-refrigeran yang

lamt dengan baik satu sarna lain agar pelumas tidak tertinggal di kondensor, katup

ekspansi atau evaporator. Pada sistem kompresor yang memungkinkan teIjadinya

pencampuran refrigeran-oli, maka perlu diperhatikan adanya penuruan kerapatan

dan viskositas minyak pelumas tersebut agar tidak terjadi kegagalan pelumasan.

Pelumas refrigeran secara garis besar dapat dibagi menjadi dua kelompok


34/38

43

yaitu oli mineral yang berasal dari minyak bumi dan oli sintetik. Terdapat dua

jenis oli mineral yaitu oli mineralNapthenic danParaffinic, keduanya merupakan

senyawa hidrokarbon jenuh, tetapi oli mineral napthenic mempunyai ikatancyclic

yang menyebabkan oli jenis ini viskositas dan temperatur curahnya lebih rendah

dibandingkan oli mineral Paraffinic yang banyak mengandung lilin parafin.

Dalam praktek keduanya terdapat dalam mineral oli dengan komposisi yang

berbedabeda[3]. Refrigeran sintetik yang banyak digunakan adalah Alkyl-

benzene, Polyo ester (POE), dan polyalkyl glycol (P AG).

Hampir semua refrigeran halokarbon larut dengan baik dalam oli mineral,

kecuali R-22, R-114, R-502 yang hanya larut sebagian. Oleh sebab itu penggunaan

refrigeran yang hanya terlarut sebagian ini pada sistem refrigerasi yang kecil dan

refrigeran tercampur dengan minyak pelumas memerlukan perhatian pada sistem

pemipaan yang memungkin minyak pelumas kembali ke kompresor secara

gravitasi. Sebagai contoh R-22 dengan 10% mineral oil merupakan larutan yang

baik pada kondensor temperatur, tetapi akan terpisah pada temperatur evaporator -

5C. Jika kandungan oli mencapai 18% pemisahan akan terjadi pada temperatur

0.5C[1]. Amonia dan C02 tidak larut dalam oli mineral oleh sebab itu pemakaian

refrigeran ini pada mesin refrigerasi besar tidak menjadi masalah karena

pencampuran dapat diatasi dengan memasang pemisah oli. R-134a tidak

bercampur dengan oli mineral, sehingga pasangan refrigeran-minyak pelumas ini

tidak digunakan pada mesin refrigerasi kapasitas kecil yang tidak memungkinkan

dipasangnya pemisah oli. Tabel 2.7 memperlihatkan kelarutan beberapa refrigeran

dalam oli mineral.


35/38

44

Pada umurnnya viskositas dan massa jenis oli pelumas akan menurun jika

bercampur dengan refrigeran. Besarnya penurunan viskositas dan massa jenis ini

meningkat dengan meningkatnya jumlah refrigeran yang terlarut, temperatur dan

tekanan[3]. Oleh sebab itu perlu diperhatikan agar penurunan viskositas dan

massa jenis ini tidak sampai menyebabkan kegagalan pelumasan. Tabel 2.8

menunjukkan kisaran viskositas minyak pelumas yang direkomendasikan pada

beberapa aplikasi refrigerasi kapasitas kecil.

Tabe12.7 Kelarutan beberapa refrigeran dalam oli mineral

Seluruhnya

larut

Sebagian larutTidak larut

Tinggi Sedang Rendah

R-11 R-13B1 R-22 R-13 NH3R-600a

R-12 R-501 R-114 R-14 CO2R-290

R-21 R-115 R-134a

R-113

R-152a

R-500 R-502

Tabe12.8 Kisaran viskositas minyak pelumas pada beberapa aplikasi refrigerasi

kapasitas kecil[3]

Refrigeran Jenis kompresorViskositas Pelumas pada 38C

SSUa

mm /s

Ammonia Screw 280 - 300 60 - 65

Ammonia Reciprocating 150 - 300 32 - 65

Carbon dioksida Reciprocating 280 - 300 60 -65

R-11 Sentrifugal 280 - 300 60 - 65

R-123 Sentrifugal 280-300 60 - 65R-12 Sentrifugal 280 -300 60 - 65

R-12 Reciprocating 150 - 300 32 - 65c

R-12 Rotary 280 - 300 60 - 65

R-134a Sentrifugal 280 - 400 60-86

R-134a Screw 280 - 300 60-65

R-22 Sentrifugal 280 -400 60 - 86

R-22 Reciprocating 150 - 300 32 - 65

R-22 Scroll 280 - 300 60 - 65

R-22 Screw 280 - 800 60 - 173aSSU= Saybolt Seconds Universal= SUS


36/38

45

beberapa aplikasi menggunakan minyak pelumas yang lebih encer 14-17

mm2

/s (75-85 SSU), dan ada pula yang menggunakan minyak pelumas lebih

kentall 08-] 29 mm2/s (500 - 600 SSU).

Pemakaian R-12 pada AC mobil memerlukan minyak pelumas dengan

viskositas yang lebih kental 97-107 mm2/s (450 - 500 SSU)

2.2.2.4. Reaksi terhadap material komponen mesin

Material komponen mesin terdiri dari logam, elastomer dan material

pengering seperti silika gel dan molecular sieves. Refrigeran halokarbon, dan

hidrokarbon mempunyai kestabilan kimia dan kompatibel terhadap hampir semua

logam. Namun demikian material yang paling baik digunakan adalah tembaga.

Alumunium akan sedikit bereaksi dengan refrigeran yang mempunyai kandungan

fluor yang tinggi[l]. R-12 dan R-ll menunjukkan reaksi terhadap alumunium.

Namun karena harganya murah maka alumunium dengan lapisan oksida banyak

digunakan sebagai komponen mesin refrigerasi. Tabel 2.9 menunjukkan

kompatibilitas material terhadap refrigeran R-12, R-134a dan hidrokarbon

Tabel 2.9 Kompatibilitas beberapa refrigeran terhadap material komponen mesin

refrigerasi

Material Penggunaan R-12 R-134a HC

Baja Konstruksi, pipa Sangat baik Sangat baik Sangat baik

Kuningan Konstruksi, pipa Sangat baik Sangat baik Sangat baik Tembaga Konstruksi, pipa Sangat baik Sangat baik Sangat baik

Aluminum Konstruksi, pipa baik baik baik

Molecular

Sievepengering Sangat baik Sangat baik Sangat baik

Silicagel pengenng Sangat baik Sangat baik Sangat baik

CR elastomer Buruk Buruk baik

FPM elastomer Buruk baik baik

PTFE elastomer baik baik baik

Polyamide elastomer baik baik baik

NBR elastomer Sangat baik baik Sangat baik


37/38

46

2.2.3. Sifat fisika

2.2.3.1. Kekuatan Dielektrik

Kekuatan dielektrik menentukan apakah refrigeran tersebut

menghantarkan listrik atau tidak. Refrigeran yang baik adalah refrigeran yang

mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi atau tidak menghantarkan listrik.

Refrigeran yang mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi aman digunakan

pada kompresor hermetik.

Refrigeran halokarbon dan hidrokarbon mempunyai kekuatan dielektrik

yang baik dan bersifat isolator. Sebagai perbandingan terhadap nitrogen R-ll, R-

l13, R-12 dan R-22 mempunyai kekuatan die1ektrik masing-masing sebesar 3,

2,6, 2,4 dan 1,31. sedangkan ammonia dan C02 mempunyai ni1ai kekuatan

dielektrik masing-masing 0,88 dan 0,82.

Tabel 2.10 Kekuatan dielektrik beberapa refrigeran

REFRIGERAN KEKUATAN DIELEKTRIK

R-11 3

R-12 2,6

R-l13 2,4

R-22 1,31

R-717, NH3 0,88

R-744, CO2 0,82

2.2.3.2. Sifat Transpor

Sifat transpor seperti massa jenis, panas jenis, konduktivitas terma1,

viskositas dan tegangan permukaan beberapa refrigeran pada OC dapat di1ihat

pada Tabe 2.11.


38/38

Tabel 2.11 Sifat transport beberapa refrigerant pada 0C

Refrigeran P,MPa

Massa

Jenis

cairan

kg/m3

Cpcanan,

kJ/kgK

k=Cp/C

v

Viskosit Konduk

TeganganPermukaan,

N/m

ascairan,

tivitasterma1

Pa-s x

106

cairan,

W/mK

R-600a 0.1564 581 2.306 1.086 199.3 0.1068 0.01303

R-12 0.3081 1396 0.934 1.126 248.7 0.07585 0.01177

R-134a 0.2928 1295 1.341 1.102 271.1 0.09201 0.01156

R-290/R-

600a,

50%-50%

0.3360 551 2.399 1.495 153.9 0.01474 0.01474

R-22 0.4976 1285 1.170 1.166 236.0 0.100 0.01170

R-290 0.4712 523 2.500 1.126 137.0 0.104 0.01030

Koefisien perpindahan panas pada penukar ka10r akan menjadi 1ebih

besar jika refrigerant memiliki ni1ai panas jenis, dan konduktivitas terma1 yang

besar, serta tegangan permukaan yang kecil.

bab 2 refrigeran

Documents