Selamat Datang di X3-PRIMA, Melayani Setulus Hati, Memberikan yang terbaik

3.2.10

PENDINGINAN

Saat ini setidaknya ada tiga isu umum besar yang terkait dengan bidang refrigerasi, yaitu energi, penipisan ozon, dan pemanasan global. Isu-isu terkini tersebut mendorong dan menuntun para ahli dan pekerja di bidang refrigerasi dalam mencoba memecahkan berbagai persoalan yang terlingkup di dalamnya. Bukan lagi menjadi hal yang sederhana untuk menselaraskan ketiga hal tersebut karena di dalamnya berperan berbagai disiplin ilmu pengetahuan dan teknologi, upaya pelestarian lingkungan dan keselamatan makhluk hidup, dan kepentingan ekonomi –yang biasanya juga lekat dengan kepentingan politik, khususnya bagi negara-negara maju.

Di balik maraknya isu refrigerasi terkini, sedikit menyelami sejarah refrigerasi masa lalu bisa menjadi sebuah kebutuhan dan keasikan tersendiri. Orang bijak bilang bahwa sejarah bisa memberikan banyak pelajaran berharga, tentu dengan sudut pandang masing-masing.

Tidak serumit saat ini, sejarah awal refrigerasi dahulu sangat lekat dengan upaya manusia untuk mengawetkan makanannya, setidaknya sampai ditemukannya refrigerasi mekanik yang kemudian membawa refrigerasi dari satu topik isu ke topik isu lainnya. Di masa lalu (diantaranya) manusia menyimpan makanannya di dalam gua atau batu-batu yang dindingnya dingin secara alami. Dalam koleksi puisi China kuno, Shi Ching, terdapat catatan penggunaan gudang es bawah tanah pada tahun 1000 SM. Orang-orang Yunani dan Romawi dulu telah membuat gudang salju bawah tanah, di mana mereka menyimpan salju yang telah dipadatkan dan menginsulasinya dengan rumput, tanah, dan pupuk kotoran hewan. Pliny the Elder menulis tentang penyakit akibat minuman dingin, dan Kaisar Nero mengatakan pendinginan buah-buahan dilakukan dengan menyimpannya di kotak di dalam salju. Orang-orang India, Mesir, dan Estonia mendinginkan air dan membuat es dengan meletakkan air di tempat yang rendah, dalam wadah tanah liat, dan membiarkannya sepanjang malam di lubang di bawah tanah. Penduduk Pulau Crete di Mediteranian, pada sekitar tahun 2000 SM telah menyadari bahwa suhu yang rendah adalah sangat penting untuk pengawetan makanan. Penelusuran budaya masyarakat Minoan di Cyprus menunjukkan konstruksi gudang bawah tanah dibuat untuk menyimpan es saat musim dingin, dan kemudian digunakan untuk menyimpan makanan saat musim panas. Beberapa catatan menunjukkan bahwa Alexander Agung di sekitar tahun 300 SM memberikan tentaranya minuman yang didinginkan dengan salju untuk meningkatkan semangat tentaranya; pada tahun 755 M Khalif Madhi mengoperasikan transportasi dari Lebanon melintasi padang pasir ke Mekkah yang dilengkapi dengan sistem refrigerasi yang menggunakan salju sebagai refrigerantnya; pada tahun 1040 M Sultan Kairo menggunakan salju untuk mengangkut kebutuhan dapurnya dari Syiria setiap hari. Sejak masa lampau masyarakat Arab telah mengetahui bagaimana menjaga air agar tetap dingin dengan menyimpannya di kendi yang terbuat dari tanah; cara ini juga banyak dijumpai di berbagai daerah di Indonesia, namun entah kapan permulaannya. Awal abad keempat Masehi, orang-orang Hindia Barat telah mengetahui bahwa sejumlah garam, seperti sodium nitrat, bila dicampur dalam air akan mengakibatkan suhu yang lebih rendah.

Di Amerika Serikat, khususnya di sekitar Sungai Hudson dan Maine, pada pertengahan abad 19 M memiliki perdagangan penting es alam. Di Eropa pada masa yang sama, balok es alam dari Norway sangat diminati. Sejak tahun 1805 hingga akhir abad 19 M, kapal-kapal layar mengangkut es alam dari Amerika Utara ke berbagai negara yang lebih hangat seperti Hindia Barat, Eropa, dan bahkan India dan Australia; pada 1872, 225 ribu ton es alam diangkut ke daerah-daerah tersebut. Pada permulaan tahun 1806 kapal laut Favorite berlayar ke pelabuhan St. Pierre, Martinique (di daerah Karibia), dengan membawa 130 ton balok es. Pelayaran ini diduga sebagai misi dagang skala besar pertama di bidang refrigerasi, sang pemilik kapal ini adalah Frederic Tudor. Karena kala itu es belum dikenal di Martinique dan tidak ada fasilitas penyimpanannya, maka biaya yang dibutuhkan menjadi besar, namun itu dapat diatasi oleh Tudor. Bersama seorang pemilik rumah makan, ia membuat dan memperkenalkan es krim (ice cream) di Hindia Barat, di mana makanan penutup dingin belumlah dikenal kala itu.

Beberapa tahun kemudian, dengan dibangunnya gudang es di St. Pierre dan dengan digunakannya serbuk kayu cemara sebagai insulasi sepanjang perjalanan transportasi kargo es-nya, Tudor mengembangkan idenya hingga menjadi sebuah bisnis yang menguntungkan. Ia membuat kontrak kerja untuk memotong es di kolam-kolam dan sungai-sungai sepanjang New England dan mengirimnya ke berbagai tujuan, tidak hanya ke Hindia Barat dan Amerika Serikat bagian selatan, namun juga ke tempat-tempat jauh seperti Amerika Selatan, Persia, India, dan Hindia Timur. Tahun 1849 total kargonya mencapai 150 ribu ton es; hingga tahun 1864 ia telah mengapalkan es-nya ke 53 pelabuhan di berbagai bagian dunia. Bisnis yang ia temukan telah mengubah hidup dan kebiasaan orang di seluruh dunia, dan metode yang digunakannya masih terus digunakan hingga pada tahun 1880-an digantikan dengan produksi es buatan dengan mesin.

Saat ini refrigerasi mekanika telah jauh lebih baik dari masa lalu, berbagai tipe kompresor dan daur refrigerasi telah digunakan. Dapat dikatakan bahwa refrigerasi mekanika pertama kali diperkenalkan oleh William Cullen, berkebangsaan Scot, yang pada tahun 1755 membuat es dengan mengevaporasi ether pada tekanan rendah. Pada 1810 Sir John Lesley untuk pertama kalinya berhasil membuat es dengan mesin yang memakai prinsip serupa. Tonggak sejarah pengembangan refrigerasi adalah pada tahun 1834 ketika Jacob Perkins, berkebangsaan Amerika, mendapatkan paten nomer 6662 dari Inggris untuk mesin kompresi uap – yang saat ini prinsipnya banyak digunakan dalam sistem refrigerasi. Perkins menyatakan suatu siklus tertutup yang meliputi evaporasi dan kondensasi dengan memanfaatkan suatu fluida untuk mendinginkan fluida lainnya. Namun apa yang diajukan oleh Perkins masih memerlukan rancangan lebih lanjut. James Harrison, berkebangsaan Scot yang berimigrasi ke Australia pada tahun 1837, menemukan sebuah mesin pendingin pada sekitar awal tahun 1850, dan Alexander Twinning memproduksi satu ton es per hari pada tahun 1856 in Cleveland, Ohio. Pada tahun 1851 Dr. John Gorrie dari Florida mendapatkan paten Amerika pertama untuk mesin es yang menggunakan udara terkompresi sebagai refrigeran. Sebagai seorang ahli Físika ia terdorong untuk meringankan penderitaan orang yang terkena demam dan lainnya yang menimbulkan suhu tinggi. Profesor A.C. Twining dari New Haven mengembangkan mesin Gorrie tersebut dengan menggunakan sulfuric ether. Dr. James Harrison dari Australia juga mengembangkan mesin dengan sulfuric ether dan pada tahun 1860 ia membuat pemasangan perangkat refrigerasi pada industri. Pada tahun 1861 Dr. Alexander Kira dari Inggris membuat mesin dengan udara dingin yang serupa dengan mesin Gorrie; mesinnya mengkonsumsi satu pon batu bara untuk menghasilkan empat pon es. Carl von Linde menjelaskan refrigerasi dengan teori termodinamika, ilmuwan-ilmuwan lainnya, dari Inggris, Jerman, Perancis, Amerika dan Belanda telah berkontribusi dalam pengembangan refrigerasi: seperti Carre, Black, Faraday, Carnot, Joule, Mayer, Clausius, Thompson, Thomson (Lord Kelvin), Helmholtz dan Kamrelingh Onnes.

Pada peralihan abad 19-20, kompresor masih digerakkan oleh uap dengan kecepatan maksimum 50rpm. Di tahun 1900 industri refrigerasi kental diwarnai oleh peralihan dari konsumsi es alami ke es buatan, dan persaingan antara manfaat kedua produk tersebut berlangsung sekitar 15 tahun. Pada kisaran tahun tersebut ice-cream menjadi sebuah industri yang mulai menarik, demikian juga beberapa aplikasi refrigerasi lainnya seperti untuk arena luncur es, penyimpanan bulu pendinginan air minum, dan juga air conditioning untuk pembuatan film untuk kamera, roti dan permen. Air conditioning dengan kapasitas pendinginan 450ton untuk pertama kalinya dipasang di New York Stock Exchange, dan system yang sama pada waktu yang hampir sama juga dipasang di sebuah teater Jerman. Tahun 1905 Gardner T. Voorchees mempatenkan kompresor (multiple-effect compressor) temuannya, dimana gas refrigerant dari dua evaporator dengan tekanan berbeda bisa ditarik dan ditekan dalam satu silinder tunggal; menariknya, penemuannya baru dikembangkan 40 tahun kemudian. Memasuki tahun 1911 kecepatan kompresor meningkat menjadi antara 100 hingga 300rpm, dan pada tahun 1915 untuk pertama kalinya kompresor dua tingkat dioperasikan. Sistem ini masih belum baik, dan dipakai hingga tahun 1940. Setelah Perang Dunia Pertama, Biro Standar Nasional Amerika membuat rumusan yang akurat untuk panas laten untuk es, sehingga perancangan sistem refrigerasi menjadi lebih baik. Perkembangan selanjutnya kompresor rotary dan unit steam-jet mulai digunakan, dan refrigerasi menjadi umum digunakan di industri minyak.

Perkembangan-perkembangan di awal abad 20 tersebut sangat menarik, mengingat pada tahun 1890an –menurut ahli sejarah Stewart Holbrook, Lost Men of American History– air soda dan ice-cream menjadi objek serangan dalam khotbah keagamaan saat itu, bahkan di kota-kota tertentu di Midwest air soda dan ice-cream dilarang secara hukum, selain itu juga adanya anggapan bahwa gudang pendinginan dan es buatan tidak baik untuk kesehatan, juga anggapan bahwa kecepatan kompresor melebihi 100rpm adalah hampir tidak mungkin dibuat. Melihat fakta-fakta saat ini tentu saja penolakan-penolakan tersebut tampak menggelikan. Kompresor, yang merupakan bagian penting dari sistem refrigerasi, pada perkembangan selanjutnya dapat dibuat dengan kecepatan yang lebih tinggi, ukuran yang lebih kecil, dan menggunakan multi-silinder.

Lonjakan produksi dalam industri refrigerasi dan air conditioning terjadi mulai tahun 1930an. Refrigerasi di USA pada tahun 1940 mengambil bagian lebih dari 13% (energi) dari total perdagangan peralatan mesin saat itu. Perdagangan refrigerasi saat itu setidaknya bisa diklasifikasikan menjadi empat bagian, yaitu: refrigerasi untuk rumah tangga menempati urutan pertama, yang diikuti oleh refrigerasi untuk industri, air conditioning, dan refrigerasi komersial. Pada tahun 1960, diperkirakan dari 50juta rumah yang tersambung aliran listrik di USA, 49juta (98%) diantaranya memiliki refrigerator. Setelah 1960, perdagangan freezer untuk industri tercatat melebihi refrigerator untuk rumah tangga. Perdagangan unit pendingin lainnya seperti untuk gudang, tempat tinggal, mobil dan kereta total nilainya mencapai milyaran dollar per tahun di tahun 1960an.

Sejalan dengan kebutuhan dan perkembangannya, variasi aplikasi refrigerasi dan air conditioning terus bertambah. Angkutan untuk produk-produk dari industri makanan dan minuman serta pertanian dan perternakan-perikanan juga mendorong meningkatnya perkembangan dan perdagangan dalam industri refrigerasi dan air conditioning. Di bidang industri, refrigerasi mampu membantu meningkatkan efisiensi sistem, dan juga mampu menjadi solusi bagi proses-proses industri yang membutuhkan temperatur rendah. Demikian pula air conditioning, menjadi solusi bagi proses-proses industri yang membutuhkan pengaturan kondisi udara tertentu. Dalam bidang medis, refrigerasi dan air conditioning bukan hanya mengambil peran yg terkait dengan instrumen medis, namun juga penanganan obat-obatan serta zat-zat lainnya yang memerlukan perlakuan pada temperatur tertentu, bahkan juga proses-proses operasi medis.

Refrigerasi

Penipisan lapisan ozon, pemanasan global, dan efisiensi energi dan material merupakan tema utama dalam bidang refrigerasi dan air conditioning saat ini. Montreal Protocol, yang kemudian dilanjutkan dengan Kyoto Protocol telah membuat banyak agenda yang terkait dengan penyikapan terhadap tema-tema utama tersebut, yang tentu saja ini membuat bidang refrigerasi semakin dinamis.

Dalam hal refrigerant, produksi dan pemakaian refrigerant yang menyebabkan penipisan lapisan ozon dan peningkatan panas global sudah ada yang dihentikan, dan beberapa dijadwalkan untuk dihentikan. Terjadi peralihan dari refrigerant HCFCs ke HFCs untuk menghentikan kontribusi refrigerasi pada penipisan lapisan ozon. Guna menghentikan kontribusi refrigerasi pada pemanasan global, peralihan selanjutnya adalah dari HFCs ke refrigerant natural, termasuk di dalamnya adalah refrigerant hidrokarbon.

Peningkatan efisiensi sistem refrigerasi meliputi cakupan yang sangat luas, sehingga mendorong munculnya study dan inovasi dalam level yang lebih spesifik. Dalam lingkup komponen refrigerasi, sebut saja kompresor, evaporator, kondenser, dan katub ekspansi (dengan berbagai tipe dan ukurannya) merupakan komponen-komponen utama yang lebih akrab didengar. Selain itu ada piping, injector, oil separtor, defroster, ekonomizer, dan banyak lainnya menjadi study penting dalam peningkatan efisiensi sistem. Dalam lingkup sistem, berbagai inovasi tipe sistem refrigerasi beserta sistem kontrolnya telah mengalami banyak perkembangan. Karena konsumsi energi untuk Refrigerasi dan Air Conditioning untuk suatu gedung mengambil bagian yang cukup besar, maka Refrigerasi dan Air Conditioning memainkan peran penting dalam konsep intelligent building, demikian pula dalam konsep ZERO NET ENERGY yang dipelopori oleh ASHRAE yang diharapkan mampu terealisasi pada 2030. Demikian pula dalam hal efisiensi material, berbagai material untuk peruntukan komponen masing-masing terus dikaji untuk memberikan efisiensi yang lebih baik.

Dalam hal perdagangan Refrigerasi dan Air Conditioning, sebuah artikel terbaru (Oktober 2007) yang dikutip ASHRAE menunjukkan suatu kejutan. Amerika boleh jadi merupakan rahim dari teknologi Refrigerasi dan Air Conditioning, namun bukan berarti akan seterusnya memegang kendali perdagangan di bidang ini. Saat ini, dari lima perusahaan terbesar yang menguasai pasar Refrigerasi dan Air Conditioning, dua posisi teratas dipegang oleh perusahaan China, kemudian disusul dua perusahaan dari Korea Selatan, dan ditutup oleh sebuah perusahaan Jepang. Perusahaan-perusahaan China mampu menguasai 70% pasar dunia. Di kawasan Asia Tenggara, hanya Thailand yang bisa bermain signifikan di pasar ini. Data-data tersebut selayaknya mampu lebih memacu Indonesia untuk juga bisa menjadi pemain yang diperhitungkan, setidaknya bisa dimulai di arena regional.

IIR –International Institute of Refrigeration dalam sebuah konferensinya di Agustus 2007 memberikan sebuah laporan menarik, bahwa produk agrikultur (termasuk perikanan laut dan tawar) dunia saat ini yang perlu mendapatkan perlakuan refrigerasi mencapai 5,5 milyar ton, namun baru sekitar 400 juta ton yang ditangani. IIR memprediksi 1,8 milyar ton dari produk-produk tersebut akan memberikan keuntungan bagi industri storage dan transport refrigerasi. Sekali lagi, data ini bisa menjadi suatu kesempatan menarik bagi industri agrikultur (serta produk turunannya) dan refrigerasi Indonesia.

Bila kini China mampu menjadi produsen terbesar untuk produk-produk Refrigerasi dan Air Conditioning –setelah menyalip Amerika, Eropa, Jepang dan Korea Selatan–, kesempatan itu pasti juga dimiliki oleh setiap bangsa, termasuk Indonesia. Indonesia dengan segala karakteristiknya memerlukan sentuhan Refrigerasi dan Air Conditioning yang disesuaikan dengan karakternya tersebut. Bahasan tentang hal ini penulis harap bisa disampaikan dalam tulisan tersendiri di lain kesempatan, dengan memperhatikan berbagai potensi nasional dan tiap-tiap daerah di Indonesia, sehingga diharapkan bisa menjadi bagian kontribusi kebaikan bagi pembangunan nasional dan daerah.

Mengingat betapa besar manfaat dari Mesin Pendingin (terutama untuk pengolahan makanan) bagi umat manusia pada umumnya dan negara kita pada khususnya (yang penduduknya diperkirakan mencapai 300 juta jiwa di tahun 2010 nanti, butuh makan semua tuh) dan terbatasnya literatur mengenai Mesin Pendingin untuk pengolahan makanan kami mencoba memberikan sedikit pengetahuan kami dengan harapan dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Hal yang tidak kalah penting dari alasan kenapa kami menulis blog ini adalah tinjauan dari segi bisnis (pengusaha) terutama yang bergerak dibidang usaha yang ada sangkut pautnya dengan Mesin Pendingin, baik itu pengusaha pengolahan makanan, pengelolaan ikan, restaurant, hotel, tehnisi pendingin, maupun pengusaha lainnya. Harapan kami semoga bermanfaat

Sejarah Teknik Pendinginan

Sejarah teknik pendinginan berkembang sejalan dengan perkembangan peradaban manusia di wilayah sub-tropik. Secara alamiah, manusia yang tinggal di wilayah sub-tropik menyadari bahwa bahan pangan yang mudah rusak ternyata dapat disimpan lebih lama dan lebih baik pada saat musim dingin dibandingkan dengan pada saat musim panas. Kesadaran inilah yang memandu manusia pada saat itu mulai memanfaatkan “es alam” untuk memperpanjang masa simpan bahan pangan yang mudah rusak.

Perkembangan teknik pendinginan selanjutnya masih terjadi secara tidak sengaja, yaitu penggunaan larutan air-garam untuk mendapatkan suhu yang lebih rendah. Menurut catatan Ibn Abi Usaibia, seorang penulis Arab, penggunaan larutan air-garam ini sudah dilakukan di India sekitar abad ke-4. Garam yang digunakan pada larutan tersebut adalah potasium nitrat, sebagaimana dicatat oleh seorang dokter Italia bernama Zimara pada tahun 1530 dan dokter Spanyol bernama Blas Villafranca pada tahun 1550. Fenomena pencampuran garam pada salju untuk mendapatkan suhu lebih rendah baru dapat dijelaskan oleh Battista Porta pada tahun 1589 dan Trancredo pada tahun 1607.


Gambar 1-2. Robert Boyle

Teknik pendinginan mulai berkembang secara ilmiah sejak abad ke-17, dimulai dari penelitian tentang pemantulan melalui efek panas dan dingin yang dilakukan oleh Robert Boyle (1627-1691) di Inggris dan Mikhail Lomonossov (1711-1765) di Rusia. Selanjutnya, penelitian mengenai termometri yang dimulai oleh Galileo dikembangkan kembali oleh Guillaume Amontons (1663-1705) di Perancis, Isaac Newton (1642-1727) di Inggris, Daniel Fahrenheit (1686-1736) orang German yang bekerja di Inggris dan Belanda, René de Réaumur (1683-1757) di Perancis dan Anders Celsius (1701-1744) di Swedia. Tiga ilmuwan yang disebutkan terakhir merupakan penemu sistem skala pengukuran suhu, dan masing-masing namanya diabadikan pada sistem skala tersebut yaitu Fahrenheit, Reaumur dan Celsius.

Analisis Kinerja Mesin Pendingin

Analisa terhadap siklus pendinginan kompresi uap dapat dilakukan dengan menggunakan Gambar 3-7. Sebagaimana telah dijelaskan di atas, terjadi 4 proses yang membentuk satu siklus kompresi uap dan terjadi berulang-ulang. Proses dan perubahan keadaan pada setiap proses yang terjadi adalah :

Proses 1-2 (kompresi) : Gas refrigeran yang keluar dari evaporator masuk dan dikempa pada kompresor sehingga menghasilkan gas refrigeran dengan tekanan dan suhu yang lebih tinggi. Suhu tinggi merupakan akibat dari proses kompresi isentropik.

Proses 2-3 (kondensasi) : Gas refrigeran bertekanan dan bersuhu tinggi dikondensasi dan menghasilkan refrigeran cair jenuh. Proses yang terjadi adalah pelepasan panas ke lingkungan. Proses kondensasi bekerja pada tekanan tetap. Pada awal proses suhu gas refrigeran sedikit mengalami penurunan, selanjutnya terjadi perubahan fase gas menjadi cair pada suhu tetap.

Proses 3-4 (pencekikan) : Tekanan cairan refrigeran diturunkan dengan menggunakan katup cekik (expansion valve). Saat terjadi penurunan tekanan, juga terjadi penurunan suhu dan peningkatan mutu gas refrigeran, sebab dengan penurunan tekanan dan suhu sebagian refrigeran cair berubah menjadi gas.

Proses 4-1 (penguapan) : Proses penguapan terjadi pada suhu sama, dimana hanya terjadi perubahan fase refrigeran cair menjadi gas. Panas laten penguapan diambil dari lingkungan sehingga terjadi pendinginan lingkungan. Besarnya pendinginan yang terjadi dinyatakan dalam efek pendinginan (ton refrigerasi).


Gambar 3-7. Analisis siklus pendinginan kompresi uap

Perkembangan Mesin Pendingin Sistem Kompresi Uap

Tulisan Sadi Carnot (1796-1832), seorang Perancis, yang sangat terkenal pada tahun 1824 menjadi inspirasi bagi banyak penelitian yang dilakukan mengenai berbagai konsep termodinamika dan sistem pendinginan, termasuk James Prescot Joule (Inggris, 1818-1889), Julios von Mayer (Jerman, 1814-1878), Herman von Helmholtz (Jerman, 1821-1894), Rudolph Clausius (Jerman, 1822-1888), Ludwig Boltzmann (Austria, 1844-1906), dan William Thomson (Lord Kelvin, Inggris, 1824-1907).

Fluida kerja (refrigeran) yang digunakan Perkins pada mesin pendinginnya tersebut adalah ethyl ether. James Harrison (1816-1893), seorang Skotlandia yang pindah ke Australia, berhasil membuat mesin pendingin yang dapat bekerja dengan baik pada skala industrial. Mesin tersebut dipatenkan oleh Harrison pada tahun 1855, 1856, dan 1857. Mesin pendingin Harrison, yang diproduksi di Inggris, masih menggunakan ethyl ether sebagai fluida kerja, dan mampu menghasilkan es maupun larutan pendingin (refrigeran sekunder).

Dengan ditemukannya mesin pendingin sistem kompresi uap, terjadi perkembangan yang cepat dalam penemuan zat-zat pendingin (refrigeran). Charles Tellier (1828-1913), seorang Perancis, memperkenalkan penggunaan dimethyl ehter sebagai refigeran. Pada tahun 1862, Tellier juga meneliti penggunaan amonia (NH3) sebagai refrigeran, meskipun penggunaannya secara luas pada skala industrial baru dapat dilakukan oleh seorang Jerman Carl von Linde (1842-1934). Refrigeran amonia masih banyak digunakan hingga sekarang, khususnya pada industri pembekuan pangan.

Thaddeus Lowe (1832-1913) mulai menggunakan karbon-dioksida (CO2) sebagai refrigeran. Meskipun sempat ditinggalkan, penggunaan karbon-dioksida belakangan ini kembali dikembangkan sebagai refrigeran yang ramah lingkungan. Sulfur-dioksida (SO2) pertama kali digunakan sebagai refrigeran oleh ahli fisika Swiss Raoul Pierre Pictet (1846-1929), tetapi akhirnya tidak digunakan lagi sesaat sebelum perang dunia II. Metil-klorida (Ch3Cl) juga digunakan oleh orang Perancis C. Vincent sebagai refrigeran pada tahun 1878, meskipun akhirnya hilang dari peredaran pada tahnun 1960-an.

Didasarkan pada hasil penelitian Swarts yang dilakukan selama kurun 1893-1907 di Ghent, suatu tim peneliti Frigidaire Corporation di Amerika, yang dipimpin oleh Thomas Midgley berhasil mengembangkan refrigeran fluoro-carbon pertama pada tahun 1930. Refrigeran fluoro-carbon dianggap sebagai refrigeran yang aman karena tidak bersifat toksik dan tidak mudah terbakar. Refrigeran CFC (chloro-fluoro-carbon) pertama, yaitu R12 (CF2Cl2) mulai dilepas ke pasar pada tahun 1931, diikuti dengan refrigeran HCFC (hidro-chloro-fluoro-carbon) pertama, yaitu R22 (CHF2Cl) pada tahun 1934. Pada tahun 1961, campuran azeotropik pertama, yaitu R502 (R22/R115), diperkenalkan ke pasar sebagai refrigeran.

Refrigeran CFC, khususnya R12, dianggap sebagai zat yang sangat istimewa sebagai fluida kerja mesin pendingin sistem kompresi uap, hingga pemenang Nobel dari Amerika (F.S. Rowland dan M.J. Molina) mempublikasikan hasil penelitiannya pada tahun 1974. Rowland dan Molina menyimpulkan bahwa klorin yang dilepaskan oleh zat halogenasi hidrokarbon menyebabkan terjadinya perusakan lapisan ozon di angkasa. Untuk menganggapi temuan ini, pada tahun 1987 telah disepakati Protokol Montreal mengenai pelarangan penggunaan zat-zat yang bersifat merusak lapisan ozon.

Refrigeran CFC dan HCFC termasuk pada kategori zat perusak ozon, sehingga penggunaannya sebagai refrigeran juga dilarang. Sebagai gantinya, disarankan penggunaan HFC (hidro-fluoro-carbon), yaitu refrigeran yang dihalogenasi tapi tidak diklorinasi. Akan tetapi, refrigeran HFC, baik yang murni (R134a) maupun campurannya (R410A, R407A, R404A, dll), juga menimbulkan efek lingkungan yaitu pemanasan global. Pada Protokol Kyoto, yang ditanda-tangani pada 11 Desember 1997, refrigeran HFC termasuk zat yang dilarang peredarannya karena menyebabkan pemanasan global. Indonesia, sebagai negara yang ikut meratifikasi Protokol Montreal maupun Protokol Kyoto, berkewajiban untuk melaksanakan setiap fasal dalam protokol yang disepakati tersebut.

Kompresor scroll sebenarnya telah dipatenkan oleh seorang Perancis bernama Leon Creux pada tahun 1905, tetapi baru dapat dikembangkan pada tahun 1970-an. Kompresor sentrifugal dikembangkan atas dasar penelitian seorang Perancis bernama Auguste Rateau tahun 1890 dan orang Amerika bernama Willis Carrier tahun 1911. Kompresor hermetik dikembangkan untuk mengatasi kebocoran refrigeran oleh Father Audiffren pada tahun 1905 di Perancis, dan digunakan sangat banyak saat ini.

Kompresor

Kompresor mengubah uap refrigeran yang masuk pada suhu dan tekanan rendah menjadi uap bertekanan tinggi. Kompresor juga mengubah suhu refrigeran menjadi lebih tinggi akibat proses yang bersifat isentropik. Tiga jenis kompresor yang sering digunakan adalah kompresor torak (reciprocating), sentrifugal dan rotari. Kompresor torak mempunyai piston yang bergerak maju mundur di dalam suatu silinder, dengan kapasitas yang bervariasi antara 1 hingga 100 ton pendinginan tiap unit. Kompresor sentrifugal mempunyai satu impeler sentrifugal dengan beberapa sudu yang berputar dengan kecepatan tinggi. Kompresor rotari mempunyai satu sirip (vane) yang berputar dalam satu silinder.

Kompresor torak adalah yang paling umum digunakan, dapat digerakkan oleh motor listrik atau motor bakar. Parameter penting yang mempengaruhi penampilan kompresor adalah kapasitas kompresor itu sendiri, yang pada gilirannya dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti:

1. langkah (displacement) piston

2. clearance antara kepala piston pada titik mati atas dengan ujung silinder,

3. ukuran katup pemasukan dan pengeluaran,

4. RPM

5. jenis refrigeran,

6. tekanan masukan dan tekanan keluaran.

Seringkali kapasitas kompresor harus dikendalikan untuk mengatasi beban pendinginan yang tidak tetap, sehingga kompresor sering dioperasikan pada kapasitas di bawah kapasitas maksimum. Kapasitas kompresor dapat dikendalikan dengan cara:

1. menyalurkan (bypass) uap refrigeran dari sisi tekanan tinggi ke sisi tekanan rendah kompresor. Salah satu sistem bypass adalah menghubungkan sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah kompresor dengan pipa dan menggunakan katup solenoid sehingga uap refrigeran langsung dipindahkan ke sisi tekanan rendah.

2. tetap membuka katup pemasukan kompresor sehingga uap refrigeran mengalir langsung di dalam kompresor,

3. mengendalikan kecepatan (RPM) motor, yaitu dengan menggunakan motor listrik kecepatan ganda atau menggunakan dua motor listrik yang berkecepatan berbeda.


Gambar 7-1. Konstruksi kompressor torak

Katup Ekspansi

Pada prinsipnya, katup ekspansi adalah alat yang dapat mengendalikan aliran refrigeran ke evaporator baik secara manual ataupun otomatik. Jenis katup ekspansi yang umum digunakan dalam mesin pendingin adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 7-7. Bentuk lain katup ekspansi yang paling sederhana adalah pipa kapiler panjang.

Kondensor

Kondensor dan evaporator adalah jenis dari penukar panas (heat exchanger). Refrigeran melepaskan panas di kondensor dan menyerap panas di evaporator. Salah satu kalisfikasi kondensor dan evaporator dilihat dari letak refrigeran (di dlam atau di luar tabung) dan dari zat pendingin yang digunakan (gas atau cair). Klasifikasi ini dijelaskan pada tabel 1. Gas yang umum digunakan adalah udara dan air merupakan cairan yang sering digunakan sebagai zat pendingin.

Evaporator dan kodensor umumnya berbentuk pipa. Perpindahan panas terjadi dari refrigeran ke dinding dalam ke dinding luar lalu ke zat pendingin. Tidak semua panas refrigeran dapat diserap oleh zat pendingin karena adanya koefisien pindah panas pada dinding pipa.

Kondensor

Berdasarkan zat pendingin yang digunakan, kondensor dibedakan menjadi kondensor berpendingin udara dan air. Sedangkan menurut konstruksinya, kondensor berpendingin air dibagi menjadi shell and tube, double pipe, dan shell and coil condensor. Pada kondensor udara, dibedakan menjadi kondenser dengan aliran udara paksa dan alami. Di bawah adalah gambar beberapa jenis kondensor.


Gambar 8.1. Kondensor berpendingin udara Gambar 8.2. Kondensor berpendingin air


Evaporator

Pada banyak sistem pendinginan, refrigeran akan menguap di evaporator dan mendinginkan fluida yang melalui evaporator. Evaporator ini disebut sebagai direct-expansion evaporator. Berdasarkan zat yang didinginkan, evaporator dibedakan menjadi evaporator pendingin udara dan pendingin cairan. Berdasarkan konstruksinya, evaporator pendingin udara dibedakan menjadi plat, bare tube, dan finned evaporator. Evaporator plat biasa digunakan pada kulkas rumah. Evaporator pendingin udara ini umumnya digunakan untuk sistem pengkondisian udara (AC).


Gambar 8-3. Evaporator

Evaporator pendingin cairan umumnya digunakan untuk mendinginkan air, susu, jus, dan kegunaan industri lainnya. Jenis evaporator yang sering digunakan adalah evaporator bare-tube karena proses pengambilan panas terjadi langsung dari bahan ke ferigeran. Terdapat bebrapa tipe evaporator yang sering digunakan, seperti pipa ganda, Baudelot cooler, tipe tank, shell and coil cooler dan shell and tube cooler.