SISTEM REFRIGERASI 

a.  TUJUAN   

Setelah mempelajari kegiatan belaja rini dengan diberikan satu unit sistem 

refrigerasi lengkap dengan satu set peralatan diharapkan mampu 

mengindentifikasi komponen sistem refrigerasi dengan prosedur yang benar. 

b.  URAIAN MATERI I 

1.1. Umum. 

Sistem refrigerasi sangat menunjang peningkatan kualitas hidup manusia. 

Kemajuan dalam bidang refrigerasi akhir-akhir ini adalah akibat dari perkembangan 

sistem kontrol yang menunjang kinerja dari sistem refrigerasi. 

Apalikasi dari sistem refrigerasi tidak terbatas, tetapi yang paling banyak digunakan 

adalah untuk pengawetan makanan dan pendingin suhu, misalnya lemasi es gambar 

1 freezer, cold strorage, air conditioner/AC Window, AC split gambar 2 dan AC 

mobil. Dengan perkembangan teknologi saat ini, refrigeran (bahan pendingin) 

yang di pasarkan dituntut untuk ramah lingkungan, disamping aspek teknis lainnya 

yang diperlukan. 

Apapun refrigeran yang dipakai, semua memiliki kelebihan dan kekurangan 

masing-masing oleh karena itu, diperlukan kebijakan dalam memilih refrigeran 

yang paling aman berdasarkan kepenitngan saat ini dan masa yang akan datang. 

Selain itu, tak kalah pentingnya adalah kemampuan dan ketrampilan dari para 

teknisi untuk mengaplikasikan refrigeran tersebut, baik dalam hal mekanisme kerja 

sistem, pengontrolan maupun keselamatan kerja dalam pemakaiannya. 

1.2. Siklus Refregerasi 

Prinsip terjadinya suatu pendinginan di dalam sistem refrigerasi adalah penyerapan 

kalor oleh suatu zat pendingin yang dinamakan refrigeran. Karena kalor yang 

berada disekeliling refrigeran diserap, akibatnya refregeran akan menguap, 

sehingga temperatur di sekitar refrigeran akan bertambah dingin. Hal ini dapat 

tejadi mengingat penguapan memelrukan kalor. 

Di dalam suatu alat pendingin (misal lemari es) kalor ditesarap di“ evaporator” dan 

dibuang ke “kondensor” 

Perhatikan skema dengan lemari es yang sederhana gambar 3. 

Uap refrigeran yang berasal dari evaporator yang bertekanan dan bertemperatur 

rendah masuk ke kompresor melalui saluran hisap. Di kompresor, uap refrigeran 

tersebut dimampatkan, sehingga ketika ke luar dari kompresor, uap refrigeran akan 

bertekanan dan bersuhu tinggi, jauh lebih tiggi dibanding temperatur udara sekitar. 

Kemudian uap menunjuk ke kondensor melalui saluran tekan. Di kondensor, uap 

tersebut akan melepaskan kalor, sehingga akan berubah fasa dari uap menjadi cair 

(terkondensasi) dan selanjutnya cairan tersebut terkumpul di penampungan cairan 

refrigeran. Cairan refrigeran yang bertekanan tinggi mengalir dari penampung 

refrigean ke katup ekspansi. Keluar dari katup ekspansi tekanan menjadi sangat 

berkurang dan akibatnya cairan refrigeran bersuhu sangat rendah. Pada saat itulah 

cairan tersebut mulai menguap yaitu di evaporator, dengan menyeap kalor dari 

sekitarnya hingga cairan refrigeran habis menguap. Akibatnya evaporator menjadi 

dingin. Bagian inilah yang dimanfaatkan untuk mengawetkan bahan makanan atau 

untuk mendinginkan ruangan. Kemudian uap rifregean akan dihisap oleh 

kompresor dan demikian seterusnya proses-proses tersebut berulang kembali. 

1.3. Komponen Sistem Refrigerasi 

1.3.1.  Kompresor 

Fungsi dan cara kerja kompresor torak 

Kompresor gambar 4 merupakan jantung dari sistem refrigerasi. Pada saat yang 

sama komrpesor menghisap uap refrigeran yang bertekanan rendah dari 

evaporator dan mengkompresinya menjadi uap bertekanan tinggi sehingga uap 

akan tersirkulasi. 

Kebanyakan kompresor-kompresor yang dipakai saat ini adalah dari jenis torak. 

Ketika torak bergerak turun dalam silinder, katup hisap teruka dan uap refrigeran 

masuk dari saluran hisap ke dalam silinder. Pada saat torak bergerak ke atas, 

tekanan uap di dalam silinder meningkat dan katup hisap menutup, sedangkan 

katup tekan akan terbuka, sehingga uap refrigean akan ke luar dari silinder 

melalui saluran tekan menuju ke kondensor. 

Kebocoran katup kompresor dan terbakarnya motor kompresor. 

Beberapa masalah pada kompresor adalah bocornya katup terkabarnya motor 

kompresor. 

Jika katup tekan bocor ketika torak menghisap uap dari saluran hisap, sebagian 

uap yang masih tertinggal disaluran tekan akan terhisap kembali ke dalam 

silinder, sehingga mengakibatkan efisiensinya berkurang. Hal yang sama juga 

dapat terjadi bila katup hisap bocor ketika torak menekan uap ke saluran tekan, 

sebagian uap di alam silinder akan tertekan kembali ke saluran hisap. 

Untuk mencegah kebocoran torak terhadap dinding silinder, biasanya dipasang 

cincin torak. Jika cincin ini aus atau pecah, refrigeran dapat bocor sehingga 

“tekanan tekan” akan lebih rendah dan menyebabkan kekurangan efisiensi. 

Jika motor kompresor terbakar, terutama untuk jenis hermetik dan semi hermetik, 

dan jika rifrigeran yang dipakai adalah CFC dan HCFC, maka akan timbul asam 

yang bersifat korosif. 

 Pengecekan kompresor. 

Beberapa tes sederhana dapat dilakukan untuk mengetahui jika ada kebocoran 

yang nyata dalam kompresor. Pertama jika saluran hisap disumbat, maka saluran 

hisap kompresor akan vakum/hampa udara. Jika katup hisap atau katup tekan atau 

torak bocor, refrigeran yang akan dipompa oleh kompresor tak akan sebesar yang 

dikehendaki. Tes kebocoran yang lain diperlihatkan jika kompresor dapat 

mempertahankan vakum yang dapat dicapai. 

Jika kompresor dimatikan, tekanan hisap diamati apakah turun dengan nyata. Jika 

katup hisap atau katup tekan torak bocor, tekanan bisap akan turun. Tes yang 

sama dapat dilakukan dengan mengamati “tekanan tekan”. Jika saluran tekan 

disumbat, kompresor akan mempertahankan tekanan tersebut. Jika katup tekan 

bocor tekanan tekan akan turun. 

1.3.2. Kondensor 

Kondensor gambar 5 juga merupakan salah satu komponen utama dari 

sebuah mesin pendingin. Pada kondensor terjadi perubahan wujud 

refrigeran dari uap super-heated (panas lanjut) bertekanan tinggi ke cairan 

sub-cooled (dingin lanjut) bertekanan tinggi. Agar terjadi perubahan wujud 

refrigeran (dalam hal ini adalah pengembunan/ condensing), maka kalor 

harus dibuang dari uap refrigeran. 

Kalor/panas yang akan dibuang dari refrigeran tersebut berasal dari : 

1. Panas yang diserap dari evaporator, yaitu dari ruang yang didinginkan 

2. Panas yang ditimbulkan oleh kompresor selama bekerja 

Jelas kiranya , bahwa fungsi kondensor adalah untuk merubah  refrigeran gas 

menjadi cair dengan jalan membuang kalor yang dikandung refrigeran tersebut 

ke udara sekitarnya atau air sebagai medium pendingin/condensing. Gas dalam kompresor yang bertekanan rendah dimampatkan/dikompresikan 

menjadi uap bertekanan tinggi sedemikian rupa, sehingga temperatur jenuh 

pengembunan (condensing saturation temperature) lebih tinggi dari temperatur 

medium pengemburan (condensing medium temperature). Akibatnya kalor dari 

uap bertekanan  tinggi akan mengalir ker medium pengembunan, sehingga uap 

refrigean akan terkondensasi. 

1.3.3. Katup Ekspansi 

Setelah refrigeran terkondensasi di kondensor, refrigeran cair tersebut 

mausk ke katup ekspansi yang mengontrol jumlah refregean yang masuk ke 

evaporator. Ada banyak jenis katup ekspansi, tiga diantaranya adalah pipa 

kapiler, katup ekspansi otomatis, dan katup ekspansi termostatik. 

a. Pipa Kapiler (capillary tube) 

Katup ekspansi yang umum digunakan untuk sistem refrigerasi rumah 

tangga adalah pipa kapiler. Pipa kapiler adalah pipa tembaga dengan Besarnya tekanan pipa kapiler bergantung pada ukuran diameter lubang dan panjang pipa kapiler. Pipa kapiler diantara kondensor dan evaporator Refrigeran yang melalui pipa kapiler akan mulai menguap. Selanjutnya berlangsung proses penguapan yang sesungguhnya di evaporator. Jika refrigeran mengandung uap air, maka uap air akan membeku dan menyumbat pipa kapiler. Agar kotoran tidak menyumbat pipa kapiler, maka pada saluran masuk pipa kapiler dipasang saringan yang disebut strainer.Ukuran diameter dan panjang pipa kapiler dibuat sedemikian rupa, sehingga refrigeran cair harus menguap pada akhir evaporator. Jumlah refrigeran yang berada dalam sistem juga menentukan sejauh mana refrigeran di dalam evaporator berhenti menguap, sehingga pengisianrefrigeran harus cukup agar dapat menguap sampai ujung evaporator. Bila pengisian kurang, maka akan terjadi pembekuan pada sebagian evaporator. Bila pengisian berlebih, maka ada kemungkinan refrigeran cair akan masuk ke kompresor yang akan mengakibatkan rusaknya kompresor. Jadi sistem pipa kapiler mensyaratkan suatu pengisian jumlah refrigeran yang tepat.

b. Katup Ekspansi Otomatis

Sistem pipa kapiler sesuai digunakan pada sistem-sistem dengan beban tetap (konstan) seperti pada lemari es atau freezer, tetapi dalam beberapa keadaan, untuk beban yang berubah-ubah dengan cepat harus digunakan katup ekspansi jenis lainnya. Beberapa katup ekspansi yang peka terhadap perubahan beban, antara lain adalah katup ekspansi otomatis (KEO) yang menjaga agar tekanan hisap atau tekanan evaporator besarnya tetap konstan. Gambar 7. Bila beban evaporator bertambah maka temperatur evaporator menjadi naik karena banyak cairan refrigeran yang menguap sehingga tekanan di dalam saluran hisap (di evaporator) akan menjadi naik pula. 

Akibatnya “bellow” akan bertekan ke atas hingga lubang aliran refrigeran akan menyempit dan ciran refrigeran yang masuk ke evaporator menjadi berkurang. Keadaan ini menyebabkan tekanan evaporator akan berkurang dan “bellow” akan tertekanan ke bawah sehingga katup membuka lebar dan cairan refrigeran akan masuk ke evaporator lebih banyak. Demikian seterusnya. 

c. Katup Ekspansi Termostatik (KET)

 Jika KEO bekerja untuk mempertahankan tekanan konstan di evaporator, maka katup ekspansi termostatik (KET) adalah satu katup ekspansi yang mempertahankan besarnya panas lanjut pada uap refrigeran di akhir evaporator tetap konstan, apapun kondisi beban di evaporator. Lihat gambar 8. Cara kerja KET adalah sebagai berikut : Jika beban bertambah, maka cairan refrigran di evaporator akan lebih banyak menguap, sehingga besarnya suhu panas lanjut dievaporator akan meningkat. Pada akhir evaporator diletakkan tabung sensor suhu (sensing bulb) dari KET tersebut. Peningkatan suhu dari evaporator akan menyebabkan uap atau cairan yang terdapat ditabung sensor suhu tersebut akan menguap (terjadi pemuaian) sehingga tekanannya meningkat. Peningkatan tekanan tersebut akan menekan diafragma ke bawah dan membuka katup lebih lebar. Hal ini menyebabkan cairan refrigeran yang berasal dari kondensor akan lebih banyak masuk ke evaporator. Akibatnya suhu panas lanjut di evaporator kembali pada keadaan normal, dengan kata lain suhu panas lanjut di evaporator di jaga tetap konstan pada segala keadaan beban. 

1.3.4. Evaporator 

Pada evaporator, refrigeran menyerap kalor dari ruangan yang didinginkan. Penyerapan kalor ini menyebabkan refrigeran mendidih dan berubah wujud dari cair menjadi uap (kalor/panas laten). 

Panas yang dipindahkan berupa : 

1. Panas sensibel (perubahan tempertaur) Temperatur refrigeran yang memasuki evaporator dari katup ekspansi harus demikian sampai temperatur jenuh penguapan (evaporator saturation temparature). Setelah terjadi penguapan, temperatur uap yang meninggalkan evaporator harus pupa dinaikkan untuk mendapatkan kondisi uap panas lanjut (super-heated vapor) 

2. Panas laten (perubahan wujud) Perpindahan panas terjadi penguapan refrigeran. Untuk terjadinya perubahan wujud, diperlukan panas laten. Dalam hal ini perubahan wujud tersebut adalah dari cair menjadi uap atau mengupa (evaporasi). Refrigeran akan menyerap panas dari ruang sekelilingnya. 

Adanya proses perpindahan panas pada evaporator dapat menyebabkan perubahan wujud dari cair menjadi uap. Kapasitas evaporator adalah kemampuan evaporator untuk menyerap panas dalam periode waktu tertentu dan sangat ditentukan oleh perbedaan temperatur evaporator (evaporator temperature difference). Perbedaan tempertur evaporator adalah perbedaan antara temperatur jenus evaporator (evaporator saturation temperature) dengan temperatur substansi/benda yang didinginkan. Kemampuan memindahkan panas dan konstruksi evaporator (ketebalan, panjang dan sirip) akan sangat mempengaruhi kapaistas evaporator lihat gambar 9 

c. Rangkuman 1 

Lemari es. Feezer, cold storage, dan AC merupakan peralatan sistem refrigerasi yang berfungsi untuk pengawetan makanan dan pendinginan suhu. Refrigeran sebagai bahan pendingin yang digunakan dalam sistem refrigerasi haruslah memenuhi apsek teknis dan ramah lingkungan. Siklus refrigerasi pada sistem adalah terjadinya perubahan menjadi refrigeran gas menjadi cair pada kondensor dan sebaliknya perubahan wujud refrigeran cair menjadi gas pada evaporator. Komponen utama pada sistem refrigerasi terdiri dari kompresor, kondensor, katup ekspansi dan evaporator. Katup ekspansi terdiri dari katup ekaspansi otomatis dan katup ekspansi thermostatis. 

c. Tugas 1 

1. Amati sistem refrigerasi yang terdapat pada lemari es dan air conditioner (AC) 

2. Identifikasi komponen-komponen yang ada pada lemari es dan AC 

3. Operasikan sistem selama lebih kurang 15 menit, kemudian ukur temperatur pada evaporator

4. Bandingkan antara sistem yang memakai katup ekspansi thermostatis dengan pipa kapiler selama sistem dioperasikan 

5. Lakukan tes sederhana pada kompesor untuk mengetahui kompresinya. 

d. Tes Formatif 1 

1. Apakah fungsi kompresor pada sistem refrigerasi ? 

2. Mengapa cairan refrigean menjadi mendidih setelah melalui katup ekspansi? 

3. Mengapa temperatur gas menjadi naik setelah ditekan oleh kompresor ? 

4. Bentuk wujud apakah refrigeran antara katup ekspansi dengan kompresor? 

5. Apa sebabnya refrigeran cair tidak diharapkan terdapat pada saluran isap? 

6. Mengapa refrigeran dapat menguap dievaporator setelah melalui katup ekspansi. 

7. Mengapa refrigeran dapat mencair di kondensor ? 

8. Filter adalah suatu alat dalam sistem refrigerasi untuk menyaring kotoran. Dimanakah letak yang paling baik penempatan filter tersebut ? 

• Fungsi Kompresor pada Sistem Refrigerasi: Kompresor adalah salah satu komponen kunci dalam sistem refrigerasi. Fungsinya adalah menghisap gas refrigeran berpendingin yang berada dalam bentuk rendah tekanan dan suhu, kemudian mengkompresnya menjadi gas bertekanan tinggi dan tinggi suhu. Ini meningkatkan energi dalam gas refrigeran dan membuatnya siap untuk mengalir ke kondensor.

• Mendidihnya Cairan Refrigeran Setelah Melalui Katup Ekspansi: Setelah melalui katup ekspansi, cairan refrigeran mengalami penurunan tekanan yang tiba-tiba. Hal ini menyebabkan penurunan suhu dan menyebabkan cairan tersebut mendidih atau menguap. Proses ini sering disebut sebagai "efek Joule-Thomson" dan digunakan dalam siklus pendinginan.

• Kenaikan Temperatur Gas Setelah Ditekan oleh Kompresor: Ketika gas refrigeran dikompres oleh kompresor, volume gas berkurang sementara energi internalnya meningkat. Ini menyebabkan kenaikan suhu gas. Kompresor bekerja dengan meningkatkan tekanan dan suhu gas, sehingga gas dapat membawa panas dari ruang yang perlu didinginkan ke kondensor.

• Bentuk Wujud Refrigeran Antara Katup Ekspansi dan Kompresor: Antara katup ekspansi dan kompresor, refrigeran berada dalam bentuk campuran gas dan cairan. Proses ini disebut sebagai campuran kualitas atau campuran dua fase. Kualitasnya tergantung pada tekanan dan suhu di dalam sistem.

• Tidak Diharapkannya Cairan Refrigeran di Saluran Isap: Cairan refrigeran di saluran isap tidak diinginkan karena dapat merusak kompresor. Kompresor dirancang untuk menangani gas, bukan cairan. Cairan dapat menyebabkan fenomena yang dikenal sebagai "slugging," yang dapat merusak kompresor.

• Penguapan Refrigeran setelah Melalui Katup Ekspansi: Setelah melalui katup ekspansi, refrigeran mengalami penurunan tekanan yang tiba-tiba, sehingga suhunya turun. Ini menyebabkan refrigeran menguap dan mengambil panas dari sekitarnya, menjadikannya efisien dalam pendinginan di evaporator.

• Pencairan Refrigeran di Kondensor: Kondensor adalah tempat di mana gas refrigeran bertekanan tinggi dan tinggi suhu dikondensasikan menjadi cairan. Ini terjadi karena gas melepaskan panas yang diambilnya dari ruangan yang didinginkan.

• Letak Filter dalam Sistem Refrigerasi: Filter dalam sistem refrigerasi biasanya ditempatkan di saluran isap (suction line) antara evaporator dan kompresor. Tugasnya adalah menyaring kotoran dan partikel yang mungkin ada dalam sistem untuk menjaga kinerja yang optimal dan melindungi komponen seperti katup ekspansi dan kompresor dari kerusakan.