Upload
muhammad-afifuddin
View
268
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
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:
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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.
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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.
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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.
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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.
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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).
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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.
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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.
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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.
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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,
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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.
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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.
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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.
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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.
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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.
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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.
7/23/2019 Bab 2 Refrigeran
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.