Refrigerasi

Refrigerasi adalah proses pemindahan kalor dari suatu ruangan dengan temperatur rendah ke temperatur yang lebih tinggi. Pada ruang dengan temperatur rendah terjadi penyerapan kalor, sedangkan pada ruang dengan temperatur tinggi terjadi pembuangan kalor. Refrigerasi dapat dilakukan melalui penerapan siklus kompresi uap, siklus absorpsi, siklus adsorpsi, refrigerasi termoelektrik, refrigerasi magnetik, refrigerasi dengan ejektor, atau refrigerasi dengan gelombang suara. Proses refrigerasi terjadi dengan bantuan dari mesin pendingin dan refrigeran yang bekerja berdasarkan teori termodinamika dan perpindahan panas.

Refrigerasi merupakan teknik pengawetan makanan yang telah dikenal oleh manusia sejak masa lampau. Penerapan refrigerasi dimulai dengan penggunaan es alami. Setelah penemuan prinsip refrigerasi, teknik ini digunakan untuk menghasilkan es. Pada perkembangan berikutnya, refrigerasi dimanfaatkan dalam proses pembuatan dan penyaluran makanan dalam industri makanan.

Sejarah 
Ilmuwan Amerika Serikat bernama Oliver Evans berhasil mematenkan siklus pendingin kompresi uap pada tahun 1805 M. Seorang ilmuwan Amerika Serikat lainnya yang bernama Jacob Perkins mengembangkan konsep yang dibuat oleh Evans pada tahun 1834 M. Pengembangan yang diadakan oleh Perkins menghasilkan mesin pendingin dengan sistem kompresi uap sederhana. Mesin pendingin dengan skala besar dikembangkan oleh ilmuwan Amerika Serikat lainnya yang bernama Alexander Catlin Twining.  Mesin pendingin yang dibuat oleh Twining mampu menghasikan es seberat 1 ton setiap hari selama tahun 1853 M.

Peralatan-peralatan yang dibuat oleh Twining dinamai sesuai dengan fungsinya masing-masing. Peralatan ini meliputi kompresor, kondensor, katup ekspansi dan evaporator. Kompresor digunakan sebagai alat untuk meningkatkan tekanan refrigeran. Kondensor digunakan untuk menghasilkan pengembunan terhadap refrigeran. Katup ekpansi digunakan untuk menurunkan tekanan kerja dari refrigeran. Sedangkan evaporator digunakan untuk menghasilkan penguapan terhadap refrigeran. Nama yang diberikan oleh Twining kepada mesin pendingin yang dibuatnya adalah mesin pendingin kompresi uap. Penamaan inii diperoleh dar wujud refrigeran yang memasuki kompresor dalam bentuk uap.

Prinsip dasar 
Refrigerasi merupakan proses pengubahan temperatur dalam suatu ruang menjadi lebih rendah dibandingkan temperatur awalnya. Pengubahan temperatur memanfaatkan reservoir dingin untuk menyerap panas dan reservoir panas untuk menerima panas. Panas yang diserap oleh reservoir dingin menghasilkan energi yang kemudian disalurkan ke reservoir panas.

Peralatan

Evaporator 
Di dalam sistem refrigerasi, evaporator berfungsi sebagai penukar panas. Di dalam evaporator, fluida kerja dibiarkan mengalami proses penukaran panas dengan cara menyerap energi panas. Kondisi lingkungan yang dingin dihasilkan selama proses penyerapan panas berlangsung. Dalam sistem pendingin, evaporator menjadi tempat perpindahan panas dari lingkungan menuju ke fluida kerja. Refrigeran yang akan memasuki evaporator mempunyai suhu yang hampir ambien dengan tingkat tekanan yang rendah. Refrigeran mempunyai suhu yang lebih rendah dibandingkan dengan udara bersuhu ambien. Perbedaan suhu membuat udara dengan suhu ambien mengirimkan panas dengan suhu yang lebih tinggi dan menyebabkan penguapan refrigeran. Kondisi suhu udara yang lebih tinggi dibandingkan dengan suhu refrigeran diperlukan sebagai prasyarat terjadinya perpindahan panas di dalam evaporator.  Hukum kedua termodinamika menjadi acuan dalam pengadaan proses penguapan di evaporator.

Kompresor 
Kompresor berfungsi sebagai alat yang meningkatkan tekanan dari uap refrigeran yang berasal dari evaporator. Peningkatan tekanan di dalam kompresor juga bersamaan dengan peningkatan suhu refrigeran. Daya kerja diperlukan oleh kompresor untuk memberikan tekanan. Sumbernya dapat berasal dari motor listrik atau pencatu daya. Kompresi uap refrigeran membuatnyaakan menjadi panas sehingga dapat mengalir dari kompresor menuju ke kondensor.

Kondensor 
Kondensor berfungsi sebagai penukar panas sama halnya dengan evaporator. Perbedaannya terletak pada hasil penguapannya. Refrigeran dapat melewati kondensor hanya dengan melepaskan energi dari suhu yang sangat panas. Pemenuhan energi panas ini diperoleh dari lingkungan di sekitarnya. Setelah melalui kondensor, refrigeran menjadi lebih dingin. Panas dari refrigeran berpindah selama di dalam kondensor karena adanya pembawa panas. Pengembunan pada refrigeran terjadi selama perpindahan panas ini berlangsung. Sementara pembawa panas mengambil panas dari refrigeran. Jenis pembawa panas salah satunya ialah air pada kumparan pemanas. Meskipun panas refrigeran telah menurun, tekanan refrigeran masih tetap tinggi.

Katup ekspansi 
Katup ekspansi berfungsi untuk mengubah tekanan tinggi yang dhasilkan oleh kompresor menjadi tekanan rendah. Proses pengubahan nilai tekanan diadakan dengan proses yang cepat. Suhu refrigeran juga menjadi lebih dingin seiring dengan penurunan tekanan. Prinsip kerja katup ekspansi memanfaatkan efek Joule-Thomson sehingga siklus pendinginan dapat terus-menerus berulang.

Proses pendinginan 
Pendinginan dalam sistem refrigerasi melalui empat proses utama. Proses pertama adalah penyerapan panas oleh cairan refrigeran di dalam evaporator. Selama proses penyerapan, wujud refrigeran berubah dari cair menjadi gas. Ketika refrigeran melalui evaporator, gas diberikan pemanasan sehingga menjadi gas panas lanjut. Selanjutnya gas panas lanjut menuju ke kompresor untuk menerima proses kompresi sehingga terjadi penaikan tekanan kerja. Pemindahan energi dari alat kompresi menuju ke refrigeran menghasilkan kenaikan temperatur kerja pada gas panas. Gas panas lanjut kemudian disalurkan ke kondenser. Pada kondenser terjadi pembuangan kalor akibat adanya pelepasan kalor sensibel dan pelepasan kalor laten yang menyebabkan gas berubah menjadi cair. Penurunan temperatur dilanjutkan pada pipa kapiler sehingga cairan menjadi dingin sebelum mengalir ke alat ekspansi. Alat ekspansi kemudian mengurangi tekanan dan mengendalikan jumlah aliran refrigeran yang dapat menuju ke evaporator.

Jenis

Pendingin kompresi uap 
Pendingin kompresi uap merupakan pendingin yang mengadakan pendinginan dengan memanfaatkan siklus kompresi uap. Fluida kerja digunakan untuk menghasilkan kondisi dingin.Jenis fluida kerja ini adalah refrigeran. Proses pengembunan refrigeran oleh kondensor dan penguapan oleh evaporator dapat menghasilkan pendinginan. Pendingin kompresi uap umumnya memakai refrigeran yang mengandung klorofluorokarbon. Bahan ini bersifat tidak ramah lingkungan karena merusak lapisan ozon dan mempercepat pemanasan global. Pendingin kompresi upa terdiri daru beberapa komponen utama yan meliputi kompresor, kondensor, evaporator dan katup ekspansi. Mesin pendingin dengan jenis pendingin kompresi uap selalu memiliki nilai koefisien performansi yang sama dengan atau lebih dari 1. Pendingin kompresi uap umumnya digunakan pada pendinginan skala besar, gudang berpendingin dan kriogenik.

Pendingin absorpsi 
Pendingin absorpsi merupakan pendingin yang melakukan pendinginan dengan menggunakan media berupa refrigeran dan absorben. Komponen pendinginan pada pendingin absorpsi meliputi generator, kondensor, evaporator, pompa dan absorber. Amonia merupakan jenis refrigeran yang paling umum digunakan pada pendingin absorpsi. Penguapan panas pada refrigeran dan absorben menjadi prinsip kerja dari pendingin absorpsi.

Pendingin termoelektrik 
Pendingin termoelektrik merupakan pendingin yang memanfaatkan  efek termoelektrik untuk menghasilkan kondisi dingin. Efek termoelektrik ini dapat mengubah energi listrik menjadi kalor Jenis efek termoelektrik yang diterapkan pada pendingin termoelektrik adalah efek Peltier. Pendingin termoelektrik hanya terdiri dari bagian yang menyerap panas dan bagian yang membuang panas. Bagian penyerap panas berperan sebagai pendingin sementara bagian pembuang panas berperan sebagai pompa kalor. Berbeda dengan mesin pendingin konvensional, pendingin termoelektrik sama sekali tidak menggunakan kompresor, kondensor, katup ekspansi, maupun evaporator.

Jean Charles Athanase Peltier pada tahun 1834 M menjadi penemu dari prinsip kerja pendingin termeoelektrik. Karenanya, pendingin termoelektrik dikenal pula dengan nama pendingin Peltier. Peltier mengamati bahwa dua buah penghantar listrik yang dialiri arus listrik dengan sifat semikonduktor yang berbeda jenis dapat menghasilkan efek pemanasan dan efek pendinginan sekaligus.

Pemanfaatan 
Pemanfaatan utama dari refrigerasi adalah dalam bidang pengawetan makanan dalam suhu dingin dengan temperatur 4°C. Refrigerasi juga dimanfaatkan untuk pengkondisian udara, pendingin minuman, dan pengendalian kelembaban. Penerapan refrigerasi pada industri dilakukan dalam bidang manufaktur, tekstil, kimia, dan jasa boga. Refrigerasi dapat dikelompokkan menjadi refrigerasi rumah tangga, refrigerasi komersial, refrigerasi industri, dan refrigerasi transportasi.

Referensi

Catatan kaki

Daftar pustaka 

 

 

Termodinamika
Teknik kimia
Pengawetan makanan
Pemanasan, sirkulasi, dan pendinginan udara