TF3205 Analisis Termal
15 Maret 2010
REFRIGERASI ABSORPSI Victor Samuel (13307105) Program Studi Teknik Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia
INTRODUKSI
Halaman
1
Karena sistem refrigerasi yang paling sering ditemukan adalah yang menggunakan kompresor, metodemetode refrigerasi lain menjadi jarang dikenal. Namun, di antara banyak tipe yang kurang dikenal, mungkin sekali ada yang praktis dan layak dipakai, sekaligus ekonomis. Salah satunya adalah sistem refrigerasi absorpsi yang dikembangkan oleh Ferdinand Carré dari Perancis, yang kemudian mendapat paten di Amerika Serikat pada tahun 1860. Pada tahuntahun pertama abad ke-20, refrigerasi absorpsi mendapat perhatian yang cukup luas dari masyarakat, sampai pada tahun 1915, ketika kompresor amonia tenaga listrik diperkenalkan dan diterima dengan baik. Pada perkembangan selanjutnya, perkembangan sistem kompresi menjadi fokus penelitian, dan sistem absorpsi secara praktis mulai ditinggalkan, kecuali untuk penggunaan rumah tangga sampai akhir 1930. Setelah itu, sebuah perusahaan telah membuat sistem pendinginan absorpsi dengan kapasitas 5 sampai 20 ton. Perusahaan lain menjual unit 3 ton dan 5 ton yang terus dikembangkan sejak Perang Dunia II sampai 25 ton. Pihak lain ada yang melakukan perubahan desain dan membangung sistem dengan kapasitas sampai 3600 ton.
Siklus refrigerasi absorpsi adalah proses refrigerasi yang memanfaatkan dua jenis fluida dan sejumlah kecil masukan kalor, bukan masukan listrik seperti di sistem refrigerasi kompresi uap yang lebih sering dikenal. Baik siklus refrigerasi kompresi uap maupun siklus refrigerasi absorpsi melakukan proses penyerapan lingkungan melalui penguapan refrigeran pada temperatur rendah dan pelepasan kalor pada kondensasi refrigeran pada tekanan yang lebih tinggi. Pada kedua jenis siklus, terdapat perbedaan pada cara menciptakan perbedaan tekanan dan mendorong terjadinya sirkulasi refrigeran. Pada siklus kompresi uap, digunakan kompresor mekanis tenaga listrik untuk menekan refrigeran sehingga bertekanan tinggi. Pada siklus absorpsi, fluida sekunder penyerap refrigeran, atau yang disebut absorban, digunakan untuk mendorong sirkulasi refrigeran. Absorpsi uap refrigeran oleh cairan absorban secara teoretis didasarkan pada Hukum Raoult, yang mengatakan bahwa pada temperatur tertentu, perbandingan tekanan parsial dari komponen yang mudah berubah fasa (cair-gas) dalam suatu larutan terhadap tekanan uap dari komponen tersebut pada kondisi murni, pada temperatur yang sama identik dengan fraksi mol pada larutan. Fraksi mol larutan sama dengan jumlah mol komponen dibagi dengan jumlah total mol yang ada.
Halaman
2
TF3205 Analisis Termal
15 Maret 2010
Hukum Raoult hanya dapat diaplikasikan pada larutan ideal yang gayagaya intermolekuler antara partikel di dalam larutannya sama. Karena di dunia ini tidak ada larutan ideal, muncul deviasi dari Hukum Raoult, positif atau negatif. Deviasi positif terjadi ketika tekanan yang ditinjau lebih besar dari hasil perhitungan, dan sebaliknya, deviasi negatif terjadi ketika tekanan yang ditinjauh lebih kecil dari hasil perhitungan. Kombinasi yang diinginkan untuk refrigerasi absorpsi yang efektif Gambar 1. Refrigerasi absorpsi satu tahap (single-effect). adalah yang memiliki deviasi negatif yang ditingkatkan oleh gabungan komponenbesar, sehingga hanya dibutuhkan sedikit komponen tersebut (hanya ini fungsi dari absorban untuk mensirkulasikan sistem. komponen-komponen itu), NH3 kemudian Semakin sedikit absorban yang didinginkan dan dikondensasikan di digunakan, semakin kecil jumlah masukan dalam kondenser dengan melepas kalor kalor yang dibutuhkan, yang berarti ke sekitar. Kemudian, amonia melewati peningkatan efisiensi sistem. katup ekspansi sehingga tekanannya Mesin refrigerasi absorpsi sudah turun ke tekanan evaporasi, dan tersedia secara komersial sekarang dalam menyerap kalor dari tempat yang ingin dua tipe dasar. Yang paling banyak didinginkan ketika terjadi proses digunakan adalah sistem amonia-air, penguapan di evaporator. Tidak ada hal dengan amonia (NH3) sebagai refrigeran yang baru di bagian ini. Keunikan sistem dan air (H2O) sebagai absorban. Tipe ini refrigerasi absorpsi ada di bagian ini: biasanya digunakan untuk aplikasi di Setelah uap amonia keluar dari bawah 0°C. Tipe yang lain adalah airevaporator dan masuk ke absorber, lithium bromida dan air-lithium klorida, tempat terjadinya reaksi dan pelarutan dengan air sebagai refrigeran. Tipe yang untuk membentuk NH3 . H2O. Ini adalah terakhir ini biasa digunakan untuk aplikasi reaksi eksotermik, sehingga terjadi di atas 0°C (titik beku air). pelepasan kalor pada proses ini. Jumlah NH3 yang dapat larut di dalam H2O SIKLUS REFRIGERASI ABSORPSI berbanding terbalik dengan temperaturnya. Maka, pendinginan Pada dasarnya, sistem refrigerasi absorber penting untuk menjaga absorpsi tidak jauh berbeda dengan temperaturnya serendah mungkin, sistem kompresi uap. Perbedaan yang sehingga memaksimalkan jumlah NH3 paling besar hanya ada pada kompresor yang larut di dalam air. Larutan NH3 . H2O, yang telah digantikan dengan mekanisme yang kaya dengan NH3, kemudian absorpsi yang kompleks, yang terdiri dari dipompakan ke generator. Kalor absorber, pompa, generator, kemudian dimasukkan ke dalam larutan regenerator/heat exchanger, katup, dan dari sumber panas untuk menguapkan sebuah rectifier/separator (Gambar 1). sebagian larutan. Uap yang dihasilkan, Pada sistem NH3-H2O, setelah tekanan NH3
TF3205 Analisis Termal yang kaya akan NH3, kemudian melewati rectifier/separator, yang memisahkan uap NH3 dengan H2O. Air yang dipisahkan dikembalikan ke generator. Uap NH3 murni yang bertekanan tinggi kemudian melanjutkan perjalanannya dalam siklus. Sedangkan larutan panas NH3 . H2O dalam regenerator yang kandungan NH3nya lemah, kemudian dilewatkan ke regenerator/heat exchanger untuk memindahkan kalor ke larutan kaya NH3 yang datang dari absorber. Larutan yang miskin NH3 tadi diteruskan ke absorber untuk kembali dilarutkan dengan uap NH3 murni yang keluar dari evaporator. Yang perlu dicatat adalah keberadaan cooling water. Ini
15 Maret 2010 Pada perkembangan berikut dari refrigerasi absorpsi, untuk meningkatkan koefisien performa tersebut, ditemukan siklus refrigerasi absorpi dua-tahap (double-effect absorption refrigeration cycle) (Gambar 2). Dengan refrigeran air dan absorban lithium bromida, dua generator digunakan. Satu, pada temperatur dan
Gambar 2. Refrigerasi absorpsi dua-tahap (double-effect). beda dengan chilled water, yakni tekanan tinggi, yang dipanaskan oleh air yang berputar pada siklus tata udara sumber panas eksternal; dua, pada yang didinginkan oleh evaporator. temperatur dan tekanan rendah, yang Cooling water adalah air yang berasal dipanaskan oleh kalor hasil kondensasi dari cooling tower. Fungsinya adalah uap yang dihasilkan dari generator untuk (1)menyerap kalor kondensasi saat pertama. Kondensat dari kedua generator uap NH3 melewati kondensator dan masuk ke dalam evaporator. Siklus ini (2)menyerap kalor yang dikeluarkan pada bekerja dengan tekanan yang sangat proses absorpsi eksotermik antara uap NH3 rendah di evaporator untuk menjaga dan air yang terjadi absorber. Perlu diingat temperatur penguapan air tetap rendah. bahwa semakin dingin absorber, semakin banyak uap NH3 yang dapat larut ke dalam air.
ABSORPSI VS. KOMPRESI
Halaman
3
SIKLUS ABSORPSI DUA-TAHAP (DOUBLE-EFFECT) Penambahan regenerator pada sistem absorpsi satu tahap belum cukup untuk menjadikan koefisien performa (COP) melewati batas ambang satu. Contoh: jumlah kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan satu kilogram refrigeran pasti lebih dari jumlah kalor yang diserap ketika satu kilogram refrigeran itu diuapkan di evaporator.
Di sini akan dipaparkan kesimpulan dari keuntungan-keuntungan menggunakan sistem absorpsi dibanding sistem kompresi. 1. Hanya refrigeran dan absorban yang bergerak, sehingga operasi siklus tenang dan tahan lama. Motor pompa, mesin, atau turbin yang digunakan lebih kecil dibanding yang digunakan pada sistem kompresi untuk kapasitas yang sama. 2. Sistem absorpsi biasanya didesain untuk menggunakan uap, baik pada
TF3205 Analisis Termal
3.
4.
5.
6.
7.
temperatur tinggi, maupun temperatur rendah. Buangan dari komponen yang lain dapat kembali digunakan. Tidak dibutuhkan daya listrik, meskipun biasanya pompa yang digunakan didorong oleh motor. Unit refrigerasi absorpsi dapat dioperasikan pada tekanan dan temperatur evaporator yang lebih kecil, dengan penurunan yang kecil. Pada sistem kompresi, penurunan tekanan evaporator mengakibatkan penurunan kapasitas sistem secara signifikan. Pada beban refrigerasi yang lebih kecil, unit absorspi memiliki efisiensi yang sama besarnya dengan kapasitas penuh. Pengendalian variasi beban dilakukan dengan pengaturan jumlah refrigeran dan absorban yang disirkulasikan di dalam sistem. Jika refrigeran tidak sepenuhnya diuapkan di evaporator, tidak terjadi efek yang buruk selain membuat sistem sedikit tidak stabil secara temporer. Namun, pada sistem kompresor, hal itu dapat membahayakan kompresor dan membutuhkan pengukuran preventif yang mendalam. Unit absorpsi dapat dibuat dengan kapasitas lebih besar dari 1000 ton— nilai kapasitas terbesar dari unit kompresor. Dengan pengecualian untuk aplikasi rumah tangga, secara umum sistem absorpsi butuh ruang lebih besar. Namun, unit dapat diletakkan di luar ruangan dan disusun vertikal sehingga membutuhkan area tanah yang lebih kecil dan tidak perlu penutup. Persyaratan ruang dan kontrol otomatik lebih ringan pada sistem absorpsi pada desain temperatur evaporator yang semakin rendah.
Halaman
4
REFERENSI American Society of Heating, Refrigeration, and Air Conditioning Engineers. 1993. ASHRAE Fundamentald Handbook, SI-edition. Georgia: ASHRAE, pp. 1.20-1.25
15 Maret 2010 Cengel, Yunus A. dan M.A. Boles. 2007. Thermodynamics: An Engineering th Approach, 6 ed (SI Units). New York: McGraw-Hill, hlm. 647-649 Jordan, Richard C. dan G.B. Priester. 1956. Refrigeration and Air Conditioning, 2th ed. New Jersey: Prentice-Hall, hlm. 367375 Gambar: http://www.acr-news.com/news
