refrigerasi absorpsi

TF3205 Analisis Termal 15 Maret 2010 Halaman 1

REFR IGERAS I ABSORPSI

Victor Samuel (13307105) Program Studi Teknik Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia

INTRODUKSI

Karena sistem refrigerasi yang paling

sering ditemukan adalah yang

menggunakan kompresor, metode-

metode 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 tahun-

tahun 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.


Hukum Raoult hanya

dapat diaplikasikan pada

larutan ideal yang gaya-

gaya 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

adalah yang memiliki

deviasi negatif yang

besar, sehingga hanya dibutuhkan sedikit

absorban untuk mensirkulasikan sistem.

Semakin sedikit absorban yang

digunakan, semakin kecil jumlah masukan

kalor yang dibutuhkan, yang berarti

peningkatan efisiensi sistem.

Mesin refrigerasi absorpsi sudah

tersedia secara komersial sekarang dalam

dua tipe dasar. Yang paling banyak

digunakan adalah sistem amonia-air,

dengan amonia (NH3) sebagai refrigeran

dan air (H2O) sebagai absorban. Tipe ini

biasanya digunakan untuk aplikasi di

bawah 0°C. Tipe yang lain adalah air-

lithium bromida dan air-lithium klorida,

dengan air sebagai refrigeran. Tipe yang

terakhir ini biasa digunakan untuk aplikasi

di atas 0°C (titik beku air).

SIKLUS REFRIGERASI ABSORPSI Pada dasarnya, sistem refrigerasi

absorpsi tidak jauh berbeda dengan

sistem kompresi uap. Perbedaan yang

paling besar hanya ada pada kompresor

yang telah digantikan dengan mekanisme

absorpsi yang kompleks, yang terdiri dari

absorber, pompa, generator,

regenerator/heat exchanger, katup, dan

sebuah rectifier/separator (Gambar 1).

Pada sistem NH3-H2O, setelah tekanan NH3

ditingkatkan oleh gabungan komponen-

komponen tersebut (hanya ini fungsi dari

komponen-komponen itu), NH3 kemudian

didinginkan dan dikondensasikan di

dalam kondenser dengan melepas kalor

ke sekitar. Kemudian, amonia melewati

katup ekspansi sehingga tekanannya

turun ke tekanan evaporasi, dan

menyerap kalor dari tempat yang ingin

didinginkan ketika terjadi proses

penguapan di evaporator. Tidak ada hal

yang baru di bagian ini. Keunikan sistem

refrigerasi absorpsi ada di bagian ini:

Setelah uap amonia keluar dari

evaporator dan masuk ke absorber,

tempat terjadinya reaksi dan pelarutan

untuk membentuk NH3 . H2O. Ini adalah

reaksi eksotermik, sehingga terjadi

pelepasan kalor pada proses ini. Jumlah

NH3 yang dapat larut di dalam H2O

berbanding terbalik dengan

temperaturnya. Maka, pendinginan

absorber penting untuk menjaga

temperaturnya serendah mungkin,

sehingga memaksimalkan jumlah NH3

yang larut di dalam air. Larutan NH3 . H2O,

yang kaya dengan NH3, kemudian

dipompakan ke generator. Kalor

kemudian dimasukkan ke dalam larutan

dari sumber panas untuk menguapkan

sebagian larutan. Uap yang dihasilkan,

Gambar 1. Refrigerasi absorpsi satu tahap (single-effect).


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 NH3-

nya 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

beda dengan

chilled water, yakni

air yang berputar pada siklus tata udara

yang didinginkan oleh evaporator.

Cooling water adalah air yang berasal

dari cooling tower. Fungsinya adalah

untuk (1)menyerap kalor kondensasi saat

uap NH3 melewati kondensator dan

(2)menyerap kalor yang dikeluarkan pada

proses absorpsi eksotermik antara uap NH3

dan air yang terjadi absorber. Perlu diingat

bahwa semakin dingin absorber, semakin

banyak uap NH3 yang dapat larut ke

dalam air.

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.

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

tekanan tinggi, yang dipanaskan oleh

sumber panas eksternal; dua, pada

temperatur dan tekanan rendah, yang

dipanaskan oleh kalor hasil kondensasi

uap yang dihasilkan dari generator

pertama. Kondensat dari kedua generator

masuk ke dalam evaporator. Siklus ini

bekerja dengan tekanan yang sangat

rendah di evaporator untuk menjaga

temperatur penguapan air tetap rendah.

ABSORPSI VS. KOMPRESI

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

Gambar 2. Refrigerasi absorpsi dua-tahap (double-effect).


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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. Persyaratan ruang dan kontrol otomatik

lebih ringan pada sistem absorpsi pada

desain temperatur evaporator yang

semakin rendah.

REFERENSI

American Society of Heating,

Refrigeration, and Air Conditioning

Engineers. 1993. ASHRAE Fundamentald

Handbook, SI-edition. Georgia: ASHRAE,

pp. 1.20-1.25

Cengel, Yunus A. dan M.A. Boles. 2007.

Thermodynamics: An Engineering

Approach, 6th 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. 367-

375

Gambar:

http://www.acr-news.com/news

refrigerasi absorpsi

Documents