I.
Pendahuluan
Pada
dewasa ini khususnya di perkotaan mesin pendingin merupakan suatu peralatan
yang dapat dijumpai pada hampir setiap perkantoran, gedung-gedung, dan rumah
tangga. Mesin pendingin dapat berfungsi sebagai refrigerator, freezer,
chiller baik untuk kebutuhan Air Conditioning maupun untuk menunjang
proses produksi. Dalam mesin pendingin terdapat beberapa komponen utama yaitu: evaporator,
kompresor, kondensor, alat ekspansi/pipa kapiler, dan refrigeran.
Refrigeran yaitu fluida / zat pendingin yang memegang peranan penting dalam sistem pendingin. Pada mesin Refrigerator banyak digunakan refrigeran yang mengandung bahan kimia CFC ( Cloro Floro Carbon), karena memiliki sifat stabil, tidak mudah terbakar, tidak beracun, dan kompatibel terhadap sebagian besar bahan komponen Refrigerator. Akan tetapi setelah mengetahui hipotesa bahwa CFC termasuk ODS (Ozone Depleting Subtance), yaitu zat yang dapat menyebabkan kerusakan ozon. Sebagai pengganti CFC telah banyak dicipkan refrigerant yang tidak merusak lingkungan, salah satunya HC (Hidrocarbon) yang memiliki beberapa kelebihan seperti ramah lingkungan, yang ditunjukan dengan nilai ODP (Ozon Depleting Potential) nol, dan GWP (Global Worming Potential) yang dapat diabaikan, karakteristik perpindahan kalor yang baik, kerapatan fasa uap yang rendah, dan kelarutan yang baik dengan pelumas mineral.
II.
Sejarah
Refrigeran
Dahulu
manusia makan dari hasil berburu binatang. Setelah mereka makan secukupnya,
sisanya lalu mereka tinggalkan begitu saja, karenanya pada esok hari sisa
makanan tersebut menjadi busuk. Kemudian setelah berburu menjadi sukar, mereka
lalu mengusahakan agar sisa makanan tersebut dapat disimpan untuk dimakan pada
keesokan harinya. Mereka menyimpan makanan tersebut pada suatu tempat yang
dingin. Mereka menggali suatu lubang yang tidak dapat ditembus oleh sinar
matahari atau di dalam gua. Di situ mereka mendapatkan suatu ruangan yang
suhunya lebih dingin dibandingkan dengan suhu udara di luar. Usaha mereka masih
sangat sederhana, maka hanya memperoleh perbedaan suhu yang sangat kecil.
Makanan hanya dapat disimpan dalam waktu yang singkat saja. Manusia terus
berusaha untuk dapat menyimpan makanan lebih lama dan tidak terjadi perubahan
pada : rasa, warna, aroma atau bau harumnya. Lambat laun manusia mengetahui
bahwa mendinginkan makanan, selain membuat makanan dapat disimpan lebih lama,
juga dapat membuat makanan lebih enak rasanya. Misalnya buah dan minuman yang
didinginkan rasanya menjadi lebih enak. Sudah sejak 1000 tahun sebelum Masehi,
berbagai bangsa di beberapa negara telah berusaha untuk mendinginkan ruangan
atau makanan. Orang Mesir menguapkan air di atas rumah, sehingga suhu di dalam
rumah menjadi dingin. Orang India mengipasi air agar lebih cepat menguap. Udara
disekitarnya akan menjadi dingin karena air yang menguap mengambil panas dari
sekitarnya.
Peralatan
refrigerasi pada mulanya mempunyai bentuk yang sangat besar untuk kapasitas
yang kecil, mahal biayanya dan sangat tidak efisien. Bahkan pada jaman dahulu,
sebongkah balok es di tempatkan pada rak paling atas dari suatu “lemari es”
untuk mendapatkan efek pendinginan yang diinginkan. Pada abad XVIII, F. Turdor
ratusan ribu ton es melalui kapal yang di dapat dari sungai-sungai dan
danau-danau di Inggris, ke Hindia barat, Amerika selatan, Persia, India. Pada
tahun 1790, di Inggris, Thomas Harris dan John Long menemukan untuk pertama
kali mesin refrigerasi. Pada tahun 1834, di Inggir Jacop Perkins menemukan
mesin refrigerasi yang terdiri dari kompresor tangan, kondensor pendingin air,
katup dan evaporator, di mana refrigerant yang di gunakan adalah ether. Pada
tahun 1860, di Ausralia Dr. James Harrison mengembangkan mesin pendingin untuk
pembuatan bir dengan menggunakan refrigerant ether-belerang.
Pada
tahun 1824, Michael Faraday menemukan prinsip system absorbsi. Pada awal tahun
1890-an teknik refrigerasi sudah mulai berkembang. Pada tahun 1905, Gardner T.
Voorhees, menemukan kompresor efek ganda, di mana gas refrigerant dari dua buah
evaporator yang berbeda, dengan tekanan yang berbeda dapat di alirkan dan di
tekan pada silinder tunggal.
Mesin
refrigerasi domestic mulai muncul tahun 1919. JM Larsen memproduksi lemari es
manual pada tahun 1913. dan pada tahun 1918, Kenvinator memproduksi lemari es
otomatis yang pertama di pasarkan di Amerika. Unit refrigerasi otomatis
“Hermetik” yang pertama di perkenalkan oleh General Elektric pada tahun 1928.
kompresor rotary, kompresor dea tingkat dan kompresor tiga tingkat mulai di
kenal setelah tahun 1910. kompresor banyak tingkat sangat penting untuk
refrigerasi temperatur rendah.
Pada
awal tahun 1920, refrigerasi domestic menjadi salah satu industri yang penting.
Electrolux, yang membuat unit refrigerasi absorbsi otomatis, dan di munculkan
pada tahun 1927. unit refrigerasi otomatis untuk bagian pendingin tata udara muncul
pada tahun itu juga. Pembekuan singkat untuk pengawet makanan dalam jangka
waktu lama di kembangkan sekitar tahun 1923. ini pertanda di mulainya industri
makanan beku yang modern. Pada awal tahun 1930-an, sistem tata udara kendaraan
bermotor mulai berkembang dengan pesat. Sistem refrigerasi dan tata udara makin
lama makin berkembang, mesin refrigerasi makin lama makin efisien, dengan
bentuk yang makin mengecil serta makin rendah pemakaian daya dan biaya
operasinya.
Pada
tahun 1940, hampir semua unit domestic adalah hermetic. Unit-unit komersil juga
telah dibuat dan digunakan baik sebagai system penyimpanan makanan komersil,
pendinginan tata udara untuk auditorium yang besar serta sistem refrigerasi temperatur
rendah yang banyak digunakan dalam kegiatan-kegiatan komersil. Pada tahun 1941,
Ferdinand Carre dari Prancis memperkenalkan pertama kali mesin absorbsi yang di
gerakkan oleh pemanas yang terdiri dari evaporator, generator, kondensor,
absorber dari pompa.
Sampai
saat ini , teknik refrigerasi akan terus berkembang, dan akan banyak lagi
penemuan-penemuan di bidang teknik, pengembangan refrigerasi , pengembangan di
bidang control dan lain-lain. Sistem steam jet dan refrigerasi mekanik mulai
sering digunakan, dan sistem refrigerasi absorbsi mulai digunakan secara luas.
Akhir-akhir ini sistem refrigerasi termoelektrik juga mulai di kembangkan,
walaupun masih dalam skala laboratorium.
Mesin-mesin
pendingin pada dewasa ini semakin banyak dimanfaatkan seirama dengan kemajuan
teknologi dan peningkatan taraf hidup. Penggunaan yang umum adalah untuk
mengawetkan makanan. Pada suhu biasa (suhu kamar) makanan cepat menjadi busuk
(karena pada temperatur biasa bakteri akan berkembang cepat). Sedangkan pada
suhu 4,4oC
atau 40oF
(suhu yang biasa untuk pendinginan makanan), bakteri berkembang sangat lambat
sehingga makanan akan lebih tahan lama. Jadi di sini kita mengawetkan
makanan-makanan tersebut dengan cara mendinginkannya.
Gambar 2.1 Macam-macam mesin pendingin
Kegunaan
lain dari mesin pendingin adalah penyejuk ruangan, mendinginkan minuman (beverage
cooling), untuk membuat es batu, es mambo dan lain-lain. Untuk keperluan
rumah tangga misalnya ibu-ibu biasanya menyimpan susu, sayuran, buah-buahan,
daging dan lain-lain dalam kulkas supaya lebih tahan lama.Untuk mengawetkan
dalam jumlah yang lebih besar misalnya kita temui pada tempat pemotongan
ternak/butcher, untuk penyimpanan udang, ikan laut, dan lain‐lain.
Juga
pada kendaraan-kendaraan pengangkut daging/sayuran/ikan ke tempat-tempat yang
jauh dilengkapi mesin pendingin agar tidak busuk sampai di tempat tujuan.
Demikian pula pada pengangkut yang menggunakan jasa angkutan laut agar
barang-barang tersebut tidak cepat busuk juga didinginkan dengan mesin
pendingin. Di atas sudah diterangkan bahwa selain untuk mengawetkan makanan,
mesin pendingin juga bisa masuk menyejukkan ruangan. Sekarang banyak kita
jumpai gedung-gedung pertemuan, gedung bioskop, kantor-kantor yang ber AC, juga
kereta api, bus, mobil pribadi.
III. CFC dan bahanya serta reaksi kimianya di atmosfer
Selanjutnya
kita bicarakan dulu senyawa ozon. Ozon adalah senyawa dari 3 atom oksigen (O3).
Bandingkan dengan gas oksigen yang merupakan senyawa 2 atom oksigen (O2). Ozon
adalah gas berwarna biru yang daya oksidasinya luar biasa. Oleh sebab itu dalam
industri ozon sering digunakan sebagai penghilang bau dan rasa tengik senyawa
hidrokarbon. Ozon juga merupakan disinfektan yang 5000 kali lebih cepat dan
lebih disukai daripada klor, karena klor meninggalkan bau dan rasa yang tidak
enak. Watak interaksinya dengan sinar UV merupakan hal terpenting dalam
fungsinya sebagai perisai bumi. Ozon mudah menyerap sinar UV, terutama diantara
240-280 nm, dan pecah menjadi
1 atom oksigen (O) dan 1 molekul gas oksigen
(O2) :
O3 + UV àO + O2 (1)
Secara
alamiah ozon ada di mana-mana dalam atmosfir. Di permukaan bumi konsentrasinya
sekitar 0,02-0,03 ppm. Di daerah industri konsentrasinya lebih tinggi, dapat
mencapai 0,5 ppm, karena terjadinya reaksi gas oksigen di udara oleh sinar
matahari dengan hadirnya partikel-partikel asap pabrik : Buletin Ilmiah Univ.
Surabaya Volume 1 no.1 3
O2 +
UV ® O + O
(2)
O + O 2
+ M ® O
3 + M (3)
UV pada
persamaan (2) adalah dari panjang gelombang <240 nm yang lolos masuk ke
troposfir. M adalah partikel asap pabrik yang berlaku sebagai katalis dalam
persamaan (3). Adanya azon di troposfir sebetulnya malah merugikan, karena
selain ozon sendiri tidak baik bagi kesehatan, ia juga berfungsi sebagai salah
satu gas efek rumah kaca yang ikut menaikkan suhu permukaan bumi dewasa ini.
Kontribusi ozon sebagai gas efek rumah kaca adalah sebesar 7 %. Pada
konsentrasi 1,2 ppm ozon sudah dikatakan racun bagi tubuh manusia, ia dapat
menyebabkan iritasi selaput lendir, dada menjadi sakit dan batuk-batuk. Batasan
acuan konsentrasi ozon yang masih dapat dikatakan aman adalah rata-rata 0,1 ppm
dalam sehari. Konsentrasi ozon terhadap ketinggian di dalam atmosfir dapat kita
lihat pada grafik 1 di bawah ini. Konsentrasinya mencapai maksimum pada
ketinggian 15 - 30 km di dalam stratosfir, yaitu rata-rata sekitar 3 x 1012 molekul
per cc, daerah inilah yang kemudian disebut orang sebagai lapisan ozon.
Konsentrasi di lapisan ozon ini setara dengan seperlimajuta kali berat jenis
udara pada keadaan standar (1 atm, 0 C). Demikian kecilnya sehingga jika
seluruh ozon dalam atmosfir dapat kita tarik ke permukaan bumi, tebalnya hanya
2,5 milimeter! (Pasachoff dkk., Earth Science, Scott Foresman & Co., 1983,
p.307).
Secara
keseluruhan ozon dalam atmosfir berfungsi sebagai pemanas atmosfir bagian atas.
Grafik1 : Konsentrasi rata-rata ozon terhadap
ketinggian dari permukaan bumi (Dari D. Cunnold dkk., A three-dimensional dynamic-chemical
model of atmospheric ozone, J.Atmos.Sci., 32:170-194, 1975)
Pada ketinggian yang lebih
besar daripada 60 km, ozon tak berumur panjang akibat tingginya intensitas
UV-jauh. Reaksi kimia yang dominan adalah persamaan reaksi (1) di atas. UV-jauh
hampir seluruhnya tertahan oleh lapisan ozon dengan reaksi (1) ini. Di
dalam lapisan ozon, ozon
yang sudah terpecah oleh UV maupun mekanisme alamiah lainnya dapat pulih
kembali melalui reaksi (3).
Gangguan terhadap
kesetimbangan lapisan ozon
Gangguan yang bersifat
alamiah datang dari reaksi antara molekul ozon dengan atom oksigen yang berasal
dari hasil reaksi (1) dan (2) :
O3 + O à
2 O2 (4)
Efek reaksi (4) ini kecil
sekali, efek yang lebih besar datang dari senyawa-senyawa nitrogen. Di dalam
atmosfer terdapat sejumlah N2O, yang dalam reaksi berantainya melibatkan NO dan
NO2 ikut merusak molekul ozon. Reaksi-reaksi tersebut adalah :
O3 + UV à
O2 + O* (5)
(<310 nm)
O* + N2O à
2 NO (6)
NO + O3 à
NO2 + O2 (7)
NO2 + O à
NO + O2 (8)
O* adalah atom oksigen
yang tereksitasi akibat tumbukan UV. Reaksi berantai senyawa nitrogen ini
diimbangi oleh mekanisme turunnya senyawa nitrogen ke permukaan bumi sebagai
asam nitat bersama hujan melalui reaksi :
NO2 + OH + M à
HNO3 + M (9)
Dengan penggunaan pupuk
nitrat dewasa ini dalam pertanian denitrifikasi oleh bakteria dalam tanah
menghasilkan N2O tambahan ke atmosfir. Belum lagi gas buang hasil pembakaran
yang berupa NO dan NO2, baik pembakaran yang terjadi di atas permukaan
bumi (transportasi, sampah
dan industri) maupun buangan pesawat supersonik (Concorde, TU-144, Boeing 2707)
langsung di dalam stratosfir, semuanya mempercepat erosi lapisan ozon melalui
reaksiberantai di atas. Gas buang NO dan NO2 di udara Surabaya saja sudah mencapai
5650 ton pertahunnya (Kompas 5 Juli 1992, p.3: Status Pencemaran Udara Lima
Kota Besar), atau konsentrasi sekitar 16 mikrogram per meter kubik. Semua mekanisme
nitrogen ini diatasi alam melalui reaksi (9) dan turun sebagai hujan asam,
suatu bahaya baru bagi hutan, dunia pertanian dan kehidupan mikroorganisme. Satu-satunya
peristiwa fisik non-kimiawi yang mengganggu kesetimbangan lapisan ozon adalah
transport ke bawah (troposfir), tetapi besar pengurangannya dapat diabaikan, tidak
sampai 1 %. Hal ini disebabkan sifat stratosfir yang relatif stabil terhadap
aliran udara secara vertikal. Sejak tahun 1970-an para ahli kimia atmosfir
memastikan adanya erosi besarbesaran lapisan ozon oleh senyawa-senyawa klorohidrokarbon
CFC. Atom klor amat reaktif terhadap ozon. CFC betul-betul berasal dari
industri manusia, senyawa ini biasa digunakan sebagai pendingin pada AC dan
refrigerator. CFC yang utama adalah freon-11 (CFCl3) dan freon-12 (CF2Cl2),
keduanya melepaskan atom klor melalui reaksi :
Buletin Ilmiah Univ.
Surabaya Volume 1 no.1 5
CFCl3 + UV (<226 nm) à
CFCl2 + Cl (10)
CF2Cl2 + UV (<214 nm) à
CF2Cl + Cl (11)
Atom klor yang dihasilkan
kemudian bereaksi dengan ozon melalui :
Cl + O3 à
ClO + O2 (12)
Molekul klormonoksida ClO
ini kemudian mengadakan reaksi-reaksi yang kembali menghasilkan atom klor.
Mekanisme berupa siklus reaksi inilah yang mengkhawatirkan keberadaan lapisan
ozon. Amati ketiga reaksi berikut ;
ClO + UV (<303 nm) à
Cl + O (13)
ClO + O à
Cl + O2 (14)
2 ClO à
Cl2O2 à
2 Cl + O2 (15)
Kejadian yang serupa
dengan reaksi (12) dan (15) di atas adalah reaksi antara atom brom dengan ozon
dan ClO dengan BrO, unsur brom ini berasal dari senyawa-senyawa yang digunakan
sebagai pemadam api dan insektisida (CH3Br) :
Br + O3 à
BrO + O2 (16)
ClO + BrO àCl
+ Br + O2 (17)
IV. Refrigan Non-CFC
Dalam
acara pelatihan penggantian gas pendingin yang bersifat merusak ozon ke gas pendingin
yang ramah lingkungan, Senin (26/5) di Jakarta, Manajer Pemasaran Produk Gas-gas
Domestik Pertamina Agus Nugroho mengatakan, Pertamina mulai mengembangkan
hidrokarbon itu sejak 1998 di kilang minyak Plaju, Sumatera Selatan. Namun, produk gas hidrokarbon yang
kemudian diberi nama MUSIcool itu baru diluncurkan pada 2005.
Pemilihan hidrokarbon sebagai refrigeran alternatif ramah
lingkungan pengganti CFC dan HCFC harus memperhatikan beberapa hal diantaranya
titik didih pada tekanan normal , kapasitas volumetrik dan efisiensi energi.
Titik didih harus diperhatikan untuk menjamin apakah tekanan operasi sama
dengan CFC untuk menghindari keperluan penggantian peralatan tekanan tinggi
seperti kompresor. Sifat fisika refrigeran hidrokarbon MUSICOOL berdasarkan
pengujian laboratorium Pertamina, menunjukkan bahwa hidrokarbon MUSICOOL (MC)
mampu menggantikan refrigeran sintetik (CFC, HCFC, HFC) secara langsung tanpa
penggantian komponen sistem refrigerasi. MC-12 menggantikan R-12, MC-22
menggantikan R-22 dan MC-134 menggantikan R-134a. Sifat fisika dan termodinamik
hidrokarbon MUSICOOL memberikan kinerja sistem refrigerasi yang lebih baik,
keawetan umur kompresor, dan hemat energi. Beberapa parameter perbandingan
kinerja MUSICOOL terhadap refrigeran sintetik pada sistem refrigerasi dengan
beban 1 TR pada suhu kondensasi 100 oF dan suhu evaporator 40 oF. serta
memiliki beberapa kelebihan seperti ramah lingkungan, yang ditunjukan
dengan nilai ODP (Ozon Depleting Potential) nol, dan GWP (Global
Worming Potential) yang dapat diabaikan, karakteristik perpindahan kalor
yang baik, kerapatan fasa uap yang rendah, dan kelarutan yang baik dengan
pelumas mineral. pada awal 2006 MUSIcool sudah dinyatakan tak mengandung bahan
perusak ozon oleh Kementerian Negara
Lingkungan Hidup. Saat ini empat produk hidrokarbon yang dinyatakan bebas dari
bahan perusak ozon adalah MC-12, MC-22,
MC-134, dan MC-600.
V.
Syarat – syarat
refrigerant yang baik
Persyaratan
refrigeran (zat pendingin ) untuk unit refrigerasi adalah sebagai berikut :
1.
Tekanan penguapannya harus cukup tinggi. Sebaiknya tekanan refrigeran
memiliki temperature pada penguapan yang lebih tinggi , sehingga dapat
dihindari kemungkinan terjadinya vakum pada evaporator, dan turunnya eficiensi
volumerik karena naiknya perbandingan kompresi
2.
Tekanan pengembunan yang tidak terlampau tinggi. Apabila tekanan
pengembunannya rendah maka perbandingan
kompresinya menjadi semakin rendah sehingga penurunan prestasi kompresor dapat
dihindari , selain itu dengan tekanan kerja yang lebih rendah mesin dapat
bekerja lebih aman karena kemungkna terjadinya kebocoran, kerusakan dan ledakan
menjadi lebih kecil
3.
Kalor laten penguapan harus tinggi. Refrigeran yang memiliki kalor laten
penguapan tinggi lebih menguntungkan karena untuk kapasitas refrigerasi yang
sama, jumlah refrigeran yang bersirkulasi menjadi lebih kecil
4.
Volume spesifik yang cukup kecil. Refrigerant yang memiliki kalor laten
penguapan yang tinggi dan volume spesifik gas yang kecil akan memungkinkan
penggunaan kompresor dengan volume torak yang lebih kecil
5.
Koefisien prestasiharus tinggi. Dari segi karakteristik termodinamika
dari refrigerant, koefisien prestasi merupakan
parameter yang terpenting untuk menekan biaya operasi
6.
Konduktifitas termal yang tinng. Konduktivitas termal sangat penting
untuk menentukan karakteristik pepindahan kalor
7.
Viskositas yang rendah dalam fasa cair maupun fasa gas. Dengan turunnya
tahanan aliran refrigerant dalam pipa kerugian tekanan akan berkurang
8.
Konstanta di elektrika dari refrigerant yang kecil , tahanan listrik yang
besar, serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik ( utamanya
untuk kompresorhermatik )
9.
Refrigerant hendaknya stabil dan tidak bereaksi dengan material yang
dipakai, sehingga tidak menyebabkan korosi
10.
Refrigerant tidak boleh beracun dan berbau merangsang
11.
Refrigerant tidak boleh mudah terbakar dan meledak
12.
Refrigerant harus mudah dideteksi jika terjadi kebocoran
13.
Harganya tidak mahal dan mudah di peroleh
14.
Ramah lingkungan
VI. Kesimpulan
Berdasarkan dari artikel di atas
bisa disimpulkan bahwa refrigerasi dengan menggunakan refrigeran CFC dapat
menyebabkan kerusakan ozon. Sebagai pengganti CFC telah banyak dicipkan refrigerant
yang tidak merusak lingkungan, salah satunya HC (Hidrocarbon) yang
memiliki beberapa kelebihan seperti ramah lingkungan dan tidak mengandung bahan perusak ozon oleh Kementerian Negara Lingkungan Hidup.
No comments:
Post a Comment