Teori Refrigerasi
A. Kalor
Kalor adalah salah satu bentuk energi yang tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Kalor dapat diubah bentuknya menjadi energi lain. Kalor adalah energi yang berpindah jika terdapat perbedaan temperatur. Kalor akan mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah. Kejadian ini akan terus berlangsung sampai diperoleh keseimbangan temperatur (termal).
Temperatur adalah tingkatan atau derajat panas atau dingin dari suatu benda yang umumnya diukur dalam satuan derajat Fahrenheit (oF) atau Celcius (oC), seperti ditunjukkan oleh Gambar 1.1.
Jika kalor ditambahkan pada suatu benda maka temperatur benda itu akan naik. Begitu pula sebaliknya jika kalor dikurangi/dipindahkan dari suatu benda maka temperatur benda itu akan turun atau menjadi rendah. Temperatur rendah itulah yang disebut dingin.
Sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 1.2, proses perpindahan kalor pada suatu zat terjadi dengan tiga cara yaitu konduksi, konveksi dan radiasi.
Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat yang sama tanpa disertai perpindahan bagian-bagian dari zat itu. Contoh: besi yang dipanaskan.
Konveksi adalah perpindahan kalor melalui media gas atau cairan, sebagai contoh udara di dalam lemari es dan air yang dipanaskan di dalam cerek.
Radiasi adalah perpindahan kalor dari suatu bagian yang yang lebih tinggi suhunya ke bagian lain yang lebih rendah suhunya tanpa melalui zat perantara, contohnya: cahaya matahari, panas lampu dan tungku api. Perpindahan kalor secara radiasi hanya dapat terjadi melalui gas, benda yang transparan, dan ruang yang hampa udara (vacum).
Pada sistem refrigerasi dan air conditioning, satuan energi kalor dinyatakan dalam British Thermal Unit (BTU). BTU adalah sejumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 pon air sebesar 1 oF. Air digunakan sebagai standar untuk menghitung jumlah kalor. Pada gambar 1.3 ditunjukkan ilustrasi dari proses penambahan kalor pada air.
Pada penggunaannya dikenal dua istilah kalor yaitu kalor sensibel dan kalor laten.
Kalor sensibel adalah kalor yang dapat diukur, kalor yang menyebabkan terjadinya kenaikkan/penurunan temperatur.
Kalor laten adalah kalor yang diperlukan untuk merubah phasa benda, mulai dari titik lelehnya atau titik didihnya atau titik bekunya sampai benda itu berubah phasa secara sempurna, tetapi temperaturnya tetap.
Selengkapnya....
Kalor laten yang diperlukan untuk merubah phasa padat ke cair disebut kalor laten fusi
(latent heat of fusion).
Kalor laten yang diperlukan untuk merubah phasa cair ke padat
disebut kalor laten pembekuan (latent heat of freezing).
Kalor laten yang diperlukan
untuk merubah phasa cair ke gas (uap) disebut kalor laten penguapan (latent heat of
vaporization) dan
kalor laten yang diperlukan untuk merubah phasa gas ke cair disebut
kalor laten pengembunan (latent heat of condensation). Besaran nilai kalor laten dan
sensible dari air untuk berubah wujud dan temperaturnya ditunjukkan oleh Gambar 1.4.
B. Zat (Benda)
Wujud (phasa) benda yang ada dipermukaan bumi terdiri atas tiga keadaan yaitu padat, cair dan gas. Diantara ketiganya itu terdapat perbedaan sebagai berikut:
Padat memiliki bentuk dan isi yang tetap karena molekul-molekulnya saling merapat satu sama lain. Cair isinya tetap dan bentuknya berubah-ubah menyesuaikan dengan tempatnya. Gas bentuk dan isinya selalu berubah-ubah.
Beberapa proses perubahan phasa benda adalah sebagai berikut :
1. Membeku, yaitu perubahan dari cair ke padat
2. Mencair, yaitu perubahan dari padat ke cair
3. Menguap, yaitu perubahan dari cair ke gas (uap)
4. Mengembun, yaitu perubahan dari uap ke cair
5. Menyublim, yaitu perubahan dari padat ke uap tanpa melalui proses perubahan ke
cair.
6. Mengendap (deposition) yaitu perubahan dari gas ke padat tanpa melalui proses
perubahan ke cair.
Pada sistem refrigerasi dan tata udara proses perubahan phasa benda sangat berperan besar, secara khusus dilakukan oleh refrigeran. Refrigeran adalah bahan pendingin berupa fluida yang digunakan untuk menyerap kalor melalui perubahan phasa cair ke gas (menguap) dan membuang kalor melalui perubahan phasa gas ke cair (mengembun).
C. Hukum konservasi energi
Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, tapi dapat diubah bentuknya menjadi bentuk energi lain.
Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa perpindahan energi panas berlangsung jika terdapat perbedaan-perbedaan temperatur. Panas itu akan mengalir dari benda bertemperatur tinggi ke benda bertemperatur rendah, kejadian ini akan berlangsung sampai dicapai keseimbangan temperatur.
1. Jumlah panas
Ukuran jumlah panas dinyatakan dalam British thermal unit (Btu). Air digunakan sebagai standar untuk menghitung jumlah panas, karena untuk menaikkan temperatur 1o F untuk tiap 1 lb air diperlukan panas 1 Btu (pada permukaan air laut). Dua Btu artinya menaikkan temperatur air sebanyak 1 lb untuk 2o F atau menaikkan temperatur air sebanyak 2 lb sebesar 1o F.
Untuk menghitung kapasitas BTU yang diperlukan, Anda dapat menggunakan rumus berikut: BTU = Volume Ruangan (kaki kubik) × Perubahan Suhu yang Diinginkan × 0.133
2. Humidity (Kelembaban)
Kelembaban adalah ukuran kandungan uap air di udara. Semakin banyak uap air di udara, maka semakin tinggi kelembabannya. Ada dua jenis kelembaban:
1. Kelembaban Relatif: Ini adalah perbandingan antara jumlah uap air yang sebenarnya ada di udara dengan jumlah maksimum uap air yang dapat ditampung oleh udara pada suhu tertentu. Kelembaban relatif dinyatakan dalam persentase (%). Contoh: Jika kelembaban relatif 80%, artinya udara mengandung 80% dari jumlah maksimum uap air yang dapat ditampung pada suhu tersebut.
2. Kelembaban Absolut: Ini adalah jumlah sebenarnya uap air dalam suatu volume udara tertentu. Kelembaban absolut biasanya dinyatakan dalam gram per meter kubik (g/m³). Contoh: Jika kelembaban absolut 10 g/m³, artinya dalam setiap meter kubik udara terdapat 10 gram uap air.
3. Hubungan temperatur-volume pada tekanan konstan
Hubungan temperatur-volume pada tekanan konstan adalah berbanding lurus. Artinya, jika suhu gas naik, maka volumenya juga akan naik. Sebaliknya, jika suhu gas turun, maka volumenya juga akan turun.Hubungan ini disebut Hukum Charles
Hubungan ini dapat didemonstrasikan dengan meniup balon dan memasukkannya ke dalam freezer. Setelah beberapa menit, balon akan menyusut karena udara di dalamnya menjadi dingin
4. Hubungan tekanan-volume pada temperatur konstan
Hukum Boyle menyatakan bahwa tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya pada temperatur konstan.
Artinya: Jika tekanan suatu gas ditingkatkan, maka volumenya akan berkurang. Sebaliknya, jika tekanan diturunkan, maka volumenya akan bertambah.
Mengapa demikian? Bayangkan sebuah gas dalam sebuah wadah tertutup. Ketika kita menekan gas, kita memaksa partikel-partikel gas untuk menempati ruang yang lebih kecil. Akibatnya, partikel-partikel gas akan lebih sering bertumbukan dengan dinding wadah, sehingga tekanan gas meningkat.
5. Hubungan tekanan-temperatur pada volume konstan
Hubungan antara tekanan dan suhu pada volume konstan adalah berbanding lurus. Hal ini dapat dijelaskan dengan Hukum Gay-Lussac.
Semakin tinggi suhu suatu gas dalam wadah tertutup dengan volume tetap, maka tekanan gas tersebut juga akan semakin tinggi. Sebaliknya, jika suhu diturunkan, tekanan gas juga akan menurun.
Mengapa demikian? Hal ini terjadi karena ketika suhu dinaikkan, partikel-partikel gas akan bergerak lebih cepat dan lebih sering bertumbukan dengan dinding wadah. Tumbukan yang lebih sering dan lebih kuat ini akan meningkatkan tekanan pada dinding wadah.
