Oleh: Arifin, S.Pd, Aristo Hardinata, S.Pd, Soraya Anori, S.Pd, Nadya Meriza, S.Pd
Mesin pendingin merupakan mesin yang berfungsi untuk memindahkan panas dari lingkungan bersuhu rendah ke lingkungan bersuhu tinggi.Mesin pendingin dapat dibayangkan sebagai mesin kalor yang beroperasi secara terbalik (Young, 2002).
Secara skematik, aliran energi kalor pada mesin pendingin dapat digambarkan seperti gambar 1. Kalor yang diserap dari reservoir suhu rendah (Qinput) dan kerja yang dibutuhkan (W) memiliki hubungan matematis:
Rasio antara Qoutput/W, disebut sebagai Koefisien Kinerja (K). Semakin besar rasio ini, semakin baik pendinginnya.
Salah satu mesin pendingin adalah refrigerator atau kulkas. Komponen refrigerator terdiri dari kompresor, kondensor, evaporator, pipa kapiler atau katup eskpansi, filter, thermostat, heater, dan kipas.
1.Prinsip kerja dari mesin pendingin,
Mesin pendingin seperti pada Gambar 1. terdiri dari rangkaian tertutup berisi fluida refrigeran. Fluida refrigeran inibiasanya berupa senyawa Freon.
Kompresor sebagai komponen penggerak fluida digerakkan oleh motor listrik yang membutuhkan energi masukan untuk melakukan kerja (W) setiap siklusnya. Kerja selalu dibutuhkan untuk memindahkan panas dari benda dingin ke benda yang panas. Panas mengalir secara spontan dari benda panas ke benda lebih dingin, dan untuk membalikkan alirannya dibutuhkan kerja dari luar (Young, 2002).
Kompresor menarik fluida dari evaporator dan menurunkan tekanan dievaporator sehingga zat pendingin dapat menguap pada suhu yang lebih rendah. Penurunan tekanan fluida mengakibatkan fluida berubah fasenya dari cair menjadi uap. Proses perubahan fase cair ke fase uap ini membutuhkan energi yaitu energi penguapan, sehingga refrigeran menyerap panas (Qinput) dari sekelilingnya.
Fluida dari evaporator dikirim oleh kompresor ke kumparan kondensor pada tekanan tinggi. Suhu fluida menjadi lebih tinggi dari pada udara disekitar kondensor, maka fluida melepaskan kalor (Qoutput) dan sebagian refrigeran mengembun. Fluida berekspansi secara adiabatik menuju evaporator dengan laju yang dikontrol oleh katup ekspansi.
Siklus refrigeration dalam refrigerator dapat digambarkan melalui diagram P-V seperti gambar 2. Kompresor bekerja secara otomatis yang dikendalikan saklar otomatis. Saklar otomatis ini dapat berupa thermostat yang dikendalikan oleh suhu dan sebagai pengamannya dapat digunakan bimetal yang dikendalikan oleh tegangan listrik.
2.Sistem Kelistrikan dan Saklar Otomatis
Sistem kelistrikan pada refrigerator berfungsi untuk memasok energi listrik pada kompresor dan mengendalikan saklar otomatis. Melalui mekanisme yang sederhana, saat pintu refrigerator terbuka hanya lampu refrigerator yang menyala dan komponen lainnya tidak bekerja. Saat pintu ditutup, arus mengalir ke kompresor, dimulailah siklus pendinginan. Setelah suhu di dalam refrigerator mencapai suhu yang diinginkan, thermostat memutus arus ke kompresor dan memindahkan ke heater. Heater mulai bekerja untuk menghindari terbentuknya bunga es pada ruangan refrigerator (defrost). Heater bekerja sampai suhu ruangan mencapai 4 derajat Celcius. Saat suhu ruangan mulai naik kompresor kembali bekerja mendinginkan ruangan.
3.Aliran Konveksi Kalor dalam Ruang Pendingin
Evaporator sebagai komponen terpenting dalam proses pendinginan udara dalam ruang pendingin diletakkan di bagian atas dalam ruang pendingin. Hal ini berkaitan dengan proses konveksi kalor dalam ruang pendingin. Udara dingin yang telah diserap kalornya oleh evaporator memiliki kerapatan yang lebih tinggi dibanding udara yang relatif lebih hangat. Perbedaan kerapatan mengakibatkan udara yang lebih dingin dapat bergerak ke bawah dan udara yang relatif lebih hangat bergerak naik. Hal inilah yang memungkinkan evaporator dapat mendinginkan semua udara yang ada dalam ruang pendingin.
4.Zat Kimia Pada Mesin Pendingin (Refrigerant)
Didalam mesin pendingin terdapat fluida yang sangat berpengaruh terhadap jalannya mesin pendingin, yang sering disebut refrigerant. Refrigerant adalah zat yang mudah diubah wujudnya dari gas menjadi cair, ataupun sebaliknya. Refrigerant ini berfungsi menyerap panas dari benda atau udara yang ingin didinginkan kedalam sistem dan membawanya, kemudian membuangnya ke bagian udara di sekeliling di luar benda atau udara yang didinginkan. Pada refrigerator sering digunakan Freon sebagai rerfigerannya. Berdasarkan jenis senyawanya, refrigeran dapat dikelompokan menjadi :
1.Kelompok Refrigeran Senyawa Halokarbon contohnya chlorofluorocarbon (CFC),
2.Kelompok Refrigeran Senyawa Organik Cyclic
3.Kelompok Refrigeran Campuran Zeotropik
4.Kelompok refrigeran organik lainnya,
5.Kelompok refrigeran senyawa anorganik,
6.Kelompok refrigeran senyawa organik tak jenuh.
a.Pemilihan Jenis Refrigeran
Sifat kimia refrigeran yang harus diperhatikan antara lain adalah sifat mampu nyala (flammable), tingkat racun, reaksinya terhadap air, minyak pelumas dan material konstruksi/komponen serta terhadap produk yang dibekukan jika terjadi kebocoran refrigeran dari sistem.
b.Efek CFC Terhadap Penipisan Ozon
Senyawa CFC (Freon) merupakan salah satu refrigerant yang banyak digunakan dalam industri karena sifat-sifat kimianya yang bagus untuk pendingin dan harganya murah. Senyawa CFC sangat membahayakan karena berumur panjang. Dampak dari penggunaan CFC akan berjalan dalam waktu yang panjang. Sifat stabil dari CFC yang sangat bermanfaat di bumi ini memberikan peluang baginya untuk merusak lapisan ozon. Masuknya CFC ke atmosfer menimbulkan proses reduksi-oksidasi (redoks) antara ozon dengan unsur-unsur halogen dari senyawa CFC dan yang sejenisnya. CFC yang terdifusi ke stratosfer akan mengalami pemutusan ikatan kimianya oleh radiasi UV menghasilkan atom chlor radikal bebas yang bersifat sangat reaktif, kemudian mengikat sebuah atom oksigen dari molekul ozon (O3) sehingga mengubah ozon tersebut menjadi molekul oksigen (O2), dan ozon akan kehilangan fungsinya sebagai penyaring sinar uv agar tidak langsung ke bumi.
Setiap molekul CFC mampu merusak 100 ribu molekul ozon. Sedangkan senyawa halon (berasal dari unsur halogen) mampu merusak 10 kali lebih efektif dibandingkan dengan CFC. CFC mengurai ozon menjadi oksigen dan sebuah oksigen bebas radikal yang menimbulkan suatu lapisan oksigen sehingga lapisan ozon menjadi semakin tipis yang mudah tertembus sinar ultraviolet dari matahari. Semakin menipisnya lapisan ozon di atmosfer, bahkan sampai berlubang, dapat menimbulkan bencana. Karena manusia akan bermandikan sinar ultraviolet dengan intensitas tinggi yang dapat mengundang penyakit kanker kulit, katarak, serta penurunan sistem kekebalan tubuh
Manfaat dan Dampak Negatif Mesin Pendingin.
Mesin pendingin merupakan alat untuk mengawetkan makanan yang dinilai praktis, murah dan tidak merubah rasa, serta membutuhkan waktu relatif lebih cepat dibandingkan proses pengawetan lainnya. Bakteri-bakteri akan berkembang lebih lambat dalam suhu kurang dari sepuluh derajat celcius dan mati pada titik beku seperti dalam freezer. Sejak ditemukannya kulkas, manusia cenderung menggunakan kulkas untuk mendinginkan dengan menurunkan suhu atau air minum bahkan membekukannya agar terasa lebih segar saat diminum.
Namun berjam-jam menghabiskan waktu di lingkungan ber-AC dapat menyebabkan kulit kehilangan kelembaban sehingga mengakibatkan eksim atau penyakit kulit lainnya. Tubuh yang menghabiskan banyak waktu di lingkungan ber-AC cenderung sulit mentolerir suhu musim panas. Ketidakmampuan tubuh mentolerir suhu panas itu juga bisa meningkatkan kasus kematian akibat cuaca panas. AC juga diketahui bisa dapat menyebarkan penyakit pernapasan seperti Legionnaire, yang bisa sebabkan batuk, demam hingga pneumonia (penyakit paru-paru).
Minum air dingin dapat memperlambat pencernaan, air dingin atau es harus mengalami proses penghangatan oleh tubuh. Bantalan lemak pada perut berperan besar terhadap proses penghangatan ini. Sehingga jika sesorang sering meminum air dingin atau es, maka tubuh akan mengimbanginya dengan mempertebal bantalan lemak pada perut kita agar proses penghangatan berjalan maksimal. Hal inilah yang menyebabkan perut menjadi buncit.
Referensi
Energy Conversion and Heat Engines.www.mpoweruk.com/heat_engines.htm. Diakses tanggal 23 Desember 2013
Fungsi Dan Manfaat Kulkas. http://www.kaskus.co.id/thread/. Diakses 3 Desember 2013 Fungsi Lemari Es. http://sparepartpendingin.wordpress.com/2012/12/14/fungsi
Kulkas. http://idkf.bogor.net/yuesbi/e-DU.KU/edukasi.net/Elektro/Kulkas/semua.html. Diakses 3 Desember 2013.
Manfaat dan kegunaan AC. http://ufoelektronika.com/index.php? option=com_content&view=article&id=622:manfaat dan-kegunaan-ac-air. Diakses 3 Desember 2013
Young & Freedman. 2002. College Physics. San Francisco: Pearson Education, Inc, publishing as Addison-Wesley
