Refrigerant Tunggal dan Campuran (Single Substance & Mixture Refrigerant)

Refrigerant
Refrigerant adalah fluida yang digunakan sebagai media transfer perpindahan kalor dari ruang yang dikondisikan ke luar dari ruangan tersebut atau sebaliknya.

Terdapat 2 kelompok refrigerant jika dilihat dari komposisinya:
1. Refrigerant dengan titik saturasi temperatur tunggal (single substance refrigerant) yaitu refrigerant yang hanya terdiri dari molekul yang similar.
2. Refrigerant dengan beberapa titik saturasi temperatur (mixture refrigerant) yaitu refrigerant yang terdiri dari beberapa molekul yang berbeda. Refrigerant jenis ini merupakan campuran dari beberapa refrigerant tunggal. Sehingga dari pencampuran dengan komposisi tertentu ini terbentuk jenis refrigerant lainnya yang memiliki properties yang berbeda dengan refrigerant penyusunnya.

Apa perbedaan dari kedua kelompok refrigerant ini?
Refrigerant tunggal memiliki satu titik saturasi temperatur, sehingga selain dari perbedaan properties dengan refrigerant penyusunnya, refrigerant campuran ini memiliki beberapa titik saturasi temperatur.

Apa pengaruh saturasi temperatur dalam sistem pendingin?
Saturasi temperatur akan mempengaruhi performa mesin pendingin, yaitu saat proses penguapan refrigerant (evaporasi) di Evaporator dan proses pengembunan (kondensasi) di Kondenser.

Apa yang dimaksud dengan saturasi temperatur?
Saturasi temperatur adalah titik dimana pada kondisi temperatur tersebut, suatu fluida (atau refrigerant dalam pembahasan ini) akan berubah wujudnya dari cair menjadi gas atau dari gas menjadi cair tergantung dari aliran kalornya. Apakah refrigerant tersebut menerima kalor atau melepaskan kalor?.

Jika dalam kondisi saturasi tersebut, refrigerant menerima kalor (seperti yang terjadi di Evaporator). Maka refrigerant akan berubah wujud menjadi bentuk gas/uap. Begitu juga sebaliknya jika refrigerant tersebut melepaskan kalor (seperti yang terjadi di Kondenser). Maka refrigerant akan berubah wujud menjadi cair.

Apa yang mempengaruhi titik saturasi temperatur?
Tekanan akan mempengaruhi titik saturasi temperatur. Kenaikan tekanan sebanding dengan kenaikan saturasi temperaturnya.

Bisa diberikan contohnya, biar lebih jelas?
Air, dalam sistem HVACR lebih dikenal sebagai R-718. Pada umumnya anda akan mengenal atau dijelaskan di sekolah bahwa air akan mendidih pada temperatur 100°C. Tidak salah, tetapi harus diperjelas lagi dengan tekanan yang bekerja pada air tersebut. Air akan mendidih pada temperatur 100°C apabila tekanannya 1 atmosfir. Jika air bertemperatur 100°C dan bertekanan 1 atm tersebut dipanaskan maka wujudnya akan berubah menjadi gas/uap (Air ber-evaporasi, berubah wujud dari bentuk cair menjadi gas). Tetapi jika didinginkan, maka air tersebut akan berubah menjadi cair (air ber-kondensasi atau berubah wujud dari gas menjadi cair). Jadi, 1oo°C adalah titik saturasi temperatur air pada tekanan 1 atm. Titik saturasi dalah masa transisi diantara cair dan gas. Kalor yang digunakan dalam proses perubahan wujud ini (baik cair menjadi gas atau sebaliknya) disebut kalor LATENT.

Apa kalor latent itu?
Kalor latent adalah kalor yang digunakan untuk proses perubahan wujud suatu zat/fluida tanpa merubah temperaturnya. Jadi perubahan wujud ini berlangsung pada temperatur yang konstan.

Apa hubungannya saturasi temperatur dengan refrigerant dengan komposisi tunggal dan refrigerant campuran?
Refrigerant dengan komposisi tunggal memiliki satu titik saturasi, sedangkan refrigerant campuran memiliki lebih dari 2 titik temperatur saturasi (tergantung berapa banyak refrigerant tunggal yang dicampurkan).

Bagaimana bisa terjadi perbedaan temperatur saturasi dalam satu jenis refrigerant campuran, misalnya R-404A?
Refrigerant R-404A tersusun dari tiga jenis refrigerant tunggal yaitu: R-125 (44%) + R-143a (52%) + R-134a (4%). Setiap refrigerant penyusun R-404A tersebut memiliki titik saturasi yang berbeda. Pada tekanan 1 atm, titik didihnya adalah: R-125 = -48.45 °C R-143a = -47.6 °C R-134a = -26.3 °C. Jika kalor ditambahkan pada refrigerant R-404A maka R-125 lebih dulu mendidih dan kemudian menguap diiringi oleh R-143a dan terakhir R-134a. Sebaliknya jika refrigerant tersebut melepaskan kalor, maka R-134a akan lebih dulu mencair.

Pada kondisi seperti apa refrigerant campuran (mixture refrigerant) tersebut bercampur dengan baik, sehingga komposisinya stabil?
Dalam bentuk cairan, ketiga jenis refrigerant tersebut akan bercampur dengan baik, sehingga komposisinya akan tetap terjaga.

Refrigerant apa saja yang termasuk dalam kelompok refrigerant tunggal (single substance)?
Berikut adalah beberapa jenis refrigerant yang termasuk kategori refrigerant dengan titik saturasi temperatur tunggal: R-11, R-113, R-114, R-12, R-123, R-134a, R-143a, R-14, R-152, R-21, R-22, R-23, R-C318, R-1150, R-1270, R-170, R-290, R-50, R-600, R-600a, R-717, R-718, R-728, R-732, R-740, R-744, R-32, R-1234yf, dll.

Refrigerant apa saja yang termasuk dalam kelompok refrigerant campuran (mixture refrigerant)?
Berikut adalah beberapa jenis refrigerant yang termasuk kategori refrigerant campuran: R-401A, R-401B, R-401C, R-402A, R-402B, R-404A, R-406A, R-407A, R-407B, R-407C, R-408A, R-409A, R-410A, R-410B, R-500, R-502, R-507, R-508A, R-729, dll.

Bagaimana teknis pengisian refrigerant ke sistem pendingin?
Pada dasarnya pengisian refrigerant ke sistem pendingin dilakukan dari daerah liquid line, yaitu daerah diantara kondenser dan inlet expansi. Dalam keadaan sistem dimatikan/off, refrigerant (baik single substance atau mixture) dimasukkan ke sistem dalam bentuk cair dan ditimbang sesuai dengan kebutuhannya (lihat di name plate dan aturan penambahan refrigerant sesuai rekomendasi manufaktur).

Bukankah pengisian refrigerant ke sistem bisa dilakukan dalam bentuk gas dari daerah suction?
Untuk unit-unit berkapasitas besar tidak disarankan pengisian dari suction line karena saat proses pengisian yang lambat bisa merusak Kompresor (motor mengalami overheating atau kompresor kekurangan pelumas karena tekanan pelumas menjadi sangat rendah), terutama untuk jenis Kompresor Hermetic dan Semi-Hermetic. Sedangkan untuk unit berkapasitas kecil dibawah 3hp masih bisa dilakukan pengisian dari suction line dalam bentuk gas (walaupun rekomendasi pengisiannya tetap dari liquid line dalam bentuk cairan).

Apa yang membedakan teknis pengisian refrigerant tunggal dengan campuran?
Dalam hal pengisian ataupun penambahan, refrigerant single substance tidak terlalu bermasalah dengan masuknya refrigerant dalam bentuk cair atau gas. Yang penting diperhatikan hanya dimana harus mengisi refrigerant cairan dan dimana harus mengisi refrigerant dalam bentuk gas. Berbeda dengan refrigerant campuran, baik pengisian ataupun penambahannya harus dilakukan dalam bentuk cair agar komposisi refrigerant campuran tersebut tidak berubah. Penambahan refrigerant campuran dalam bentuk cair harus dilakukan hati-hati dari sisi suction line, jika tidak, proses penambahan refrigerant bisa merusak ke Kompresor.

Bagaimana jika pengisian refrigerant campuran tersebut dilakukan dalam bentuk gas?
Sebagai contoh R-404A merupakan campuran dari R-125 (44%) + R-143a (52%) + R-134a (4%). Ketiga jenis refrigerant tersebut memiliki titik saturasi yang berbeda-beda. Pada tekanan atmosfir, titik didihnya adalah: R-125 = -48.45 °C R-143a = -47.6 °C R-134a = -26.3 °C. Dalam bentuk cairan ketiga jenis refrigerant penyusun R-404A bercampur dengan sempurna. Sehingga komposisi refrigerant tidak berubah ketika keluar dalam bentuk cairan. Tetapi kalau refrigerant keluar dalam bentuk gas, refrigerant yg memiliki titik saturasi yang paling rendah akan keluar terlebih dahulu, kemudian diakhiri dengan refrigerant yang memiliki titik didih tertinggi, dalam kasus R-404A, refrigerant R-125 akan keluar terlebih dahulu, diikuti R-143a kemudian R-134a, dengan demikian komposisi refrigerant akan berubah. Dalam sistem yang diisi R-404A dalam bentuk gas, komposisi R-125 akan lebih besar (lebih dari 44%) dan dalam tabung yang tersisa, komposisi R-134a akan lebih besar (lebih dari 4%). Akibatnya temperature-pressure relationship-nya ataupun thermal properties-nya akan berubah. Hal ini mengakibatkan turunnya performa mesin pendingin. Selain itu kita juga akan mengalami kesulitan untuk menentukan titik kerja/ tekanan kerja pada sistem yang bersangkutan, dikarenakan terjadi pergeseran hubungan antara temperatur dan tekanannya.

Apakah saat pengisian, agar refrigerant cair yang keluar harus dengan cara membalik posisi tabung?
Perhatikan dalam tabung refrigerant, biasanya terdapat anak panah tertulis "THIS END UP FOR GAS" maksudnya jika bagian yang ditandai arah anak panah tersebut berada diposisi atas maka refrigerant yang keluar dalam bentuk gas. Dan pada arah yang berlawanan tertulis "THIS END UP FOR LIQUID" maksudnya jika bagian yang ditandai arah anak panah tersebut berada diposisi atas maka refrigerant yang keluar dalam bentuk cairan.
Jika tabung yang tidak menggunakan dip stick (pipa penghubung valve dengan dasar tabung), maka tabung harus dibalik untuk mengeluarkan refrigerant dalam bentuk cair. Sedangkan yang dilengkapi dengan dip stick, maka tabung tidak perlu dibalik.
Jadi selalu perhatikan marking yang ada di tabung tersebut.

Bagaimana jika terjadi kebocoran dalam sistem yang menggunakan refrigerant campuran? Bukankah akan terjadi perubahan komposisi karena ada perbedaan temperatur saturasi?
Jika terjadi kebocoran di daerah liquid, maka setelah perbaikan (jika refrigerant yang tersisa bisa diisolasi selama perbaikan) maka tinggal menambahkan kekurangan refrigerant-nya dalam bentuk liquid, karena jika terjadi bocor di daerah liquid tidak akan merubah komposisi refrigerant.
Jika terjadi kebocoran di daerah evaporator / gas line maka sebaiknya refrigerant yang tersisa di recovery dan diganti dengan yang baru, karena jika terjadi kebocoran di daerah ini komposisi refrigerant akan berubah, refrigerant yang memiliki boiling point lebih rendah akan keluar lebih dulu di area yang bocor tersebut.