Dunia teknik pendingin dan tata udara (HVAC) tidak lepas dari penggunaan refrigeran. Salah satu yang paling populer adalah R134a (Tetrafluoroethane). Bagi mahasiswa teknik atau teknisi pemula, memahami karakteristik zat ini melalui latihan soal adalah cara tercepat untuk menguasai siklus refrigerasi kompresi uap.

Artikel ini akan mengupas tuntas berbagai variasi soal R134a, mulai dari pembacaan tabel saturasi hingga perhitungan performa sistem (COP).

Mengenal Karakteristik R134a

Sebelum masuk ke soal, Anda harus memahami bahwa R134a adalah refrigeran HFC (Hydrofluorocarbon) yang tidak merusak lapisan ozon. Dalam perhitungan termodinamika, kita akan sering berurusan dengan tiga parameter utama:

1. Tekanan (P) dalam satuan kPa atau bar.
2. Suhu (T) dalam satuan derajat Celsius (°C).
3. Entalpi (h) dalam satuan kJ/kg, yang menunjukkan kandungan energi panas.

Contoh Soal 1: Membaca Tabel Saturasi R134a

Seorang teknisi mengukur tekanan pada evaporator sebuah kulkas yang menggunakan R134a. Tekanan terukur adalah 0.20 MPa (200 kPa). Tentukan suhu penguapan (saturation temperature) dan nilai entalpi uap jenuh ($h_g$) pada kondisi tersebut.

Pembahasan:

Langkah pertama adalah melihat Tabel Properti R134a (Saturated R134a – Pressure Table).

1. Cari Nilai Tekanan: Cari angka 200 kPa pada kolom tekanan.
2. Tentukan Suhu: Pada tekanan 200 kPa, suhu saturasi ($T_{sat}$) biasanya berada di kisaran $-10.09^\circ C$.
3. Cari Entalpi Uap ($h_g$): Lihat kolom entalpi untuk uap jenuh (Saturated Vapor). Anda akan menemukan nilai sekitar $244.46 \text{ kJ/kg}$.

Kesimpulan: Pada tekanan 200 kPa, R134a akan mendidih/menguap pada suhu $-10.09^\circ C$.

Contoh Soal 2: Menghitung Efek Pendinginan (Refrigeration Effect)

Sebuah sistem AC mobil menggunakan R134a. Refrigeran masuk ke evaporator dengan entalpi $h_{in} = 105 \text{ kJ/kg}$ dan keluar dari evaporator menuju kompresor dengan entalpi $h_{out} = 250 \text{ kJ/kg}$. Hitunglah efek pendinginan yang dihasilkan per kilogram refrigeran.

Pembahasan:

Efek pendinginan adalah selisih energi yang diserap oleh refrigeran saat melewati evaporator.

Rumus:

$$q_{evap} = h_{out} – h_{in}$$

Perhitungan:

$$q_{evap} = 250 \text{ kJ/kg} – 105 \text{ kJ/kg}$$

$$q_{evap} = 145 \text{ kJ/kg}$$

Artinya, setiap 1 kg R134a yang bersirkulasi mampu menyerap panas sebesar 145 kJ dari dalam kabin mobil.

baca juga:Rektor Universitas Teknokrat Indonesia, Kampus Terbaik di Lampung Pimpin Doa untuk Para Syuhada Ijtimak Ulama di Masjid Al-Hijrah

Contoh Soal 3: Kerja Kompresor (Work of Compression)

Pada sistem yang sama dengan soal nomor 2, refrigeran masuk ke kompresor dengan entalpi $h_1 = 250 \text{ kJ/kg}$. Setelah dikompresi, refrigeran keluar menuju kondensor dengan entalpi $h_2 = 285 \text{ kJ/kg}$. Hitunglah kerja yang dibutuhkan kompresor.

Pembahasan:

Kerja kompresor adalah usaha yang diberikan mesin untuk menaikkan tekanan refrigeran.

Rumus:

$$w_c = h_2 – h_1$$

Perhitungan:

$$w_c = 285 \text{ kJ/kg} – 250 \text{ kJ/kg}$$

$$w_c = 35 \text{ kJ/kg}$$

Kompresor membutuhkan energi sebesar 35 kJ untuk setiap kilogram refrigeran yang dipompa.

Contoh Soal 4: Menghitung COP (Coefficient of Performance)

Berdasarkan data dari Soal 2 dan Soal 3, hitunglah nilai COP dari sistem pendingin tersebut.

Pembahasan:

COP adalah parameter efisiensi sistem pendingin. Semakin tinggi nilai COP, semakin efisien sistem tersebut.

Rumus:

$$COP = \frac{\text{Efek Pendinginan}}{\text{Kerja Kompresor}}$$

$$COP = \frac{q_{evap}}{w_c}$$

Perhitungan:

$$COP = \frac{145}{35}$$

$$COP = 4.14$$

Analisis: Nilai 4.14 termasuk sangat baik untuk sistem pendingin udara, yang berarti energi panas yang dipindahkan 4 kali lebih besar daripada energi listrik yang digunakan.

Contoh Soal 5: Menentukan Kondisi Subcooled dan Superheated

Data lapangan menunjukkan R134a berada pada tekanan 800 kPa dengan suhu terukur $35^\circ C$. Berdasarkan tabel, suhu saturasi pada 800 kPa adalah $31.31^\circ C$. Tentukan fase refrigeran tersebut dan hitung derajat subcooling-nya.

Pembahasan:

1. Analisis Fase: Karena suhu aktual ($35^\circ C$) lebih tinggi dari suhu saturasi ($31.31^\circ C$), maka refrigeran berada dalam kondisi Superheated Vapor (Uap Panas Lanjut).
2. Catatan: Jika suhu aktual lebih rendah dari suhu saturasi (misal $25^\circ C$), maka disebut Subcooled Liquid.

Menghitung Derajat Superheat:

$$\Delta T_{sh} = T_{actual} – T_{sat}$$

$$\Delta T_{sh} = 35 – 31.31 = 3.69^\circ C$$

Strategi Mengerjakan Soal R134a bagi Pemula

Agar mahir dalam mengerjakan soal-soal termodinamika R134a, ikuti langkah-langkah berikut:

1. Gunakan Diagram P-h: Selalu gambar siklus refrigerasi pada diagram Pressure-Enthalpy (P-h). Ini membantu Anda memvisualisasikan di mana titik evaporator, kompresor, kondensor, dan katup ekspansi.
2. Perhatikan Satuan: Pastikan tekanan dalam kPa jika tabel Anda menggunakan kPa. Jika menggunakan Bar, konversikan dulu ($1 \text{ Bar} = 100 \text{ kPa}$).
3. Pahami Titik-Titik Kunci:
   • Titik 1: Keluar Evaporator (Uap Jenuh)
   • Titik 2: Keluar Kompresor (Uap Superheated)
   • Titik 3: Keluar Kondensor (Cair Jenuh)
   • Titik 4: Keluar Katup Ekspansi (Campuran Cair-Uap)

Pentingnya Mengetahui Laju Aliran Massa ($m$)

Dalam soal yang lebih kompleks, Anda akan diminta menghitung kapasitas pendinginan total dalam satuan Watt atau kW.

Rumus:

$$\dot{Q} = \dot{m} \times (h_{out} – h_{in})$$

Jika laju aliran massa R134a adalah $0.05 \text{ kg/s}$, maka kapasitas pendinginan dari contoh soal 2 adalah:

$$\dot{Q} = 0.05 \times 145 = 7.25 \text{ kW}$$

baca juga:Rektor Universitas Teknokrat Indonesia, Kampus Terbaik di Lampung, Sampaikan Duka Mendalam atas Gugurnya 19 Prajurit Marinir Beruang Hitam

Penutup

Memahami perhitungan R134a adalah fondasi bagi siapa saja yang ingin serius di bidang teknik pendingin. Dengan menguasai pembacaan tabel dan rumus dasar entalpi, Anda dapat mendiagnosis kerusakan sistem atau merancang mesin pendingin yang efisien.

penulis:rinaldy