13015-7-728212399269

7/25/2019 13015-7-728212399269

1/11

MODUL 7 TERMODINAMIKA TERAPAN IR.YURIADI KUSUMA M.Sc.

MODUL 7

SISTEM REFRIGERASI

Pendahuluan

Refrigerasi merupakan suatu proses penarikan kalor dari suatu benda/ruangan ke lingkungansehingga temperatur benda/ruangan tersebut lebih rendah dari temperatur lingkungannya. Kinerjamesin refrigerasi kompresi uap ditentukan oleh beberapa parameter, diantaranya adalah kapasitas

pendinginan kapasitas pemanasan,daya kompresi, koefisien kinerja dan faktor kinerja.Sesuaidengan konsep kekekalan energi, panas tidak dapat dimusnahkan tetapi dapatdipindahkan.Sehingga refrigerasi selalu berhubungan dengan proses-proses aliran panas dan

perpindahan panas.Pada dasarnya sistem refrigerasi dibagi menjadi dua, yaitu:

1. Sistem refrigerasi mekanik

Sistem refrigerasi ini menggunakan mesin-mesin penggerak atau dan alat mekanik lain dalammenjalankan siklusnya. ang termasuk dalam sistem refrigerasi mekanik di antaranya adalah:

a. Siklus Kompresi !ap "SK!#

b. Refrigerasi siklus udara

$. Kriogenik/refrigerasi temperatur ultra rendah

d. Siklus sterling

%ambar &.1 Skema siklus kompresi uap

Pada siklus kompresi uap, di e'aporator refrigeran akan (menghisap) panas dari lingkungansehingga panas tersebut akan menguapkan refrigeran. Kemudian uap refrigeran akan dikompresoleh kompresor hingga men$apai tekanan kondensor, dalam kondensor uap refrigerandikondensasikan dengan $ara membuang panas dari uap refrigeran ke lingkungannya. Kemudian

Termodinamika TerapanIr. Yuriadi Kusuma, M.Sc.

Pusa Pen!em"an!an #a$an A%arUniversitas Mercu Buana

&'( 1

7/25/2019 13015-7-728212399269

2/11


refrigeran akan kembali di teruskan ke dalam e'aporator. *alam diagram P-h siklus kompresiuap ideal dapat dilihat dalam gambar berikut ini.

%ambar &.& *iagram P + h siklus kompresi uap ideal

Proses-proses yang terjadi pada siklus kompresi uap seperti pada gambar &.& diatas adalahsebagai berikut:

a. Proses kompresi "1-

Proses ini dilakukan oleh kompresor dan berlangsung se$ara isentropik adiabatik. Kondisi a alrefrigeranpada saat masuk ke dalam kompresor adalah uap jenuh bertekanan rendah, setelahmengalami kompresi refrigeranakan menjadi uap bertekanan tinggi. Karena proses ini

berlangsung se$ara isentropik, maka temperatur ke luar kompresor pun meningkat. esarnyakerja kompresi per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

qw= h1 h2

dimana : besarnya kerja kompresor "k0/kg#h1 entalpi refrigeran saat masuk kompresor "k0/kg#h& entalpi refrigeran saat keluar kompresor "k0/kg#



&'( 2

7/25/2019 13015-7-728212399269

3/11


b. Proses kondensasi "&- #

Proses ini berlangsung didalam kondensor. Refrigeran yang bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi yang berasal dari kompresor akan membuang kalor sehingga fasanya berubah menjadi$air. 2al ini berarti bah a di dalam kondensor terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan

lingkungannya "udara#, sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin yangmenyebabkan uap refrigeran mengembun menjadi $air. esar panas per satuan massa refrigeranyang dilepaskan di kondensor dinyatakan sebagai:

qc = h2 h3

dimana : $ besarnya panas dilepas di kondensor "k0/kg#h1 entalpi refrigeran saat masuk kondensor "k0/kg#h& entalpi refrigeran saat keluar kondensor "k0/kg#

$. Proses e3pansi " -4#

dimana : besarnya kerja kompresor "k0/kg#h1 entalpi refrigeran saat masuk kompresor "k0/kg#h& entalpi refrigeran saat keluar kompresor "k0/kg#

$. Proses e3pansi " -4#

ter$apai.!ntuk menentukan harga entalpi pada masing-masing titik dapat dilihat dari tabel sifat-sifat refrigeran. Setelah melakukan perhitungan untuk beberapa jenis refrigerant yang seringdipakai di 5ndonesia, didapat nilai 67P " Coefficient of Performance) sebagai fungsi temperatur kondensasi ditampilkan pada 8abel &.1

8abel 1 9ilai 67P dari beberapa jenis refrigerant



&'( 3

7/25/2019 13015-7-728212399269

4/11


Re !"#e!an$

Refrigerant adalah fluida kerja utama pada suatu siklus refrigerasi yang bertugas menyerap panas pada temperatur dan tekanan rendah dan membuang panas pada temperatur dan tekanan tinggi.!mumnya refrigerant mengalami perubahan fasa dalam satu siklus. edia pendingin " cooling media # adalah media yang digunakan untuk mengantarkan efek refrigerasi ke tempat yangmembutuhkan. 2al ini dapat dijelaskan sebagai berikut. Sistem pendingin udara pada unit yang

besar, seperti bangunan komersial, menempatkan siklus pendingin

terpusat pada suatu tempat. *an ruangan yang menggunakan efek refrigerasi relatif jauh dari unitini, untuk keperluan ini adalah lebih baik menggunakan medium lain daripada harusmensirkulasikan refrigerant ke tiap ruangan. edium yang lain inilah yang disebut medium

pendingin atau sering juga diistilahkan refrigerant sekunder. edium yang umum digunakanadalah air, glycol , dan larutan garam. 6airan absorbent " liquid absorbent # adalah $airan yangdigunakan untuk menyerap uap refrigerant. 5stilah ini hanya dijumpai pada siklus absorpsi.6ontoh yang umum dijumpai adalah lithium bromida dan ammonia.

Ta$ana%a Re !"#e!an$

!mumnya refrigerant mempunyai nama kimia yang $ukup panjang dan kompleks, misalnya66l&;66l;&. *uPont mengusulkan sistem penamaan dengan menyingkat dengan huruf depan

7/25/2019 13015-7-728212399269

5/11


&. Angka kedua dari kanan adalah jumlah atom 2idrogen ditambah 1. Angka ketiga dari kanan adalah jumlah atom Karbon dikurangi 1 "0ika nol tidak dipakai#

4. Angka keempat dari kanan adalah jumlah ikatan unsaturated karbonkarbon senya a "0ika noltidak digunakan#

tambahan:

a. 0ika atom romin ada pada tempat Klorin, rumus yang sama dapat digunakan denganmenambahkan huruf setelah nama induknya. 2uruf diikuti dengan angka yang mengatakan

jumlah atom romin yang ada. b. 2uruf ke$il yang mengikuti nama suatu refrigerant " isalnyahuruf =a= pada R 1 4a# adalahmenyatakan ke$enderungan isomer simetri yang terbentuk. !rutannya dimulai dari a, b, dan $.2uruf $ menyatakan ketidak simetrian.

6ontoh:1. 626l;& "Atom ; &, Atom 2B1 &, Atom 6 + 1 C# *itulis R-&&.&. 66l ; "Atom ; 1, Atom 2B1 1, Atom 6-1 C# *itulis R-11.

. 6; 62&; "Atom ; 4, Atom 2B1 , Atom 6-1 1# *itulis R-1 4a, karena kehadiran polimer yang $enderung simetri.

&ea%anan Re !"#e!an$ Refrigerant diran$ang untuk ditempatkan didalam siklus tertutup atau tidak ber$ampur denganudara luar. 8etapi, jika ada kebo$oran karena sesuatu hal yang tidak diinginkan, maka refrigerantakan keluar dari system dan bisa saja terhirup manusia. !ntuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan maka refrigerant harus dikategorikan aman atau tidak aman. Ada dua faktor yang

digunakan untuk mengklassifikasikan refrigerant berdasarkan keamanan, yaitu bersifat ra$un"toxicity # dan bersifat mudah terbakar " flammability #. erdasarkan toxicity , refrigerants dapatdibagi dua kelas, yaitu kelas A bersifat tidak bera$un pada konsentrasi yang ditetapkan dan kelas

jika bersifat ra$un. atas yang digunakan untuk mendefinisikan sifat ra$un atau tidak adalahsebagai berikut.

Refrigerant dikategorikan tipe A jika pekerja tidak mengalami gejala kera$unan meskipun bekerja lebih dari D jam/hari "4C jam/minggu# di lingkungan yang mengandung konsentrasirefrigerant sama atau kurang dari 4CC ppm " part per million by mass #. Sementara kategori adalah sebaliknya. erdasarkan flammability, refrigerant dibagi atas kelas, kelas 1, kelas &, dankelas . ang disebut kelas 1 jika tidak terbakar jika diuji pada tekanan 1 atm "1C1 kPa#temperature 1D, C6. Kelas & jika menunjukkan keterbakaran yang rendah saat konsentrasinyalebih dari C,1 kg/m pada 1 atm &1.1C6 atau kalor pembakarannya kurang dari 1> 0/kg. Kelas

sangat mudah terbakar. Refrigerant ini akan terbakar jika konsentrasinya kurang dari C,1 kgkg/m atau kalor pembakarannya lebih dari 1> 0/kg. erdasarkan defenisi ini, sesuai standard

4-1>>E, refrigerants diklassifikasikan menjadi @ kategori, yaitu:

1. A1: Sifat ra$un rendah dan tidak terbakar&. A&: Sifat ra$un rendah dan sifat terbakar rendah



&'( 5

7/25/2019 13015-7-728212399269

6/11


. A : Sifat ra$un rendah dan mudah terbakar4. 1: Sifat ra$un lebih tinggi dan tidak terbakar?. &: Sifat ra$un lebih tinggi dan sifat terbakar rendah@. : Sifat ra$un lebih tinggi dan mudah terbakar

S"'lu( &)%*!e(" Ua* den#an +a$e! ,ea$e!Water heater di letakan di antara setelah bagian kompresor dan sebelum kondensor karena proses

pemanasan air pada water heater tersebut menggunakan panas buangan dari kondensor dimana pada umumnya suhu ;reon yang keluar dari kompresor A6 dibuang pada kondensor.*engan adanya water heater , aliran panas itu dibelokkan dulu kedalam tangki air dingin sebelummasuk ke kondensor sehingga terjadi kontak perpindahan panas dari pipa A6 dan air di dalamtangki. Pipa A6 yang keluar dari kompresor langsung di alirkan dahulu ke dalam heat exchanger

berupa pipa spiral dalam tangki dan air yang semula dingin pun memanas, begitupula sebaliknyasuhu ;reon yang panas menurun, setelah mele ati pipa spiral dalam tangki barulah kemudian

pipa A6 kembali diarahkan ke kondensor. !ntuk memperoleh air panas A6 harus menyala dulu, bila ingin mendapat air panas pagi hari, A6 dinyalakan malam sebelumnya minimal jam.Adapun manfaat dari siklus kompresi uap dengan water heater adalah:

2emat iaya

*aya 8ahan lebih lama

Aman

Air panas yang diperoleh stabil.



&'( 6

7/25/2019 13015-7-728212399269

7/11


%ambar . esin Pendingin siklus kompresi uap hybrid

%ambar 4.5nstalasi Siklus kompresi uap dan ater heater

%ambar ?. *iagrm P-h siklus kompresi uap hibrid

Proses-proses yang terjadi pada siklus kompresi uap hybrid seperti pada gambar ? diatas adalahsebagai berikut:1-1) proses berlangsung se$ara isobar isothermal "tekanan konstan, temperatur konstan# didalam e'aporator. Panas dari lingkungan akan diserap oleh $airan refrigerant yang bertekananrendah sehingga refrigerant berubah fasa menjadi uap bertekanan rendah. Kondisi refrigerantsaat masuk e'aporator sebenarnya adalah $ampuran $air dan uap.1)-& proses berlangsung di antara e'aporator dan $ompressor, dimana tekanan konstan "isobar#.



&'( 7

7/25/2019 13015-7-728212399269

8/11


&- proses berlangsung dilakukan oleh $ompressor dan berlangsung se$ara isentropik adibatik.Kondisi a al refrigerant pada saat masuk ke dalam $ompressor adalah uap jenuh bertekananrendah, setelah mengalami kompresi refrigerant akan menjadi uap bertekanan tinggi. Karena

proses ini berlangsung se$ara isentropi$, maka temperature ke luar kompresor pun meningkat.

-4 proses ini berlangsung di dalam water heater dalam kondisi superheat. *imana uaprefrigerant dari kompressor akan di kompres hingga men$apai tekanan kondensor.4-.? proses ini berlangsung di dalam water heater dalam kondisi superheat. dimana panasrefrigerant yang telah di kompres oleh $ompressor dibelokkan ke dalam koil pemanas di dalamtangki sebelum masuk ke dalam kondensor.?-@ proses berlangsung di antara water heater dan kondensor dengan tekanan konstan "isobar#.*imana panas refrigerant sudah menurun, karena sudah diserap oleh air di dalam tangki water [email protected] Proses ini berlangsung didalam kondensor. Refrigeran yang bertekanan tinggi dalamkondisi superheat yang berasal dari water heater akan membuang kalor sehingga fasanya

berubah menjadi $air. 2al ini berarti bah a di dalam kondensor terjadi pertukaran kalor antara

refrigeran dengan lingkungannya "udara#, sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin yang menyebabkan uap refrigeran mengembun menjadi $air.E-D proses berlangsung di antara kondensor ke katup e3pansi, dimana tekanan dan temperaturesudah menurun.D-> proses e3pansi ini berlangsung se$ara isoentalpi. 2al ini tidak terjadi perubahan entalpitetapi tejadi drop tekanan dan penurunan temperatur.

>-1 proses ini berlangsung se$ara isobar isothermal "tekanan konstan, temperature konstan# didalam e'aporator. *imana panas dari lingkungan akan di serap oleh $airan refrigerant yang

bertekanan rendah sehingga refrigerant berubah fasa menjadi uap bertekan rendah. Kondisirefrigerant saat masuk e'aporator sebenarnya adalah $ampuran $air dan uap.

Pe!*"ndahan Pana( &)n-e'(" Ala%"ah . Natural

Kon'eksi Alamiah (natural convection) ,atau kon'eksi bebas (free convection) , terjadi karenafluida yang, karena proses pemanasan, berubah densitasnya "kerapatannya#, dan bergerak naik.Syarat terjadinya perpindahan panas kon'eksi adalah terdapat aliran fluida, jika tidak ada fluidamaka bukan kon'eksi namanya. Perpindahan panas dan aliran fluida adalah dua hal yang

berbeda. Pada bagian ini perpindahan panas yang menginisiasi aliran fluida. Karena perbedaantemperatur, massa jenis fluida akan berbeda, dimana fluida yang suhunya lebih tinggi menjadi

lebih ringan. Sebagai akibatnya, fluida akan mengalir dengan sendirinya atau tanpa adanya gayaluar. Aliran fluida yang timbul juga akan mengakibatkan perpindahan panas dan sebaliknya perpindahan panas akan mengakibatkan aliran fluida. Keduanya, perpindahan panas dan aliranfluida, saling mempengaruhi, inilah yang disebut kon'eksi natural. Aplikasi dari fenomena ini di

bidang engineering sangat luas. Aliran udara di atmosfer dan aliran arus air di biosfer dapatdijelaskan dengan kon'eksi natural, demikian juga proses pengkondisian udara " Air conditioning #, kondensor, pengeringan, solar $olle$tor, dll. Akhir-akhir ini topik kon'eksi natural



&'( 8

7/25/2019 13015-7-728212399269

9/11


mendapat tempat yang khusus dan makin populer bagi para peneliti yang fokus pada sustainableenergi . Perpindahan panas kon'eksi paksa adalah perpindahan panas dimana dimana

fluidanya dipaksa mengalir, misalnya dengan menggunakan pompa atau blower . *engan katalain, aliran fluida tidak terjadi dengan sendirinya, tetapi diakibatkan oleh oleh gaya luar. Pada

bagian ini akan dibahas fenomena kon'eksi yang lain, dimana aliran fluida terjadi se$ara alami,sebagai akibat perpindahan panas yang terjadi. Kon'eksi inilah yang disebut kon'eksi naturalatau kadang disebut kon'eksi bebas dalam bahasa 5nggris disebut natural convection atau freeconvection .6ontoh sederhana dari fenomena ini banyak dijumpai di sekitar kita. isalnya naiknya asaprokok se$ara natural. 8emperatur pembakaran yang terjadi pada tembakau rokok adalah lebihkurang 1CCCC6, temperatur ini akan memanaskan udara disekitar ujung rokok yang terbakar.!dara panas ini akan lebih ringan dari udara sekililingnya karena udara dengan temperatur lebihtinggi akan mempunyai kerapatan lebih rendah. Akibatnya udara akan terapung dan naik ke atasdan meninggalkan ruang kosong. !dara yang lebih dingin disekitarnya akan mengalir, untuk mengganti udara pada daerah yang ditinggalkan oleh udara yang naik. aka terjadilah aliran

udara se$ara natural.

Ga/a a*un# 0 Buoyancy force

isalnya sebuah plat yang panas diletakkan pada posisi 'ertikal di udara terbuka yang a alnyadiam. Setelah beberapa saat akan terlihat aliran udara di sekitar plat 'ertikal tersebut. Aliranudara di sekitar plat tersebut akan berada di dalam lapisan batas, yang biasa disebut boundarylayer . *i luar lapisan batas ini fluida akan dianggap diam karena bergerak dengan ke$epatanrelatif ke$il, seperti ditunjukkan pada %ambar &.@ Perbedaan temperatur fluida di dalam dan diluar



&'( 9

7/25/2019 13015-7-728212399269

10/11


%ambar @ Kon'eksi natural pada plat 'ertikal yang panas

*engan menggunakan asumsi-asumsi yang telah disebutkan, maka persamaan pembentuk aliranmenjadi:Kontinuitas:

omentum arah-3:

omentum arah-y

Fnergi

Persamaan-persamaan ini, masih dapat disederhanakan lagi dengan menggunakan asumsi-asumsitambahan. Asumsi tambahan yang digunakan antara lain: distribusi tekanan searah sumbu- x

dapat dianggap konstan, sehingga . Selanjutnya turunan tekanan searah sumbu- y dapatdianggap sama dengan turunan tekanan hidrostatis fluida diam diluar lapisan batas. Atau dalam

bentuk persamaan menjadi:

*engan menggunakan defenisi tekanan hidrostatis ,dimana Gr adalah massa jenisfluida yang diam diluar lapisan batas. Sebagai $atatan fluida yang ada di luar lapisan batas, biasadisebut fluida referensi. 2asil differensiasi persamaan "># adalah:



&'( 10

7/25/2019 13015-7-728212399269

11/11


Termodinamika Terapan Pusa Pen!em"an!an #a$an A%ar&'(

13015-7-728212399269

Documents