Top Banner

of 51

Dasar Refrigerasi Final

Jul 14, 2015

Download

Documents

Akmal Harahap
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript

DASAR REFRIGERASI BAB 1. PENDAHULUAN 1.1. Sejarah Refrigerasi Awal dari AC (Air Conditioner) sudah dimulai sejak zaman Romawi yaitu dengan membuat penampung air yang mengalir di dalam dinding rumah sehingga menurunkan suhu ruangan , tetapi saat itu hanya orang tertentu saja yang orang bisa karena kaya biaya saja membangunnya yang sangatlah dapat mahal karena membutuhkan air dan juga bangunan yang tidak biasa. Hanya para raja dan membangunnya. Pada tahun 1842 seorang dokter menemukan cara mendinginkan ruangan di rumah sakit Apalachicola yang berada di Florida Amerika Serikat. Dr.Jhon Gorrie Image adalah yang menemukannya dan ini adalah cikal bakal dari tehnologi AC (air conditioner) tetapi sayangnya sebelum sempurna beliau sudah meninggal pada tahun 1855. .Willis Haviland Carrier seorang Insinyur dari New York Amerika menyempurnakan penemuan dari Dr.Jhon Gorrie tetapi AC ini digunakan bukan untuk kepentingan atau kenyamanan manusia melainkan untuk keperluan percetakan dan industri lainnya. Penggunaan AC untuk perumahan baru dikembangkan pada tahun 1927 dan pertama dipakai di sebuah rumah di Mineapolis, Minnesota. Saat ini AC sudah digunakan disemua sektor, tidak hanya industri saja tetapi juga sudah di perkantoran dan perumahan dengan berbagai macam bentuk dari mulai yang besar hingga yang kecil.semuanya masih berfungsi sama yaitu untuk mendinginkan suhu ruangan agar orang merasa nyaman. 1.1. Refrigerasi Refrigerasi adalah metode pengkondisian temperatur ruangan agar tetap berada di bawah temperatur lingkungan. Karena temperatur ruangan yang terkondisi tersebut selalu berada di bawah temperatur lingkungan, maka ruangan akan menjadi dingin, sehingga refrigerasi dapat juga disebut dengan metode pendinginan. Metode pendinginan (refrigerasi) ini akan berhasil dengan menggunakan bantuan zat refrigerant. Refrigerant akan bertindak sebagai media penyerapDasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 1

dan pemindah panas dengan cara merubah fasanya. Refrigerant adalah suatu zat yang mudah berubah fasanya dari cair menjadi uap dan sebaliknya apabila kondisi tekanan dan temperaturnya diubah. Teknik Pendingin (refrigerasi) dipakai secara luas disetiap sektor kehidupan, utamanya dalam dunia industri. Pembekuan/pendinginan bahan makanan untuk tujuan pengawetan dan mempertahankan kesegaran produk hasil pertanian pasca panen dan pertanian, mutlak diperlukan agar mutu produk dapat dipertahankan. Hal tersebut menjadi lebih penting lagi jika produk tersebut berorientasi pasar ekspor. Teknik pendingin mencakup bidang refrigerasi dan pengkondisian udara. Kedua bidang ini memiliki kaitan yaitu masing-masing berfungsi sebagai pendinginan, namun secara spesifik dapat dibedakan sebagai berikut: Ruang lingkup Pengkondisian (tata) Udara adalah : a) Penghangatan/pendinginan ruangan b) Pengaturan Kelembaban udara c) Kualitas udara Ruang lingkup Refrigerasi adalah: a) Pengawetan/pemrosesan bahan makanan b) Pengawetan bahan kimia c) Proses industri Pemrosesan Makanan Produk susu, produk hewani yang paling utama adalah susu, es krim dan keju, untuk keperluan pasteurisasi susu, pertama adalah susu dipanaskan sampai mencapai temperatur 73 0C selama kurang lebih 20 detik, kemudian susu didinginkan hingga 3o atau 4o C untuk penyimpanan di ruangan dingin. Bahan Minuman Pendinginan merupakan faktor penting dalam pembuatan bahan minuman seperti sari buah-buahan, bir, anggur. Cita rasa berbagai minuman dapat menjadi lezat jika disuguhkan dalam keadaan dingin. Dalam industri bahan minuman, refrigerasi berfungsi sebagai pengendali fermentasi dan mengawetkan beberapa produk setengah jadi serta produk akhir. Permentasi harus berlangsung pada suhu 80 sampai 120C yang diatur dengan refrigerasi.Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 2

Industri Kimia dan Proses Industri kimia dan industri proses yang meliputi pabrik/industrI bahan kimia, penyulingan minyak, pabrik petro kimia, pabrik kertas dan pulp. Industri ini membutuhkan refrigerasi yang dikelola dengan baik, oleh karena hampir setiap instalasi mempunyai perbedaan serta harga/investasi yang begitu tinggi. Beberapa fungsi refrigerasi yang penting pada industri kimia dan industrI proses adalah: a) Pemisahan gas-gas b) Pengembunan gas c) Pemadatan suatu zat di dalam campuran untuk memisahkannya dari zat yang lain d) Menjaga kondisi suhu rendah untuk penyimpanan gas cair agar tekanannya tidak berlebihan. e) Penghilangan kalor reaksi. Selain itu sistim refrigerasi juga tersedia untuk proses-proses industri (misal plant pendingin) dan untuk keperluan domestik seperti kulkas. Kapasitas plant hingga 50 TR (ton refrigerasi) biasanya dianggap sebagai unit yang berkapasitas kecil, (50 250) TR sebagai unit berkapasitas menengah dan diatas 250 TR sebagai unit berkapasitas besar. 1.2. Manfaat Refrigerasi Operasi refrigerasi mempunyai manfaat yang banyak, antara lain: 1. Pengkondisian udara pada ruangan dalam bangunan/rumah, sehingga temperatur di dalam bangunan/rumah lebih dingin dibanding di luar rumah. 2. Pengolahan/transportasi/penyediaan bahan makanan/minuman menjadi legis terhadap aktivitas mikro organisme. 3. Pembuatan batu es dan dehidrasi gas dalam skala besar . 4. Pemurnian minyak pelumas pada industri minyak bumi. 5. Melangsungkan reaksi-reaksi kimia pada temperatur rendah. 6. Pemisahan terhadap komponen-komponen hidrokarbon yang mudah menguap. 7. Pencairan gas untuk mendapatkan gas murni (02 dan N2).Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 3

Teknik Pendingin/refrigerasi tidak hanya dipakai di rumah tangga seperti penggunaan kulkas, namum juga pada kegiatan komersial seperti di pasar swalayan, restoran, gudang, hotel untuk pengawetan/pendinginan makanan/minuman, disamping itu untuk kegiatan transportasi darat laut dan udara dan sebagainya. Sedangkan Sistem Tata Udara tidak hanya mencakup bidang kenyamanan saja, juga dipakai di apartmen, perkantoran, perbankan, rumah makan/caf, perhotelan, gedung pertemuan, konvensi, mall, air port, rumah sakit untuk ruang operasi dan sebagainya. Teknik Pendingin merupakan aplikasi dari mata kuliah Termodinamika dan Perpindahan Panas. Oleh karena itu konsep, model dan hukum-hukum termodinamika dan perpindahan kalor diperlukan untuk memudahkan pemahaman dalam mempelajari mata kuliah Teknik Pendingin (Refrigerasi). BAB 2. PERALATAN - PERALATAN POKOK REFRIGERASI Refrigerasi dan penyejuk AC digunakan untuk mendinginkan produk atau lingkungan gedung. Fenomena sistim refrigerasi atau penyejuk udara (Air Conditioner) adalah memindahkan panas dari tangki reservoir rendah energi yang lebih dingin ke tangki reservoir energi tinggi yang lebih hangat. Untuk mecapai hal tersebut , mesin pendingin membutuhkan energi dari luar. Sehingga siklus Refrigerasi Carnot merupakan kebalikan dari siklus mesin kalor carnot. (Lihat Gambar 1).

Gambar 1. Penomena Refrigerasi Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 4

Operasi refrigerasi butuh suatu mesin yang disebut dengan refrigerator. Refrigerator merupakan kumpulan serangkaian peralatan, seperti: 1. Kompressor. 2. Kondensor. 3 Akumulator. 4. Mesin ekspansi / katup ekspansi. 5. Evaporator.

Gambar 2 .Skematis Siklus Refrigerasi Kompresi Uap.

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 5

Gambar 3. Skematis Siklus Refrigerasi termasuk Perubahan Tekanannya (Biro Efisiensi Energi, 2004)

Gambar 4. Komponen Mesin Refrigerasi dan Diagram T-s

2.1. Kompressor Kompressor adalah jantung dari sistem tata udara, yang digunakan untuk menghisap uap refrigerant dan mengkompresinya sehingga tekanan uap refrigerant naik sampai ke tekanan yang diperlukan untuk pengembunan (kondensasi) uap regrigerant di dalam kondensor. Ketika di dalam penampung uap, tekanannya diusahakan agar tetap rendah, supaya refrigerant senantiasa berada dalam keadaan uap dan bersuhu rendah. Lalu ketika di dalam kompresor, tekanan refrigeran dinaikkan sehingga memudahkan pencairannya kembali. Energi yang diperlukan untuk kompresi diberikan oleh motor listrik yang menggerakkan kompresor. Jumlah refrigeran yang bersirkulasi dalam siklus refrigerasi tergantung pada jumlah uap yang dihisap masuk ke dalam kompresor . Kompressor ini digerakkan oleh sumber tenaga dari mesin penggerak, seperti: 1) Motor listrikDasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 6

2) Motor bakar 3) Diesel 4) Mesin uap 5) Turbin gas Dua jenis utama dari kompresor: 1. Kompresor positif, dimana gas di hisap masuk kedalam silinder dan dikompresikan sehingga terjadi kenaikan tekanan. 2. Kompresor non positif, dimana gas yang dihisap masuk dipercepat alirannya oleh sebuah impeler yang kemudian mengubah energi kinetik untuk menaikkan tekanan. Empat jenis kompresor refrigerasi yang paling umum adalah: 1) Kompresor torak (reciprocating compressor) 2) Kompresor sekrup (rotary screw compressor) 3) Kompresor sentrifugal 4) Kompresor sudu (vane) Pada kompressor, berlaku persamaan neraca energi; W kompressor = H1 H2 Karena kompressi, fluida kerja (uap refrigerant) terkompressi menjadi naik entalpinya (H2 > H1 ), sehingga dapat dikatakan energi dari sumber digunakan untuk menaikkan entalpi fluida kerja. 2.2. Kondensor Kondensor merupakan alat penukar panas (APK) yang berguna untuk mendinginkan uap refrigerant dari kompressor agar dapat mengembun menjadi cairan. Pada saat pengembunan ini, refrigerant mengeluarkan atau melepaskan sejumlah kalori (panas pengembunan), kalor ini diterima oleh media pendingin di dalam kondensor. Uap refrigeran yang bertekanan dan bersuhu tinggi pada akhir kompresi (pada kompresor) dapat dengan mudah dicairkan dengan mendinginkannya dengan air pendingin atau dengan udara pendingin. Dengan kata lain, uap refrigeran menyerahkan panasnya (kalor laten pengembunan) kepada air dingin di dalam kondensor, sehingga mengembun dan menjadi cair. Jadi karena air pendinginDasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 7

menyerap panas dari refrigeran, maka ia akan menjadi panas pada waktu keluar dari kondensor. Selama refrigeran mengalami perubahan dari fasa uap ke fasa cair, dimana terdapat campuran refrigeran dalam fasa uap dan cair, tekanan (tekanan pengembunan) dan suhunya (suhu pengembunan) konstan. Kalor yang dikeluarkan dari dalam kondensor adalah jumlah kalor yang diperoleh dari udara yang mengalir melalui evaporator. Uap refrigeran menjadi cair sempurna didalam kondensor, kemudian dialirkan kedalam melalui pipa kapiler /katup ekspansi. Jenis-jenis kondensor : Kondensor Tabung dan Pipa Horisontal Ciri-ciri kondensor tabung dan pipa adalah sebagai berikut: 1) Dapat dibuat dengan pipa pendingin bersirip, sehingga relatif berukuran kecil dan ringan. 2) Pipa air dapat dibuat lebih mudah. 3) Bentuknya sederhana (horisontal) dan mudah pemasangannya. 4) Pipa pendingin mudah dibersihkan. Kondensor Tabung dan Koil Ciri-ciri kondensor tabung dan koil adalah sebagai berikut : 1) Harganya murah karena mudah pembuatannya. 2) Kompak karena posisinya yang vertikal dan mudah pemasanganya. 3) Boleh dikatakan tidak mungkin mengganti pipa pendingin, sedangkan 4) pembersihannya dilakukan dengan menggunakan deterjen Kondensor Pipa Ganda Ciri-ciri kondensor jenis pipa ganda adalah sebagai berikut : 1) Konstruksi sederhana dengan harga memadai. 2) Dapat mencapai kondisi superdingin karena arah aliran refrigeran dan air 3) pendingin berlawanan. 4) Penggunaan air pendingin relatif kecil. 5) Kesulitan dalam membersihkan pipa; harus dipergunakan deterjen. 6) Pemeriksaan terhadap korosi dan kerusakan pipa tidak mungkin dilaksanakan.Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 8

7) Penggantian pipa juga sukar dilaksanakan. 2.3. Akumulator Merupakan alat yang berguna untuk mengumpulkan cairan refrigerant yang berasal dari kondensor. Dengan adanya alat ini akan memudahkan pengaturan stock dari total refrigerant. 2.4. Mesin Ekspansi atau Katup Ekspansi Mesin atau katup ekspansi ini berfungsi untuk menurunkan tekanan dari cairan refrigerant sebelum masuk ke evaporator, sehingga akan memudahkan refrigerant menguap di evaporator dan menyerap kalori (panas) dari media yang didinginkan. 2.5. Evaporator Juga merupakan alat penukar panas. Refrigerant cair dengan tekanan rendah setelah proses ekspansi, diuapkan dalam alat ini. Untuk penguapan refrigerant cair ini tentunya diperlukan sejumlah kalori, yang mana diambil dari media yang akan didinginkan oleh sistem refrigerasi. Misalnya pada mesin Air Conditioning (AC), media yang didinginkan adalah udara di dalam ruangan (kamar). Begitu pula pada kulkas, media yang didinginkan adalah ruangan dalam kulkas dan segala sesuatu yang berada dalam kulkas. Uap refrigerant yang terbentuk di evaporator langsung dihisap oleh kompressor, demikian seterusnya mengulangi langkah pertama tadi sehingga membentuk suatu siklus, yang disebut dengan siklus refrigerasi. 2.6. Jenis-jenis refrigeran yang digunakan dalam sistim kompresi uap Terdapat berbagai jenis refrigeran yang digunakan dalam sistim kompresi uap. Suhu refrigerasi yang dibutuhkan sangat menentukan dalam pemilihan fluida. Refrigeran yang umum digunakan adalah yang termasuk kedalam keluarga chlorinated fluorocarbons (CFCs,) disebut juga Freons): R-11, R-12, R-21, R-22

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 9

dan R-502. Sifat-sifat dan kemampuan bahan-refrigeran tersebut diberikan dalam Tabel 1& 2 di bawah:

Pemilihan jenis refrigeran dan suhu pendingin serta beban pendinginan yang diperlukan sangat mempengaruhi pemilihan kompresor, juga perancangan kondenser, evaporator, dan alat pembantu lainnya. Faktor tambahan sepertiDasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 10

kemudahan dalam perawatan, persyaratan fisik ruang dan ketersediaan utilitas untuk peralatan pembantu (air, daya, dll.) juga mempengaruhi pemilihan komponen.

BAB 3. SIKLUS REFRIGERASI 3.1. Prinsip/ Esensi Refrigerasi Agar didapatkan kondisi temperatur selalu berada di bawah temperatur lingkungan, maka temperatur rendah yang diperoleh tersebut harus dijaga dengan cara menyerap panas yang dimiliki waduk/ reservoar / ruangan bertemperatur rendah secara kontinu. Untuk itu diperlukan suatu proses aliran panas yang berasal dari ruangan ini secara kontinu. Penyerapan panas dilakukan dengan cara penguapan ( evaporasi) refrigerant cair. Refrigerant ini akan menguap pada evaporator pada tekanan evaporasi, untuk itu refrigerant harus memiliki titik didih yang rendah. Panas yang diserap uap refrigerant ini dibuang / dilepas pada ruangan bertemperatur tinggi (kondensor). Uap refrigerant ini secara kontinu dikembalikan ke keadaan awalnya (refrigerant cair) agar dapat menyerap panas dari ruangan temperatur rendah lagi. Untuk itu perlu suatu proses siklus, yang disebut dengan siklus refrigerasi. Esensi dari siklus refrigerasi ini adalah pemindahan kalori / panas dari ruangan temperatur rendah ke ruangan temperatur tinggi. Agar proses pemindahan panas ini terjadi, perlu adanya kompensasi / pengorbanan energi dari luar / ekstemal energi (menurut Hukum II Thermodinamika). Energi eksternal tersebut dipasok oleh kompressor. Siklus refrigerasi terdiri dari langkah-langkah: 1. Penyerapan panas pada ruangan temperatur rendah, oleh

refrigerant cair pada evaporator. 2. Kompressi uap refrigerant pada kompressor. 3. Pembuangan / pelepasan panas pada ruangan temperatur tinggi, oleh refrigerant pada kondensor.Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 11

4. Ekspansi, pengembalian kondisi uap refrigerant seperti semula (refrigerant cair), oleh mesin atau katup ekspansi. 3.2. JENIS-JENIS REFRIGERASI DAN PENYEJUK UDARA AC Bagian ini menerangkan dua prinsip jenis plant refrigerasi yang ditemukan di industri: yaitu Refrigerasi Kompresi Uap /Vapour Compression Refrigeration (VCR) dan Refrigerasi Penyerap Uap/ Vapour Absorption Refrigeration (VAR). VCR menggunakan energi mekanis sebagai energi penggerak untuk refrigerasinya, sementara itu VAR menggunakan energi panas sebagai energi penggerak refrigerasinya. a) Sistim Refrigerasi Kompresi Uap Deskripsi Siklus refrigerasi kompresi mengambil keuntungan dari kenyataan bahwa fluida yang bertekanan tinggi pada suhu tertentu cenderung menjadi lebih dingin jika dibiarkan mengembang. Jika perubahan tekanan cukup tinggi, maka gas yang ditekan akan menjadi lebih panas dari pada sumber dingin di luar (contoh udara di luar) dan gas yang mengembang menjadi lebih dingin dari pada suhu dingin yang dikehendaki. Dalam kasus ini, fluida digunakan untuk mendinginkan lingkungan bersuhu rendah dan membuang panas ke lingkungan yang bersuhu tinggi. Siklus refrigerasi kompresi uap memiliki dua keuntungan. Pertama, sejumlah besar energi panas diperlukan untuk merubah cairan menjadi uap, dan oleh karena itu banyak panas yang dapat dibuang dari ruang yang disejukkan. Kedua, sifat-sifat isothermal penguapan membolehkan pengambilan panas tanpa menaikan suhu fluida kerja ke suhu berapapun didinginkan. Hal ini berarti bahwa laju perpindahan panas menjadi tinggi, sebab semakin dekat suhu fluida kerja mendekati suhu sekitarnya akan semakin rendah laju perpindahan panasnya. Siklus refrigerasi ditunjukkan dalam Gambar 2 dan 3 dan dapat dibagi menjadi tahapan-tahapan seperti berikut:

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 12

1 2. Cairan refrigeran dalam evaporator menyerap panas dari sekitarnya, biasanya udara, air atau cairan proses lain. Selama proses ini cairan merubah bentuknya dari cair menjadi gas, dan pada keluaran evaporator gas ini diberi pemanasan berlebih/ superheated gas. 2 3. Uap yang diberi panas berlebih masuk menuju kompresor dimana tekanannya dinaikkan. Suhu juga akan meningkat, sebab bagian energi yang menuju proses kompresi dipindahkan ke refrigeran. 3 4. Superheated gas bertekanan tinggi lewat dari kompresor menuju kondenser. Bagian awal proses refrigerasi (3-3a) menurunkan panas superheated gas sebelum gas ini dikembalikan menjadi bentuk cairan (3a3b). Refrigerasi untuk proses ini biasanya dicapai dengan menggunakan udara atau air. Penurunan suhu lebih lanjut terjadi pada pekerjaan pipa dan penerima cairan (3b - 4), sehingga cairan refrigeran didinginkan ke tingkat lebih rendah ketika cairan ini menuju alat ekspansi. 4 - 1 Cairan yang sudah didinginkan dan bertekanan tinggi melintas melalui peralatan ekspansi, yang mana akan mengurangi tekanan dan mengendalikan aliran menuju evaporator.

b) Sistim Refrigerasi Penyerapan UapDeskripsi Sistim refrigerasi penyerapan uap terdiri dari: Absorber: Penyerapan uap refrigeran oleh absorben atau adsorben yang cocok membentuk larutan refrigeran yang kuat atau kaya dalam absorben/ adsorben Pompa: Pemompaan larutan yang kaya dan menaikan tekanannya ke tekanan kondenser Generator: Destilasi uap dari larutan kaya menyisakan larutan miskin untuk pendaur ulangan.

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 13

Gambar 5. Skematik Sederhana Sistem Pendinginan Absorpsi Uap

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 14

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 15

Sistim refrigerasi absorpsi yang menggunakan Li-Br-air sebagai refrigerannya memiliki Koefisien Kinerja/ Coefficient of Performance (COP) dalam kisaran 0,65 0,70 dan dapat menyediakan chilled water pada suhu 6,7 0C dengan suhu air refrigerasi 300

C. Sistim yang mampu memberikan chilled water pada suhu 3 0C juga tersedia.

Sistim yang berdasarkan amoniak beroperasi diatas tekanan atmosfir dan mampu beroperasi pada suhu rendah (di bawah 0 0C). Mesin absorpsi tersedia dengan kapasitas antara 10-1500 ton. Walaupun biaya awal sistim absorpsi lebih tinggi daripada sistim kompresi namun biaya operasionalnya lebih rendah jika digunakan limbah panas. c).Refrigerasi evaporatif dalam sistim refrigerasi absorpsi uap Terdapat banyak kejadian dimana penyejuk udara AC, yang menetapkan pengendalian kelembaban hingga 50% untuk kenyamanan manusia atau untuk proses-proses, dapat digantikan oleh pendingin evaporatif yang rendah energi dan lebih murah.

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 16

Gambar 6. Skema

pendinginan evaporative (diambil dari: Munters (2001))

Konsepnya sangat sederhana dan sama dengan yang menggunakan menara pendingin. Udara dibawa dan bersinggungan dekat dengan air untuk mendinginkan udara hingga suhu mendekati suhu wet bulb. Udara dingin dapat digunakan untuk refrigerasi kenyamanan atau proses. Kerugiannya adalah bahwa udara sangat kaya dan banyak mengandung uap air.. Meskipun demikian, ini merupakan alat pendingin yang sangat efisien dengan biaya yang sangat rendah. Sistim komersial yang besar menggunakan bantalan yang diisi selulosa dimana air disemprotkan. Suhu dapat dikontrol dengan pengontrolan aliran udara dan laju sirkulasi air. Kemungkinan refrigerasi evaporatif sangat menarik untuk refrigerasi bagi kenyamanan di daerah kering. Prinsip ini dipraktekkan di industri tekstil untuk proses-proses tertentu. lstilah-lstilah Penting Pada Refrigerasi: 1. Siklus refrigerasi adalah apabila yang menjadi tujuan adalah pemindahan panas dari ruangan temperatur rendah. Contoh : kulkas, AC. 2. Siklus pompa kalor adalah apabila yang menjadi tujuan adalah penerimaan panas yang mana panas tersebut berasal dari ruangan bertemperatur tinggi Contoh : Pompa kalor sebagai penghangat ruangan. 3. Efek Refrigerasi (Refrigerating Effect) adalah jumlah panas yang diserap diambil dari ruangan temperatur rendah.Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 17

4. Efek Pemanasan (Heat Effect) adalah jumlah panas yang diterima oleh ruangan temperatur tinggi. 5. Ton Refrigerasi adalah laju efek refrigerasi pada suatu operasi pabrik refrigerasi (pabrik es), yang merupakan laju penyerapan panas sebesar 288.000 Btu per hari (24 jam). 1 ton refrigerasi = 288.000 Btu / hari = 200 Btu / menit = 50 kkal / menit

Tipe- Tipe Siklus Refrigerasi Ada beberapa tipe dari siklus refrigerasi, antara lain: 1. Siklus refrigerasi carnot. 2. Siklus refrigerasi udara. 3. Siklus kompressi uap, terdiri dari: a. Dengan mesin ekspansi. b. Dengan katup ekspansi (konvensional). 3.3. Siklus Refrigerasi Carnot Sikus Refrigerasi Carnot merupakan kebalikan dari siklus mesin kalor carnot. Terdiri dari 2 (dua) proses isothermal dan 2 (dua) proses adiabatis, dan penambahan energi ekstemal ke sistem.

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 18

Gambar 7. Siklus Mesin Carnot vs Siklus Refrigerasi Carnot

Panas diserap pada temperatur rendah T2= Q2 Panas dibuang pada temperatur tinggi T1= Q1 Energi eksternal Efek refrigenerasi Q2 = T2 S Q1 = T1 S Menurut Hukum I Thermodinamika, U = Q - W Untuk panas siklus U = 0, maka : Q = W Weksternal = Qakhir Qawal

= Q1 - Q2 = T1 S T2 S Coeficient of Performance, COP ;

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 19

Efek Refrigerasi COP = _______________ W eksternal Q2 T2 S = _______________ = ___________ W eksternal (T1 T2) S

T1 > T2 COP = T2/(T1 T2)

Siklus Refrigerasi Udara Pada siklus ini, udara bertindak sebagai refrigerant, yang menyerap panas pada tekanan konstan P, di dalam refrigerator. Udara panas keluar refrigerator, dikompressi untuk dibuang panasnya ke lingkungan melalui cooler pada tekanan konstan P2 (P2 > P1). Udara keluar cooler dikembalikan ke keadaan awal oleh mesin ekspansi untuk dapat melakukan langkah awal pada siklus berikutnya.

Gambar 8. Diagram Alir Siklus Refrigerasi Udara

Siklus terdiri dari langkah langkah : AB = udara panas dikompressi secara isentropis BC = Udara panas membuang panasnya pada tekanan konstan P2 ke lingkunganDasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 20

CD = Udara dikembalikan ke keadaan awalnya melalui proses ekspansi pada mesin ekspansi. Selain terjadi penurunan tekanan dari P2 ke P1, juga dihasilkan sejumlah energi Wekspansi. Energi ekspansi, Wekspansi, ini digunakan untuk sebagian kerja kompressi AB, kekurangan daya kompressi diperoleh dari Weksternal. DA = Udara dingin menyerap panas dari ruangan bersuhu rendah (refrigerator). Misal : m = kecepatan aliran refrigerant udara. Panas diserap pada ruangan temperatur rendah (refrigerator), Q2 Q2 = m Cp (TA-TD) Panas dibuang pada ruangan temperatur tinggi (cooler), Q1 Q1 = m Cp (TB-TC) Energi ekstemal, Weksternal = Q1 - Q2` Weksternal = [m.cp(TB-TC) m.cp (TA-TD)] = m. cp [ ( TB -TC ) - ( TA - TD ) ] Q2 COP = ------------- = Weksternal TA-TB COP = --------------(TB-TC) - (TA-TD) mCp(TA-TD) ----------------------------m Cp [ ( TB TC ) - ( TA -TD ) ]

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 21

Siklus refrigerasi udara ini disebut juga dengan siklus Bell-Coleman, pertama sekali digunakan sebagai dasar siklus mesin pendingin pada kapal laut yang mengangkut daging beku. Siklus pendingin ini sudahDasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 22

tidak memadai lagi karena kandungan uap air yang terdapat pada udara akan membeku selama proses ekspansi, sehingga membentuk batu es dan dapat menyumbat katup ekspansi. Contoh Kasus Siklus Refrigerasi Udara : Suatu mesin pendingin menggunakan siklus Bell-Coleman, udara keluar ruang pendingin (refrigerator) pada tekanan 1 kg/cm2, 10C, lalu dikompressi sehingga tekanannya menjadi 5 kg/cm2. Udara terkompressi ini didinginkan pada tekanan tetap sampai temperatur 25C di dalam cooler. Udara keluar cooler diekspansikan sampai ke tekanan ruang pendingin 1 kg/cm2. Pertanyaan : Nyatakan COP teoritis dan efek refrigerasi / kg udara secara teoritis. Asumsi : Proses kompressi dan ekspansi berlangsung secara isentropis. = 1,41 Cp = 0,241 kkal / kg C

Gambar 9. Diagram P - V

TA = 10 C = 283K TC = 25 C = 298K Dari persamaan : (TC/TD) = (TB/TA) = (P2/P1) (TB/TA) = 1,597 TB = 452 K Dari persaman : (TC/TD) = 1,597Dasar Refrigerasi/SMT/2009(-1)/

= (5/1) (1,41 1)/1,41

Page 23

TD = 187 K Efek refrigasi /Kg udara = Q2 Q2 = m Cp (TA TD) = 1 Kg (0,241)kkal/kg C (283 187) C Q2 = 23,14 kkal/kg udara panas dilepas pada cooler/kg udara = Q1 Q1 = 1kg (0,241) kkal/kg C (452 298) C = 37,11 kkal/kg udara Weksternal / kg udara = Q1 - Q2 = 13,97 kkal Q2 Wekstemal COP = 1,66 23,14 13,97 COP = -----------= -----------------

Siklus Kompressi Uap Selama terbentuk refrigerant proses siklus, fluida sehingga ini kerja (refrigerant) menj diuapkan adi naik. pada Uap refrigerator karena menyerap panas pada temperatur konstan. Uap yang dikompressi tekanan tekanannya dialirkan ke tinggi kondensor, dengan

berkondensasi panas akan dilepas ke lingkungan temperatur tinggi (kondensor). Langkah siklus disempurnakan dengan mengembalikan keadaan refrigerant ke keadaan awal melalui langkah ekspansi. Untuk langkah ekspansi ini, dilakukan dengan 2 (dua) cara: 1. Dengan menggunakan mesin ekspansi. 2. Dengan menggunakan katup ekspansi

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 24

Gambar 10. Mesin Ekspansi

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 25

Gambar 11. Katup Ekspansi

Analisa Thermodinamika: Panas diserap pada ruangan temperatur rendah = Q2 Persamaan neraca energi: H2 H + ----- + zg = Q2 - Ws 2 Pada refrigerator; Perubahan energi-energi kinetik, potensial, dan kerja mekanis dapat diabaikan, maka : H = Q2 Panas dilepas ke lingkungan temperatur tinggi = Q1Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 26

Dengan cara yang sama, pada kondensor didapat: Kerja ekstemal = Wekstemal Wekstemal

= Q1 - Q2 = (HB HC) - (HA - HD) Q2

COP = -----------Wekstemal Q2 = HA - HD Q1 = H = HB Hc HA- HD Maka ; COP = -------------------------(HB - HC) - (HA - HD)

Di mana: HA = Entalpi uap refrigerant jenis pada P1. HB = Entalpi uap pada titik B, uap adalah superheated. = Entalpi uap jenuh pada tekanan kondensor + Cp ( T HB = HE + Cp (Tsup sup

-T

sat

).

-T

sat

)

T superheated dihitung dengan: TSUP SB = SA = SE + Cp Ln------Tsat HC = Entalpi cairan jenuh refrigerant pada P2. HD = Entalpi pada titik D (uap basah) pada P1.

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 27

Jika

siklus

kompressi

uap

menggunakan

katup

ekspansi

(proses

isentropis), maka HC= HD, sehingga : HA - HD COP = -------HB - HA Untuk kapasitas 1 ton refrigerasi: Q2 = 12.000 Btu/jam = ( HA - HD) Btu/lbm refr. 12.000 Btu / jam Ibm refr. -------------------------------HA - HD Btu /1bm rfer jam m = Laju alir refrigerant per jam untuk 1 ton refrigerasi 12.000 Atau HA - HD 12.000 m = -------------Cp(TA.TD) 12.000 Cp (TA.TD) m = --------- = ----------------Lb.m refrigeran = ---------------------- = m jam

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 28

LANDASAN TEORI Household Freezer (freezer rumah tangga) merupakan bagian dari system refrigerasi domestik yang banyak digunakan di rumah tangga untuk menyimpan produk dalam jangka waktu yang relatif lama. Berbeda dengan refrigerator/kulkas, freezer bekerja pada temperatur lebih rendah dari 0 oC (umumnya) agar kualitas produk yang disimpan dalam freezer dapat dipertahankan dengan baik. Produk yang biasanya disimpan dalam freezer adalah misalnya daging, ikan, es krim, kentang atau kadang sayuran (jagung, buncis, dll.). Umumnya freezer menggunakan sistem kompresi uap. Secara umum, berdasarkan freezer dapat digolongkan menjadi up-right freezer dan chest-type freezer. Untuk es krim, evaporator biasanya mempunyai temperatur 0 oF (-18 oC). Kadangkala beberpa jenis eskrim dengan kandungan gula dan krim yang lebih banyak 18 oF (-28 oC). tidak akan beku pada -10 oF (-23 oC). Jika udara berkisar pada 0oF, maka tentu saja koil evaporator setidaknya bertemperatur Temperatur ini (bila dianggap sama dengan temperatur evaporasi) berkorelasi dengan tekanan evaporator 1,3 psig untuk R-12 dan 11,3 psig untuk R-22. Untuk jenis evaporator konveksi paksa, maka tekanan

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 29

evaporator relatif lebih tinggi. Untuk temperatur kabin 0oF, biasanya tekanan evaporator berkisar 4 psig untuk R-12 dan 15,5 psig untuk R-22. Berikut ini jenis-jenis sistem yang biasa digunakan pada freezer ; a. b. c. Jenis kabin : upright dan chest type freezer. Jenis evaporator : forced air, shelf, dan plate (wall) Jenis kondensor : chimney, in the wall, dan forced draft

Walaupun sederhana, komponen penting lainnya pada sistem freezer ini adalah alat kontrol dan kelistrikan. Ada dua jenis kontrol yang terdapat pada freezer, yaitu thermostat untuk mengontrol temperatur, dan saklar pintu untuk menyalakan dan mematikan lampu. Diagram kelistrikan dari freezer, seperti halnya kulkas, biasanya dipasang/ditempel pada bagian belakang dari freezer. Pada freezer dengan alat pengatur defrost otomatis, evaporator harus dipasang pada bagian dimana pada saat defrost terjadi, tetesan air dapat tertampung pada wadah dan menguap kembali, atau terbuang keluar.

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 30

Tabel 2.3 Beberapa Satuan dan Ekivalennya Tekanan 1 atm = 14,7 psi = 29,92 in.Hg = 760 mm.Hg = 33,9 ft.w = 407 in.w = 1,013 x 105 Pa = 101,3 kPa 1 psi = 144 lb/ft2 = 6,9 x 103 kPa 1 Pa = 1 N/m2 = 1,45 x 10-4 psi 1 kPa = 0,145 psi 1 in.Hg = 3385 Pa = 3,385 kPa 1 mm.Hg = 1 torr = 133,3 Pa =1/760 atm 1 in.w = 1,86 mm.Hg = 249 Pa Energi 1 Btu = 252 cal = 0,252 kcal = 1,055 kJ 1 kcal = 3,97 Btu = Daya 1 hp = 746 watt = 550 ft.lb/sec 1 kW = 1,34 hp = 0,239 kcal/sec 1kcal/sec = 4,186 kW Energi Panas dan Daya Panas merupakan suatu bentuk energi. Ini merupakan fakta yang tidak dapat diingkari bahwa panas dapat diubah menjadi suatu bentuk energi lainnya demikian juga sebaliknya, bentuk energy lainnya dapat pula diubah menjadi energi panas. Secara prinsip thermodinamik, panas dinyatakan sebagai energi yang berpindah dari satu zat ke zat lainnya sebagai akibat dari adanya perbedaan suhu antara kedua zat tersebut. Pada Energi lainnya, perpindahan energi dapat berlangsung karena adanya suatu usaha yang dilakukan pada benda. Bila suatu benda mengalami kenaikan suhu kita nyatakan bahwa energi panas telah diberikan kepada benda tersebut. Begitu sebaliknya, bila suatu benda mengalami penurunan suhu, maka kita nyatakan bahwa energi panas yang ada pada benda tersebut telah diambil. Perubahan suhu ini berimbas pada perubahan energy internal total yang dimiliki oleh molekul benda tersebut. Dalam hal Kenyatannya, penambahan dan pengurangan energi tidak selalu dibarengi dengan perubahan suhu. Dalam kondisi tertentu penambahan dan pengurangan energi internal yang dikenakan pada suatu benda justru akan merubah wujud benda tersebut. Selama proses perubahan wujud, suhu benda relatif konstan. Dalam refrijerasi dan tata udara, kita berhubungan secara langsung dengan energi panas berikut perhitunganDasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 31

penambahan dan pengurangan energi panas. Seperti telah diketahui, bahwa besarnya energi yang terkandung dalam molekul benda tidak sama walaupun benda tersebut memiliki suhu yang sama. Oleh karena itu untuk keperluan pengukuran energi diperlukan acuan standard. Air digunakan sebagai acuan standard. Energi adalah kapasitas untuk melakukan suatu pekerjaan. Energi yang disimbolkan benda, dengan posisi, huruf atau w, merepresentasikan molekul adanya akan kondisi dapat pergerakan susunan yang

menghasilkan suatu pekerjaan dalam kondisi tertentu. Satuan Energi Panas menurut standard British adalah Btu singkatan British Thermal Unit, dimana 1 Btu = jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu air setiap pound, setiap 1 oF. Dalam sistem metrik, panas diukur dalam satuan kilo kalori (kkal), 1 kkal = jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu air setiap 1 kg, setiap 1 oC. Dalam sistem SI, panas diukur dalam satuan kilo joule (kJ). Dimana 1 Btu = 1,055 kJ. Daya (P) atau Power didefinisikan sebagai laju aliran energi per satuan waktu di mana pekerjaan sedang berlangsung atau kerja yang dilakukan per satuan waktu. Menurut standar Amerika (US standard), daya dinyatakan dalam satuan Hourse Power (HP), atau (ft)(lb)/(sec), di mana, 1HP = 550 ( ft)(lb) = ft lb (2.2) Dalam satuan internasional, satuan daya adalah watt (W) atau setara Joule per detik (J/sec). Daya listrik juga diekspresikan dalam watt (W) atau kilowatt (kW). Konversi antara satuan HP dan watt, dinyatakan dengan formula sebagai berikut: 1 HP = 746 W = 0,746 kW 1kW = 1,34 HP Metoda Pemindahan Panas Energi panas dapat dipindahkan dari satu benda atau substansi ke benda lainnya. Pemindahan energi panas dapat berlangsung dalam tiga cara, yaitu (1) konduksi, (2) konveksi, dan (3) radiasi. Cara Konduksi Pemindahan panas secara konduksi terjadi bila energi panas dipindahkan melalui kontak langsung antara molekul suatu benda atau antara molekul benda satu dengan molekul benda lainnya melalui suatu kontak thermal yang bagus. Dalam kasus ini, molekul yang mempunyai suhu lebih tinggi karena proses pemanasan akan

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 32

memberikan energi panasnya kepada molekul yang ada di dekatnya, begitu seterusnya. Pemindahan energi panas antar molekul satu dengan molekul lainnya, berlangsung seperti halnya pergerakan bola-bola bilyard di atas meja bilyard, di mana seluruh atau sebagian energi yang dimiliki oleh satu bola yang mendapat pukulan atau gaya dorong ditransmisikan pada saat itu juga ke bola-bola lainnya. Bila salah satu ujung suatu batang logam mendapat energi panas dari suatu sumber panas, misalnya api, sebagian energi panas yang diterima oleh ujung logam yang mendapat pemanasan akan mengalir secara konduksi dari molekul ke molekul melalui batang logam hingga ke ujung yang lebih dingin. Kecepatan gerak molekulmolekul logam akan meningkat cepat, sehingga suhu logampun akan meningkat cepat. Batang logam panas akan mengkonduksikan energi panasnya ke udara yang ada disekitarnya, sehingga udara di sekitar logam juga menjadi panas, karena pergerakan molekul-molekul udara yang semakin cepat. Pemindahan panas yang berlangsung pada boiler atau furnace adalah cara konduksi. Dalam boiler, energi panas dari sumber api dikonduksikan ke air yang ada di dalam pipa-pipa logam. Dalam mesin refrijerator atau freezer, energi panas mengalir dari makanan melalui pipa alumunium atau tembaga hingga ke cairan refrigeran yang ada di dalam pipa alumunium atau tembaga. Konduktivitas Panas Zat cair atau liquid dan gas mempunyai konduktivitas panas sangat lambat tetapi konduktivitasnya akan naik cepat bila dilakukan secara konveksi dan secara radiasi. Logam memiliki konduktivitas panas yang bagus; gelas, dinding bata atau beton, kayu mempunyai konduktivitas panas buruk. Bahan yang mempunyai konduktivitas sangat buruk, misalnya stirofoam, dan glasswool lazim disebut sebagai isolator panas. Kuantitas atau jumlah energi panas yang dikonduksikan melalui suatu benda tergantung pada beberapa faktor sebagai berikut: 1. Beda suhu antara kedua sisi benda (t2-t1) 2. Luas penampang benda (A) 3. Tebal benda (L) 4. Konduktivitas Panas yang dimiliki benda (K) 5. Waktu (T)

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 33

Gambar 2.1 Prinsip Pemindahan energi Panas secara Konduksi Jumlah energi panas yang dikonduksikan melalui benda adalah berbanding langsung atau proporsional dengan luas area dan beda suhu tetapi berbanding terbalik dengan ketebalan benda. Hubungan kelima faktor tersebut, dapat diformulasikansebagai berikut,

() ( )( )( )( ) 2 1 L QKATtt = (2.5)Di mana, Q = Jumlah panas dalam Btu atau dalam watt (W) K = Koefisien konduktivitas panas dalam (Btu)/(hr)(ft2)(oF/in) atau (W)/(m2)(oC/m) A = Luas Area dalam ft2 atau m2 T = Waktu dalam detik, menit atau jam T2-t1 = Bed suhu dalam oF atau oC L = tebal benda dalam in atau m Cara Konveksi Pemindahan panas secara konveksi terjadi bila panas bergerak dari satu tempat ke tempat lain melalui suatu aliran arus dalam medium liquid atau gas. Aliran arus panas ini disebut arus konveksi sebagai akibat dari perubahan berat jenis liquid atau gas karena menerima panas. Bila ada bagian fluida yang mendapat energi panas, akan mengembang, volume per satuan masa meningkat. Bagian fluida yang mendapat energi panas akan lebih ringan, sehingga bergerak naik ke puncak, dan ruang yang ditinggalkannya akan langsung diganti oleh fluida yang lebih dingin. Misalnya, sebuah sejumlah air di dalam tanki metal dipanaskan lewat bagian dasar tanki (GambarDasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 34

2.2). Gambar 2.2 Konduksi Energi panas dari sumber nyala api dikonduksikan melalui bagian bawah tanki metal. Air yang berada paling dekat dengan sumber panas akan menyerap energi panas, suhunya naik sehingga air mengembang. Bagian air yang mengambang tersebut menjadi lebih ringan dibandingkan air sekitarnya sehingga ia akan bergerak naik dan tempatnya akan segera digantikan oleh bagian air lainnya yang lebih dingin. Bagian air baru tersebut akan mandapat energi dari nyala api, sehingga ia juga akan bergerak naik, begitu seterusnya. Karena proses terus berlanjut, maka energi panas akan didistribusikan ke seluruh masa air secara alami karena adanya arus konveksi. Arus konveksi juga dapat timbul pada udara yang mendapatenergi panas, seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.3.

Energi panas dari sumber nyala api dikonduksikan melalui bagian bawah tanki metal. Air yang berada paling dekat dengan sumber panas akan menyerap energi panas, suhunya naik sehingga air mengembang. Bagian air yang mengambang tersebut menjadi lebih ringan dibandingkan air sekitarnya sehingga ia akan bergerak naik dan tempatnya akan segera digantikan oleh bagian air lainnya yang lebih dingin. Bagian air baru tersebut akan mandapat energi dari nyala api, sehingga ia juga akan bergerak naik, begitu seterusnya. Karena proses terus berlanjut, maka energi panas akan didistribusikan ke seluruh masa air secara alami karena adanya arus konveksi. Arus konveksi juga dapat timbul pada udara yang mendapatenergi panas, seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.3.

Cara Radiasi Pemindahan panas secara radiasi tidak dapat dijelaskan dengan konteks pergerakan dan tumbukan molekul secara beranting. Hampir semua energi panas yang ada di permukaan bumi berasal dari radiasi sinar matahari yang jaraknya ratusan juta kilometer dari bumi. Energi panas dari matahari disalurkan ke bumi secara radiasi melalui gelombang elektromagnetik dengan kecepatan rambatDasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 35

sebesar 3x108 m/s atau setara dengan186.000 mil/s. Setiap hari kita menerima energi radiasi matahari dengan besaran rata-rata sekitar 860 W/m2 atau setara dengan 4,5 Btu/(min)(ft2). Energi sebesar itu diserap langsung oleh atap rumah kita. Marilah kita hitung betapa besarnya energi radiasi matahari ini yang dapat diserap oleh rumah kita. Anggaplah sebuah rumah memiliki luas permukaan sebesar 50 m2. Ini berarti, rumah tersebut akan menerima energi panas dari matahari sebesar 860x50= 43.000 watt atau 43 kW. Anggaplah efisiensi alat yang digunakan untuk mengubah energi matahari menjadi energi listrik adalah 20%. Artinya kita dapat menerima energi Cuma-Cuma setiap hari sebesar 0,2x43 =8,6 kW. Sangat fantastik. Tetapi sayang sebagian besar kita belum memanfaatkan energi pemberian Illahi ini. Teori Stefan-Boltzmann Eksperiman yang dilakukan oleh Stefan dan Boltzmann tentang radiasi panas menghasilkan suatu ketetapan, yakni jumlah panas yang diradiasikan dari suatu permukaan berbanding lurus dengan pangkat empat suhu kelvin. Formula,

Perhitungan Energi Panas Sifat energi panas yang terkandung dalam suatu benda selain air diekspresikan melalui suatu konsep yang disebut sebagai kapasitas panas spesifik (c). Kapasitas panas spesifik suatu benda adalah besarnya nilai Btu yang harus ditambahkan ke suatu benda atau diambil dari suatu benda setiap pound untuk menaikkan suhu sebesar 1 oF. Dalam sistem British, kapasitas panas spesifik untuk air adalah 1 Btu/lb.oF Dalam satuan metrik, kapasitas panas spesifik diukur dalam satuan kilo kalori (kkal). Kapasitas panas spesifik untuk air adalah 1 kkal/kg.oC. 1 Btu = 0,252 kkal. 1 kkal = 3,97 BTU Dalam satuan Internasional, kapasitas panas spesifik diukur dalam satuan kilo Joule (kJ). Kapasitas panas spesifik untuk air adalah 4,19 kJ/kg K. Kapasitas panas spesifik untuk benda lain, selalu lebih kecil dari satu. Dengan kata lain air memiliki kapasitas panas spesifik yang paling tinggi. Tabel 2.2 menunjukkan nilai kapasitas panas spesifik untuk beberapa benda. Tabel 2.2 Kapasitas Panas Spesifik dari beberapa benda pada suhu 0 oC 100 oC Kapasitas Panas Spesifik (c) Benda Btu/lb.oFa Kkal/kg.oC kJ/kg.oC Air murni 1,00 4,19Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 36

Udara kering 0,24 1,01 Aluminium 0,22 0,92 Tembaga 0,093 0,39 Es 0,50 2.09 Besi 0,115 0,48 Uap 0,48 2,01 Uap air (70 oF) 0,45 1,88 Definisi British thermal unit (Btu) telah memberi kemudahan bagi cara perhitungan jumlah panas yang diperlukan dalam proses perpindahan panas. Jumlah kuantitas panas yang diperlukan untuk proses pemanasan dan jumlah panas yang diambil untuk proses pensinginan tergantung pada berat atau masa benda, nilai perubahan suhu dan nilai kapasitas panas spesifik. Formula matematikanya sebagai berikut, Dalam sistem British,

Perubahan Wujud Benda Status benda dapat berwujud dalam tiga fasa yang berbeda, yaitu sebagai zat padat, zat cair dan gas. Misalnya, air berbentuk zat cair, tetapi dapat muncul pula berupa zat padat, yaitu es, dan dapat muncul pula berupa uap air atau gas. (Gambar 2.14). Semua benda atau materi, di bawah kondisi suhu dan tekanan tertentu, dapat muncul dalam salah satu dari ketiga fase tersebut di atas. Penambahan dan penurunan energi yang dikenakan pada suatu benda dapat berpengaruh terhadap suhu dan wujud benda. Untuk membantu memahai konsep ini, marilah kita tinjau kembali teori molekul. Katakanlah, air pada suhu ruang dan tekanan atmosfir berwujud cair atau likuid. Molekul air bergerak secara random, jarak antar molekul agak jauh, sering terjadi tumbukan elektron. Bila suhu air naik sampai 100oC (212oF), dan tekanan dijaga tetap 1 atmosfir, maka air akan mendidih dan mengeluarkan uap. Ini adalah proses perubahan wujud dari cair ke gas. Uap air atau steam, adalah air dalam wujud gas. Sifat molekul uap air dalam wujud gas berbeda dengan sifat molekul air dalam wujud cair. Jarak antar molekul uap menjadi lebih jauh, dan kecepatan gerak molekul menjadi lebih besar dari pada molekul air. Uap juga mudah dipampatkan atau memiliki tingkat kompresibel yang tinggi. Air dalam bentuk cair hampir tidak dapat dipampatkan. Uap air memiliki sifat seperti gas murni. Dalam kasus berikutnya, bila air dalam wujud cair tersebut, suhunya turun hingga mencapai 0 oC (32 oF), tekanan tetap konstan 1 atmosfir, maka air akan membeku dan berubah wujud menjadi es yaitu wujud padat dari air. Sifat molekul es seperti sifat molekul zat padat lain, yakni jarak molekul relatif lebih dekat, gerakan molekul menjadi tertahan sehingga energi molekul menjadi lebih rendah dan tidak dapat dipampatkan. Proses perubahan wujud untuk benda lain, sama seperti air tetapi dalam kondisi suhuDasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 37

dan tekanan yang berbeda.

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 38

JENIS-JENIS REFRIGERANT

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 39

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 40

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 41

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 42

Aliran gas panas lanjut

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 43

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 44

Fin Evaporator

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 45

Termostatik Expansion Valve

Konstruksi TXP

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 46

Kondisi refrigerant saat beban evaporator tinggi

Kondisi saat beban minimum

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 47

Gambar

9.9

Ilustrasi

prinsip

kerja

katub

eksapnsi

thermostatic

Asumsikan refrijeran cair yang ada di evaporator menguap pada suhu 4oC sehingga tekanan saturasi evaporasinya adalah 250 kPa.Asumsikan pula, tekanan yang diberikan oleh pegas adalah 60 kPa, sehingga tekanan total yang diterima diafrahma adalah (150 + 60)= 310 kPa. Bila rugi tekanan diabaikan maka suhu dan tekanan pada semua titik di evaporator adalah sama. Tetapi refrijeran yang berada setelah titik B hingga ke saluran outlet evaporator menguap sehingga suhunya naik dan refrijeran saturasi berubah menjadi gas panaslanjut (superheat vapor), pada tekanan saturasi 250 kPa. Pada sisi ini suhu refrijeran naik 5K dari 4oC, menjadi 9oC. Refrijeran saturasi yang ada di dalam remote bulb akan merasakan langsung perubahan suhu ini sehingga suhunya juga naik menjadi 9oC dan menghasilkan tekanan pada diafrahma sebesar 310 kPa yaitu tekanan saturasi pada suhu 9oC. Karena kedua tekanan yang bekerja pada diafrahma mempunyai besaran yang sama,Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 48

sehingga bukaan katub jarumnya akan dipertahankan konstan. Selama suhu refrijeran gas pada sisi outlet evaporator tetap konstan 9oC, atau derajad panaslanjut gas refrijeran tetap 5K, maka keseimbangan laju aliran refrijeran ke evaporator akan tetap terjaga. Tetapi jika suhu gas panalanjut pada outlet evaporator turun lebih kecil dari 5K, maka tekanan yang dihasilkan oleh remote bulb turun sehingga katub jarum sedikit menutup karena tekanan pegas dan tekanan evaporasinya menjadi lebih besar. Laju aliran refrijeran agak tersendat, hingga akhirnya suhu gas panaslanjut pada sisi outlet evaporator naik kembali ke besaran 5K.DAFTAR ISTILAH Refrijerasi Pendinginan (refrigeration) Tata Udara Proses pengkondisian udara ruang (air conditioning) Refrijeran Fluida penukar kalor yang digunakan pada sistem refrijerasi Sistem Absorbsi Refrijerasi yang diperoleh melaluipenyerapan refrijeran oleh suatu zatkimiawi Sistem Kompresi Uap Sistem refrijerasi mekanik, menggunakankompresor untuk mempapatkan uaprefrijeran. Kelembaban Absolut Kandungan uap air di udara yangdinyatakan dalam satuan gr/kg. Kelembaban Relatif Perbandingan (ratio) antara jumlahkandungan uap air di udara dan jumlah Uap air maksimal yang mungkin terjadi padasuhu yang sama Tekanan Absolut Tekanan gauge ditambah dengan tekananatmosfir Tekanan gauge Tekanan yang diperoleh dari pengukuran menggunakan meter tekanan (gauge)Kompresor Hermetik kompresor dan motor penggeraknya dikemas dalam suatu kontainer yang kedapudara. Condensing Unit Istillah yang dikenakan pada susunankompresor, kondensor dan liquid receiver yang dikemas menjadi satu kesatuan atau unit yang utuh. Udara kering kandungan udara atmosfir yang tidak dapat dikondensasikan di dalam sistem refrijerasi

Yuli Setyo Indartono, Perkembangan Terkini Teknologi Refrigerasi (1), 2006, www.beritaiptek. Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 49

Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia www.energyefficiencyasia.org

http://en.wikipedia.org/wiki/Refrigeratorlast_frame.jpg Image URL: Source URL: File Name: Image URL: http://www.chemistry.wustl.edu/ %7Ecourses/gen... http://www.chemistry.wustl.edu/ %7Ecourses/gen... R1076E13.gif http://www.fao.org/docrep/003/r1076e/R1076E13..

. Source URL: http://www.fao.org/docrep/003/r1076e/R1076E04 2004 Digitized by Usu digital library

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 50

Dasar Refrigerasi/SMT/2009

Page 51