Literatur : Principles of Refrigerator by. Roy Dossat Second Edition
Refrigrant : alat untuk mengangkut panas.
Sistem refrigrant yang digunakan adalah Sistem Kompresi Uap.
Komponen utama sistem kompresi uap :
Gunanya untuk menaikkan temperaturMenurunkan temperature dengan menaikkan tekananEvaporatorGunanya untuk menaikkan temperaturMenurunkan temperature dengan menaikkan tekananEvaporator Kondensor
Gunanya untuk menaikkan temperatur
Menurunkan temperature dengan menaikkan tekanan
Evaporator
Gunanya untuk menaikkan temperatur
Menurunkan temperature dengan menaikkan tekanan
Evaporator
Kompresor
Katup ekspansi
Titik didih / titik perubahan dari air uap adalah dengan menaikkan tekanan (temperatur naik) maka titik didihnya naik pun sebaliknya.
EvaporatorKondensorKatup ekspansi32 (PV+U)2 = h21 (PV+U)1 = h14KompresorQhQLWKEvaporatorKondensorKatup ekspansi32 (PV+U)2 = h21 (PV+U)1 = h14KompresorQhQLWKSIKLUS PENDINGIN KOMPRESI UAP STANDARD - IDEAL
Evaporator
Kondensor
Katup ekspansi
3
2 (PV+U)2 = h2
1 (PV+U)1 = h1
4
Kompresor
Qh
QL
WK
Evaporator
Kondensor
Katup ekspansi
3
2 (PV+U)2 = h2
1 (PV+U)1 = h1
4
Kompresor
Qh
QL
WK
PP2P1 Liquid jenuhUap jenuh3412IsenropikS1=S22'h3=h4hPP2P1 Liquid jenuhUap jenuh3412IsenropikS1=S22'h3=h4h
P
P2
P1
Liquid jenuh
Uap jenuh
3
4
1
2
Isenropik
S1=S2
2'
h3=h4
h
P
P2
P1
Liquid jenuh
Uap jenuh
3
4
1
2
Isenropik
S1=S2
2'
h3=h4
h
Panas sensibel : untuk menaikkan temperatur derajat demi derajat
Panas laten : untuk merubah fase, tanpa merubah atau menaikkan temperatur (tetap) maupun tekanan.
(di bawah kurva)
Pada kompresor : tidak ada panas yang masuk Q = 0 (adiabatic)
1 - 2 : Proses kompresi isentropik
dalam kondensordalam kondensor2 - 2' : Desuperheating
dalam kondensor
dalam kondensor
2'- 3 : Kondensasi (P=C, T=C)
3 - 4 : Proses throttling (entalpi konstan h3 = h4)
4 - 1 : Proses penguapan (P=C, T=C)
Pada Hukum Termodinamika I
dQ = dW + dU pada buku The Thermodynamic hal 497
dQ = d(Wk + Pv) + dU
dQ = dW + d(Pv) + dU (dQ = 0)
dh
0 = - Wk – (h2 – h1)
Maka kerja kompresor : untuk kerja persatuan massa
kjs = KWkjs = KWWk = m – (h2 – h1) m : kgs
kjs = KW
kjs = KW
h : kjkg
Beban panas kondensor :
QoutΔQ = tW+ ΔhΔW=0 tidak ada kerja yang masuk atau baikQoutΔQ = tW+ ΔhΔW=0 tidak ada kerja yang masuk atau baikQkond = - Wk – (h3 – h2) (Wk=0)
Qout
ΔQ = tW+ Δh
ΔW=0 tidak ada kerja yang masuk atau baik
Qout
ΔQ = tW+ Δh
ΔW=0 tidak ada kerja yang masuk atau baik
Qkond = m (h3 – h2)
Beban pada evaporator :
Qevap = -Wk – (h1 – h4) (Wk = 0)
Qevap = m (h1 – h4) = Q beban pendingin
RE = Refrigerating effect
RE = (h1 – h4)
COP = Coefisient of Reformance
COP = REWK
T34QLQHSS1=S21Win2T34QLQHSS1=S21Win2
T
3
4
QL
QH
S
S1=S2
1
Win
2
T
3
4
QL
QH
S
S1=S2
1
Win
2
SIKLUS AKTUAL
REFRIGERASI KOMPRESI UAP (buku Termo hal 500)
Dalam siklus actual diperhitungkan adanya:
1. Super heating
2. Sub cooling
3. Presure drop
4. Proses kompresi politropik
KondensorEvapopatorKondensorEvapopator
Kondensor
Evapopator
Kondensor
Evapopator
Katup Kompresor
ekspansi
PPKPEABCC'Superheating = (hc'- hc)S1=S2DHbh-5oC15oChc'D'66,7oCPPKPEABCC'Superheating = (hc'- hc)S1=S2DHbh-5oC15oChc'D'66,7oC Superheating
P
PK
PE
A
B
C
C'
Superheating = (hc'- hc)
S1=S2
D
Hb
h
-5oC
15oC
hc'
D'
66,7oC
P
PK
PE
A
B
C
C'
Superheating = (hc'- hc)
S1=S2
D
Hb
h
-5oC
15oC
hc'
D'
66,7oC
Proses superheating terjadi di:
Di dalam Evapator
Saluran masuk uap (dari evap ke kompresor
Melalui H.E
Superheting tidak mempengaruhi kerja kompresor.
Tujuan superheating : meningkatkan efek pendingin.
Evapator :
Terdiri dari koil-koil yang mengalir refrigran dalam kondisi campuran, dengan temperature -5° sehingga kalor atau aliran kalor mengalir menuju koil akibat perbedaan suhu dengan sekelilingnya.
Disalurkan masuk uap:
Bila saluran masuk pada ruang yang dikondisikan.
EvapatorBCEvapatorBC Ruang yang diondisikan
Evapator
B
C
Evapator
B
C
Saluran Uap
Berarti evap akan menyerap panas dari ruang yang dikondisikan.
RE=hc'- hB (Lebih menguntungkan, karena mempengaruhi efek pendinginan)
Bila saluran masuk diluar ruang yang dikondisikan.
RE=hc'- hB
Saluran diluar ruang yang dikondisikan
Kerja kompresor :
Bila saluran dengan superheating:
Rk = hD' – hC'
Tanpa Superheating:
Rk = hD – hC
Kondensor:
Dengan superheating:
RC = hD' – hA
Tanpa superheating:
RC = hD – hA
NB : Untuk meningkatkan suhu fluida maka harus dipanaskan lanjut sampai cairannnya habis, baru suhu dapat dinaikkan dengan cara dikompresi.
Subcooling:
Tidak mempengaruhi kerja kompresor.
Kebalikan superheating, terjadi pada kondensor (cairan jenuh).
Tujuan subcooling agar fluida tersebut lebih didingikan lagi. Misal dari 40oC 30oC
Sub cooling : hA – hA' (Lihat gambar)
Salah satu cara subcooling dengan memanjangkan koil pada kondensor.
Terjadi pada saluran menuju katup ekspansi.
PPKPEABCC'DREh-5oCΔh subcooling = Δh superheatingΔT subcooling ΔT superheatingD'46,8oCA'B'40oC30oChc'- hcPPKPEABCC'DREh-5oCΔh subcooling = Δh superheatingΔT subcooling ΔT superheatingD'46,8oCA'B'40oC30oChc'- hc
P
PK
PE
A
B
C
C'
D
RE
h
-5oC
Δh subcooling = Δh superheating
ΔT subcooling ΔT superheating
D'
46,8oC
A'
B'
40oC
30oC
hc'- hc
P
PK
PE
A
B
C
C'
D
RE
h
-5oC
Δh subcooling = Δh superheating
ΔT subcooling ΔT superheating
D'
46,8oC
A'
B'
40oC
30oC
hc'- hc
Sub cooling digunakan jika saluran diisolasi, jika tidak cukup didinginkan oleh udara sekeliling.
Bila ingin melaksanakan sub cooling & superheating secara serempak digunakan HE (Heat Exchanger).
KompresorEvaporatorKondensorKEA'=30oCC -5oCC' 15oCAHEKompresorEvaporatorKondensorKEA'=30oCC -5oCC' 15oCAHE
Kompresor
Evaporator
Kondensor
KE
A'=30oC
C -5oC
C' 15oC
A
HE
Kompresor
Evaporator
Kondensor
KE
A'=30oC
C -5oC
C' 15oC
A
HE
Untuk menentukan faktor u :
……………..(3)
Faktor u tersebut dipengaruhi oleh :
K= konduktifitas thermal bahan (w/mk)
X= ketebalan suatu bahan (m)
Dimana
C = kx
C = konduktansi termal (w/m2k )
*harga k dan c terdapat pada tabel (pada buku refreeration hal 183)
1/fi = koefisien conveksi pada sisi masuk dinding
1/f0 = koefisien conveksi pada sisi keluar dinding
Harga faktor u dapat dilihat lansung pada tabel ( buku hal.185)
2. Beban pertukan udara dapat ditentukan dengan :
……………………(4)
Dimana :
Q = Beban pertukaran udara (kw)
M = massa udara yang masuk ruangan (kg/s)
h0= entalpi udara luar (kj/ kg)
hi = entalpi udara dalam ( kj/ kg)
(lihat tabel 10.6 dan 10.7 halaman 205 )
Beban pertukaran udara dapat berupa :
Infiltrasi (kebocoran)
Ventilasi
Contoh soal :
Laju kebocoran udara masuk ruang refrisian adalah 8 L/S. jika dingin didalam dijaga pada suhu 2 dan temperature lampu luar dan kelembapan masing masing adala 30 dan 50%. Tentukan beban udara dalam (kw).
Dengan interpolasi dari tabel 10-6A, perubahan entalpi didapat :
h-0,05360,0639-0,0536 = 2°-5°0°-5°
h=0,00618+0,0536
h=0,598 kj/L
C = 3,77 kj/kg°k
Q =1250 kgx 3,77kjkg°k x (25-5)°24 (3600)
= 1,091 kw
4. Beban respirasi :
Q= massa produk x laju respirasi
Q= 1250 kg x 0,097 w/kg
= 0,12125 kw
Jadi jumlah beban kalor Qt = Q1 + Q2 + Q3 +Q4
= 0,91524 + 0,5683 +1,091 + 0,12125
= 2,6958 kw
Safety factor (10%) = 0,1 Qt = 0,26958
Total bebas pendinginan = 2,96537 kw
Kapasitas mesin =Qt x 24hwaktu operasi =2,96537 kw x 24h16h
= 4,445 kw
Siklus standard tanpa pengujian tekanan tanpa sub cooling (ABCDEA) keterangan gambar 2 :
Karena adanya losser tekanan maka A menurut A' (kalau tidak ada losser maka A-A' datar)
Jika diketahui tekanan pada kondensor maka diambil , tekanan rata-rata di BC
COOLING LOAD q pekerja q produk
q kondisi q radiasi
q udara luar panas q peralatan listrik
Temperatur luar lebih tinggi dari dalam ruangan maka terjadi perambatan panas
Waktu operasi peralatan
Kapasitas peralatan yang dibutuhkan :
dimana :
RT : running time (h)/jam
qt : beban pendingin total
Terdapat bermacam – macam beban pendingin total, yaitu :
Beban melalui dinding
Beban pertambahan udara
Beban produk
Beban lain – lain
Kualitas panas ditransmisi pada dinding pendingin per unit waktu adalah fungsi dari 3 faktor di ekspresikan dengan persamaan :
Q = (A)(U)(TD) ............(2)
Dimana :
Q : Laju aliran panas melalui dinding (W)
A : Luas permukaan luas dinding (m²)
U : koofisien perpindahahan panas overall (W/m²k)
TD : Beda temperatur antara dinding luar dan dinding dalam (°K)
Subcooling terjadi :
dalam kondensor
saluran liquid (kondensor KE) udara melelui saluran ke katup ekspansi
H.E.
Q subcooling = Q superheatin
m Cp T = m Cp T
m Cp (T A - TA`) = m Cp (T C` - TC)
Asumsi Cp = konstan
Untuk mencari harga Cp, hitung T rata- rata
Q kondensor = hD`- hA
Q evaporator = hC – hB`
W kompresor = hD`- hC`
Kerugian tekanan ;
Katup buang kompresor ( PD˝ - D΄)
Saluran buang dan kondensor ( PD˝ - A΄)
Saluran liquid ( PA˝ - A΄)
Evaporator ( PB΄ - C΄)
Saluran isap kompresor ( PC΄ - C˝)
Katup masuk kompresor ( PC˝ - C΄˝)
D"
A D
A' e D
( temperature konstan)
Entalpi kostan
B' c'
B c
C"
C"'
( diagram tanpa sub coal)
D"
A D
e D
A'
( diagram dengan )
subcool
B' (2)
B c
C'
C"
C"'
Contoh soal
1. sebuah ruang pendingin mempunyai volume 75 m3 dan dipertahankan pada temperatur -25oc.penggunan yang ringan dan kondisi luar 10oc dan RH 70%,hitung beban infiltrasi udara dalam kilowatt
Penyelesaian
Diketahui : ѵ = 75 m3
Storage room temp = -25oc
Temperatur luar = 10oc
RH = 70%
Ditanya : Q = ?
Q = m (ho – hi)
Dari tabel 10 – 6b didapat : (ho – hi) = 0,0525 kj/L
Maka : Q = 6,9 L/s * 0,0525 kj/L
= 0,36225 kj/s
= 0,36225 kw
2. 2500 kg daging segar dimasukkan kesebuah pendingin pada 38oc dan didinginkan sampai 3oc selama 24 jam, hitung beban pendingin?
Penyelesaian
Dari tabel 10-8,panas spesifik (c) fresh beef adalah c = 3,14 kj/kg K
m = massa = 2500 kg
Δt = (28o – 3o) = 35oc
Dengan menggunakan persamaan :
Q = m * C * Δt
24h
Q = 2500 kg * 3,14 kj/kg K * (38oc – 3oc)
24 ( 3600)s
Q = 3,18 kj/s
Q = 3,18 kw
3. 1800 kg buncis hijau dipak dikeranjang (15 kg Perkeranjang) masuk ke ruang pendingin pada temperatur 27oc dan didinginkan ke temperatur 1oc selama 20jam. Keranjang kosong mempunyai massa 1,4 kg dan panas spesifik 2,5 kl/kg K. Hitung beban produk dalam kw?
Penyelesaian
Dari tabel 10-9 didapat ;
C green beans = 3,64 kj/kg K
Chilling rate faktor = 0,67
Q green beans = m * C * Δt
Chilling rate faktor
= 1800 kg * 3,64 kj/kg K * (27oc – 1oc)
0,67
= 254256,7164 kj
Q = m * C * Δt
= (1,4 * 120) kg * 2,5 kj/kg K * (27oc – 1oc)
= 10920 kj
Q respirasi = massa produk * laju respirasi
Dimana :
Massa produk = m green beans = 1800 kg
Laju respirasi didapat dari tabel 10-12 dengan acuan suhu 1oc
Dengan interpolsai = 0,064 + (0,090 – 0,064) * 1-0
5-0
= 0,0692 w/kg
Qrespirasi = 1800 kg * 0,0692 w/kg
= 124,56 w
= 0,12456 kw
Q beban = Q gren beans + Q baskets
20 h
= ( 254256,7164 + 10920 ) kj
20 * ( 3600) s
= 3,683 kw
Jadi Q beban total adalah : Q beban + Q respirasi
= 3,683 kw + 0,12456 kw
= 3,80756 kw
Diketahui ruang pendingin 6m×4m×3,4m dilapis/sekat dengan 100mm glass fiberboard.dengan ketebalan seluruh dinding 200mm.temperatur udara luar adalah 30°C dan penggunaan adalah rata-rata.1250 kg sayuran basah didinginkan dari 25°C keruangan pada temperature 5°C setiap hari.
Hitung beban pendinginan(kapasitas mesin pendinginan yang dibuuhkan pada operating time 16h /day.
Beban pendinginan yang harus didapat adalah beban total,yaitu adalah penjumlahan antara: 1.Beban kalor dinding
2.Beban pertukaran udara
3.Beban kalor produk
4.Beban kalor respirasi
1.Beban kalor dinding:
Q = A.U. T A=Luas oal pada sisi dinding
= (6×4×2)+(6×3,4×2)+4×3,4×2) m2
= 48+40,8+27,2 m2
= 116 m2
U=100 mm
Dari table 10-1 didapat
Harga k = 0,036
Kemudian untuk mendapakan harga U diliha pada table 10-2 dengan menginterpolasikan nilai.
U = 0,3156 wm2k (hasil interpolasi)
T=T0 - T1 = (30° - 5°)c = 25°c
Maka:
Q = 116m2×0,3156 wm2 .°k ×25°c
= 915,24 W
= 0,91524 KW
2 Beban kalor pertukaran udara:
Q = V . h
Dimana:
*V = laju volume udara masuk (ls) table 10-7
ϑ=6×4×3,4m3=81,6 V=9,3168 hasil interpolasi *perubahan entalpi asumsi :Kelemahan RH 60% ( tabel 10-6A)
t0 = 30° & t1 = 5° c
h = 0,0610 kjl
Maka:
Q = 9,3168 ( ls) ×0,0610 (kjl)
= 0,5683 kw
3 Beban produk:
Q=m.c. T24h
Harga C dilihat pada table 10-9
V = 8 ls
Maka: Q = V. h
Q = ( 8ls ) ( 0,0598 kjl )
Q = 0,478 . . . . . . . (5)
Dimana : V = laju volume udara masuk (ls)
h=perubahan entalpi( tabel 10-6A & 10-6B )
Termasuk : tumbuhan ( buah,sayur )
pernapasan ( heat respiration )
Q=m .c . T (KJ/kg°k )
Dimana : m = masa produk (kg)
C = panas jenis produk (kjkg°k )
T= perubahan temperatur produk (° k)
Fakor waktu harus dipertimbangkan dalam penentuan kecepatan pendingin maka:
Q=m .c . Twaktu pendingin ( detik)
Jika adanya fakor kecepatan pendinginan , maka :
Q=m . c . Tchiling time ( chiling rate faktor )
Dimana :
Chiling time = waktu pendinginan ( det )
Chiling rate factor = factor kecepatan pendingin ( table 10 - 8 , 10 – 4 , 10 – 10 )
Di dapakan dari panas yang diambil dari pendinginan buah – buahan & sayur – sayuran.
Beban panas Respirasi didefinisikan :
Q (watts) = m (kg) x kecepatan respirasi (wkg )
Beban kalor yang lain terdiri dari panas yang diberikan oleh lampu,motor listrik yang dioperasikan dan oleh kerja orang didalam ruangan dengan rumus :
Q=wattts x hours24 hours
Q=watts
