1thermodinamika ii (siklus refrijerasi i)

8/9/2019 1Thermodinamika II (Siklus Refrijerasi I)

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 1/51

TERMODINAMIKA

dan PEMBAKARAN

Satworo Adiwidodo, S.T., M.T



TIK

Mengetahui siklus tabel termodinamika, tabel sifat-sifat gas dan diagram uap.

Mengetahui manfaat dan aplikasi siklus pada AC, otomotif dan pembakaran bahan bakar.

Pokok BahasanSifat-sifat termodinamika, hukum Termodinamika 1dan 2, aplikasi termodinamika padarefrigerasi, siklus daya ideal dan pembakaran bahan bakar.

Kepustakaan

1. Rayner Joel, Basic Engineering Thermodynamics in SI Unit, Longman

2. Gordon Van Willen, Clasical Thermodynamics, John Willey and Son Inc.3. Moran, M.J., Shapiro, H.N., Fundamentals of Engineering Thermodynamics, John

Willey and Son Inc.

4. Incropera, F.P, Dewitt, D.P., Fundamental of Heat Transfer, John Willey and Son Inc.

5. Irawan, B., Termodinamika Idan II, Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Malang.

TERMODINAMIKA dan PEMBAKARAN



R efrigeration&

Air Conditioning

A plikasi termodinamika pada:



Aplikasi Refrigerasi dan Pengkondisian Udara

Penghangatan,

pengaturan kelembaban

dan kualitas udara

Refrigerasi industri,

meliputi pengawetan

makanan, kimia dan

proses industri

Pendinginan dan

pengurangan

kelembaban pada

pengkondisian

udara

Pengkondisian Udara Refrigerasi



Aplikasi Refrigerasi dan Pengkondisian Udara



Refrigerator dan Pompa Kalor (heat pump)



Refrigerator dan heat pump

Refrigerator dan heat pumps pada dasarnya merupakan peralatan

yang sama.

Refrigerator dan heat pumps berbeda hanya pada tujuannya saja. Tujuan dari refrigerator adalah mengambil kalor (QL) dari

medium bersuhu rendah (mempertahankan ruang pendingin

tetap dingin)

Tujuan dari heat pump adalah mensuplai kalor (QH) ke

medium bersuhu tinggi (mempertahankan ruang pemanastetap panas)



COP : Refrigerator and heat pump

Unjuk kerja (prestasi) refrigerator dan heat pump dinyatakan dalam

coefficient of performance (COP), yang didefinisikan sebagai:



Reverse Carnot Cycle = Carnot Heat Pump

T-s Diagram

T

s

P 2

P 1

1

23Q H

4

Q L

COLD medium at T L

Q L

WARM medium at T H

Q H

W in

C ondenser

Evaporator

C ompressor Turbine

3 2

41



Reverse Carnot Cycle = Carnot Heat Pump

T-s Diagram

T

s

P 2

P 1

1

23Q H

4

Q L

Proses yang terbentuk dari daur:

1-2 : kompresi adiabatik reversible

(isentropik)

2-3 : pelepasan kalor isothermal

3-4 : ekspansi adiabatik reversible

(isentropik)

4-1 : pemasukan kalor isothermal



Siklus carnot dibalik

(The R eversed Carnot Cycle)

R efrigerator atau heat pump yang bekerja berdasarkan siklus Carnot

yang dibalik (reversed Carnot cycle) disebut refrigerator Carnot atau

Pompa Kalor Carnot (a Carnot heat pump)

COP ±nya adalah :



Gas Ideal : Isentropik

(specific heats constans)

konstan !1-k vT

konstank)/k -(1 !TP

konstan!k v P

Proses Isentropik (specific heats constans) pada gas ideal berlaku :



Gas ideal : Isentropik

(variable specific heats)

P

P2

1

¨

ª©¸

º¹s=konstan

r2

r1

=P

P

r1

r2

konstan=s1

2 =

v

v

v

v¹¹

º

¸©©

ª

¨

Proses Isentropik (specific heats variable) pada gas ideal berlaku :

Hanya untuk udara



Contoh Perhitungan

Refrigerasi dengan Daur carnot

1. Sebuah sistem pendingin beroperasi berdasarkan siklus gas idealdengan fluida kerja udara. Udara masuk kompresor pada temperatur 12 oC dan tekanan 50 kPa. Udara masuk ke turbin pada temperatur 47oC dan tekanan 250 kPa. Laju aliran masa udara adalah 0,08 kg/s.

Dengan menggunakan asumsi panas jenis udara adalah fungsitemperatur tentukan

Laju pendinginan

Kebutuhan daya kompresor

COP

2. Selesaikan soal no 1 dengan menggunakan asumsi panas jenis konstan.



PenyelesaianPenyelesaian

No 1 No 1

47 o

C, 250 kPa

0,08 kg/s.12 oC, 50 kPa



Penyelesaian

T

s

Q H

Q L

1

4

3

2

12 oC

50 kPa

47

o

C250 kPa



Asumsi udara gas ideal dg panas jenis variable

1584,1

285,14 28527312

1

1

22o

1

!

!!!

r

Atabel

P

kJ/kg h K C T

K T

kJ/kg h P P P P

Atabel

r r

36,450

17,452 5,7921,1584x50250

2

2

22

1

1

22

!

!!!!

7375,1

320,29 32027347

3

3

22o

3

!

!!!

r

Atabel

P

kJ/kg h K C T

K T

kJ/kg h P P

P P

Atabel

r r

84,200

200,813475,01,7375x250

50

4

4

22

3

3

44

!

!!!!



Asumsi panas jenis variable

skJ hhmQ L /7461,641 !!

skJ hhW co p /3624,1312 !!

skJ hhW ¡

urbin /5581,943 !!

skJ W W W turbinco¢ pinnet /8043,3

, !!

773,1,

!!innet

L

W

QCOP

Laju Pendinginan

Kebutuhan Daya Kompresor

Daya output Turbin



No. 2 Asumsi panas jenis konstan

Proses 1-2 : Isentropik

v

k !

1)/k -(k

1

212 ¹¹

º ¸©©

ª¨! P P T T

1)/1,4-(1,4

50

250285 2 ¹

º

¸©ª

¨! T

K T 4,451 2 !

1)/k -(k

12

1)/k -(k

21 P T P T !



Asumsi panas jenis konstan

Proses 3-4 : Isentropik

1)/1,4-(1,4

250

50320 4 ¹

º

¸©ª

¨! T

K T 202 4 !

1)/k -(k

3

434 ¹¹

º ¸©©

ª¨! P P T T

1)/k -(k

34

1)/k -(k

43 P T P T !



Asumsi panas jenis konstan

4141 T T C mhhmQ p L !!

1212 T T C mhhmW com p !!

4343 T T C mhhmW P Turbin !!

turbincompinnet W W W !,

innet

L

W

QCOP

,

!

Laju Pendinginan

Kebutuhan Daya Kompresor

Daya output Turbin



Perbaikan Siklus Carnot

Siklus Kompresi Uap Ideal



1 ± 2 : Isentropic compression

2 to 3 : Constant pressure condensation

3 to 4 : Isenhalpic expansion

4 to 1 : Constant pressure evaporation

Siklus Kompresi Uap Ideal

dalam P-h Diagram



The ordinary household refrigerator is a good example of the application of this cycle.

COP Q

W

h h

h h

COP Q

W

h h

h h

R L

net in

H P H

net in

! !

! !

,

,

1 4

2 1

2 3

2 1

h1-h4 : dampak refrigerasi

Kapasitas refrigerasi



Evaporator incooled space



Fantastic Fridges in the Real World

Compressor

pumps andcompressesrefrigerant



C

ompressorspump andcompressrefrigerant



Condenserrejects heat



Condensersreject heat



ExpansionValve Reducepressure



Basic AC System



35OC

- OC

Ja a :

h3=h4 h h



Property Refrigeran

T = - oC, h = 46 J/ g

vg = , 652 m3/ g

sg = ,9424 J/ g.

p = 3,5484 ar

TCond = 35oC, sg = ,9424 J/ g.

p2 = 3.536 ar

h2 = 279,656 J/ g

TABELA7

TABELA9

T3 = 35oC, h3 = 88, 25 J/ g

h4 = h3 = 88, 25 J/ g TABEL A7



PERUMUSAN Dampak refrigerasi :h1-h4

Laju alir massa( ) :Ql /(h1-h4)

Daya Kompressor (Wcomp) : . (h2-h

1)

COP : Ql /Wcomp

Laju alir Volume isap komp : . Vg

Daya Komp per KW refrigerasi :Wcomp /Ql

Suhu Buang Komp : Tabel Interpolasi + extrapolasi

m

m

m



RESULT Dampak refrigerasi :

h1-h4 = (246- 88,0025) KJ/Kg = 157,9975 KJ/Kg

Laju alir massa ( ) :

Ql /(h1-h4) = 50 KW/157,9975 KJ/Kg = 0,316 Kg/det

Daya Kompressor (Wcomp) :(h2-h1) = 0,316 Kg/det.(279,656 ± 246)KJ/Kg = 10,635 KW

COP :

Ql /Wcomp = 50 KW/10,635 KW = 4,70

Laju alir Volume isap komp :

. Vg = 0,316 Kg/det . 0,0652 m3 /Kg = 20, 6032 l/det Daya Komp per KW refrigerasi :

Wcomp /Ql = 10,635 KW/50 KW = 0,213 KW/KW

Suhu Buang Komp :

Interpolasi + extrapolasi = 56,97

o

C

m

m

m



Example 2

Refrigerant- 34a is the orking fluid in an ideal compression refrigeration cycle. The

refrigerant leaves the evaporator at -20oC and has a condenser pressure of 0.9 M a.

The mass flo rate is 3 kg/min. Find COPR and COPR, Carnot for the same T max andT min , and the tons of refrigeration.

Using the Refrigerant- 34a Ta les, e have

12

2 2

11 2

2 11

3

3

21

238.41278.23

900200.9456 43.79

0.94561.0

3

900

0

s

so

o

s

s

StateState kJ

kJ h C om pressor exit hC om pressor inlet kg

kg P P k PakJ T C s T C kJ

kg £

s s xkg

£

St ate

C ondenser exit

P k Pa

x

¾¾ ® ±! ®±± ± !±± ±±

! !¿ ¯ ¿ ¯! ±± ±±! !°±± ± ! !! °À ±À

!

!

3 4

44 13

4 3

4101.61 0.358

0.4053200.3738

.0

o

St atekJ h x

T hrottle exit kg kJ

skJ T T C s kg

¤

kg ¤

h h

¾¾ ®! !®±±±

±± ±±¿ ¯ ¿ ¯

!! ! ±± ±±! °±± ± !°À À



1 4 1 4

, 2 1 2 1

( )

( )

(238.41 101.61)

(278.23 238.41)

3.44

L R

net in

Q m h h h hCOP

W m h h h h

kJ

kg

kJ

kg

! ! !

!

!

& &

& &

The tons of refrigeration, often called the cooling load or refrigeration effect, are

1 4( )

13 (238.41 101.61)

min211

min

1.94

LQ m h h

kg kJ Ton

kJ kg

Ton

!

!

!

& &

,

( 20 273)

(43.79 ( 20))

3.97

L R Carnot

H L

T COP T T

K

K

!

!

!



Another measure of the effectiveness of the refrigeration cycle is ho much input

po er to the compressor, in horsepo er, is required for each ton of cooling.

The unit conversion is 4.715 hp per ton of cooling.

, 4.715

4.715

3.44

1.37

net in

L R

W

Q COP

hp

Ton

hpTon

!

!

!

&

&



Actual Vapor-Compression Refrigeration Cycle

22s



Heat Pump Systems



1 Ton of R efrigeration = Kalor yang diambil dari 1 ton

(2,000 lb) air yang bersuhu 32 F sehingga

menjadi es pada 32 F selama 24 jam

1 Ton = 12,000 Btu/h = 3.517 kW

1thermodinamika ii (siklus refrijerasi i)

Documents