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

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 2/51

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

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 3/51

R efrigeration&

Air Conditioning

 A plikasi termodinamika pada:

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 4/51

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

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 5/51

Aplikasi Refrigerasi dan Pengkondisian Udara

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 6/51

Refrigerator dan Pompa Kalor (heat pump)

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 7/51

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)

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 8/51

COP : Refrigerator and heat pump

Unjuk kerja (prestasi) refrigerator dan heat pump dinyatakan dalam

coefficient of performance (COP), yang didefinisikan sebagai:

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 9/51

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

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 10/51

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

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 11/51

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 :

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 12/51

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 :

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 13/51

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

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 14/51

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.

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 15/51

PenyelesaianPenyelesaian

 No 1 No 1

47 o

C, 250 kPa

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

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 16/51

Penyelesaian

T 

s

Q H 

Q L

1

4

3

2

12 oC

50 kPa

47 

o

C250 kPa

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 17/51

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

!

!!!!

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 18/51

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

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 19/51

 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  !

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 20/51

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  !

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 21/51

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

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 22/51

Perbaikan Siklus Carnot

Siklus Kompresi Uap Ideal

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 23/51

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 24/51

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 25/51

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 26/51

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 27/51

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

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 28/51

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 29/51

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 30/51

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

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 31/51

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 32/51

Evaporator incooled space

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 33/51

Evaporator incooled space

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 34/51

Fantastic Fridges in the Real World

Compressor

pumps andcompressesrefrigerant

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 35/51

C

ompressorspump andcompressrefrigerant

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 36/51

Condenserrejects heat

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 37/51

Condensersreject heat

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 38/51

ExpansionValve Reducepressure

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 39/51

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 40/51

Basic AC System

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 41/51

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 42/51

35OC

- OC

Ja a :

h3=h4 h h

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 43/51

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

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 44/51

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

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 45/51

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

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 46/51

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

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 47/51

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 

!

!

!

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 48/51

 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

!

!

!

&

&

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 49/51

Actual Vapor-Compression Refrigeration Cycle

22s

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

http://slidepdf.com/reader/full/1thermodinamika-ii-siklus-refrijerasi-i 50/51

Heat Pump Systems

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

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

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