ba dasarrefrigerasi 2009 ver1 131212083905 phpapp01

BA 09 KKRA1083 1

BUKU I BAHAN AJAR

PANDUAN KULIAH DASAR REFRIGERASI

Penyusunan Bahan Ajar Dalam Kurikulum Berbasis Kompetensi (Kurikuum 2007) ini dibiayai dari DIPA

Politeknik Negeri Bandung Departemen Pendidikan Nasional

Tahun anggaran 2009

Disusun oleh :

Windy Hermawan Mitrakusuma NIP : 131 965 828

PROGRAM STUDI : TEKNIK PENDINGIN DAN TATA UDARA JURUSAN : TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2009

Panduan Kuliah Dasar Reffrigerasi i

HALAMAN PENGESAHAN

1. Identitas Bahan Ajar : a. Judul Bahan Ajar : Panduan Kuliah Dasar Refrigerasi b. Mata Kuliah / Semester : Dasar Refrigerasi c. SKS (T-P) / Jam (T-P) : 2 1 SKS / 4 3 Jam/minggu d. Jurusan : Teknik Refrigerasi dan Tata Udara e. Program Studi : Teknik Pendingin dan Tata Udara f. Nomor Kode Mata Kuliah : KKRA1083 2 Penulis a. Nama : Windy Hermawan Mitrakusuma b. NIP : 131 965 828 c. Pangkat/Golongan : III/c d. Jabatan Fungsional : Lektor e. Program Studi : Teknik Pendingin dan Tata Udara f. Jurusan : Teknik Refrigerasi dan Tata Udara

Bandung, 30 September 2009 Mengetahui, Ketua KBK Ir. Arda Rahardja Lukitobudi NIP : 131 754 148

Penulis, Windy Hermawan Mitrakusuma NIP : 131 965 828

Menyetujui, Ketua Jurusan / Program Studi Markus, ST., MT NIP : 131 862 728

Panduan Kuliah Dasar Reffrigerasi ii

KATA PENGANTAR PENULIS

Alhamdulillah, puji syukur pada Yang Mahakuasa, pada akhirnya materi Bahan Ajar ini dapat saya rampungkan juga. Semenjak saya mengajar mata kuliah ini, sembilan belas tahun lalu, sampai saat ini masih juga saya dipercaya untuk menyampaikannya pada mahasiswa tingkat 1 di Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung. Mata kuliah ini telah beberapa kali mengalami pergantian nama mulai dari Refrigerasi 1, Dasar Refrigerasi, Refrigerasi Kompresi Uap dan sekarang Refrigerasi Dasar. Isinya masih berkisar tentang sistem refrigerasi kompresi uap.

Rasanya baru kemarin saya mulai menyusun materi ini berdasarkan silabus yang diberikan. Sebagai arahannya, maka perlu dibuat Satuan Acara Perkuliahan (SAP), sehingga rencana perkuliahan selama satu semeseter dapat dicapai. Penyusunan materi inipun, dimulai dari catatan-catatan kecil yang menjadi bahan mengajar. Kemudian ketika itu overhead projector (OHP) menjadi alat yang memudahkan dalam penyampaian materi, saya pun mulai beralih menggunakan OHP. Demikian juga ketika komputer dan proyektornya menjadi sebuah alat yang bisa digunakan, saya pun mulai mempelajari power point sebagai alat presentasi dan mengajar. Memang kemudahan untuk mengajar saat ini sangat ditunjang oleh kemajuan teknologi. Dengan mengajar menggunakan media seperti ini, standarisasi dalam mengajar dapat dicapai karena pola mengajar dapat disamakan, apalagi bila harus mengajar kelas paralel. Dengan ketersediaan e-book, menyiapkan materi berbasi komputer ini menjadi sangat mudah, saya mendapatkan banyak bahan dari e-book dan juga scanner. Semoga mereka-mereka yang saya cuplik karyanya meridhai langkah saya ini. Sayapun merasa yakin, masih banyak kekurangan di sana sini, saran dan komentar akan sangat saya hargai.

Bahan Ajar ini merupakan bahan presentasi kuliah Dasar Refrigerasi, yang dikemas sedemikian hingga dapat digunakan dan dipelajari layaknya suatu bahan ajar. Memang dalam beberapa hal Bahan Ajar ini tidak memenuhi standar yang ditentukan oleh pemrakarsa Bahan Ajar (yaitu Pembantu Direktur I), walaupun demikian diharapkan Buku ini dapat menjadi bahan bagi siswa dalam mengikuti perkuliahan. Selain untuk memudahkan pelaksanaan perkuliahan, juga dapat dipakai sebagai bahan bacaan dalam mempersiapkan diri sebelum perkuliahan dimulai.

Terimakasih pada semua fihak yang telah membantu dalam penyiapan materi ini. Khususnya pak Apip Badarudin yang secara moril telah selalu mendorong saya untuk membukukan materi kuliah ini. Terimakasih saya ucapkan pada pak Arda Rahardja, yang selalu saya pancing untuk diskusi. Terimakasih juga untuk pak Triaji pangripto, pak Tandi dan rekan sejawat lainnya, yang banyak memberikan gambaran teknis tentang sistem refrigerasi kompresi uap.

Bandung, Akhir September 2009 Windy Hermawan Mitrakusuma

Panduan Kuliah Dasar Reffrigerasi iii

KATA PENGANTAR JURUSAN

Ada beberapa faktor dalam penyelenggaran pendidikan agar didapat lulusan yang menguasai ilmu atau keterampilan yang diajarkan sesuai dengan kompetensi yang diharapkan. Pertama adalah kurikulum yang baik, kemudian fasilitas penunjang yang baik, penyelenggaraan Kegiatan Belajar Mengajar (KBM) yang baik, serta lingkungan akademik yang menunjang. Salah satu fasilitas penunjang KBM yang dapat disiapkan adalah adanya Bahan Ajar, yang mana akan sangat membantu dalam proses penyampaian ilmu pengetahuan atau keterampilan. Untuk itu, kami perlu bersyukur, karena Politeknik Negeri Bandung, dapat memberikan bantuan dari sumber dana DIPA, untuk kegiatan pembuatan Bahan Ajar ini. Untuk tahun anggaran 2009, Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara mendapat kuota sebanyak 4 judul Bahan Ajar. Kesempatan ini telah dimanfaatkan oleh beberapa pengajar yaitu :

1. Ade Suryatman Margana, Amd., ST. Pengajar mata kuliah Teknik Kerja Bangku dan Pemipaan (KBRA1053)

2. Ir. Arda Rahardja L, M.Eng. Pengajar mata kuliah Troubleshooting Sistem Refrigerasi dan Tata Udara (KBRA3013)

3. Muhammad Anda Falahuddin, ST., MT. Pengajar mata kuliah Kelistrikan RHVAC (KKRA1092)

4. Ir. Windy Hermawan M, MT. Pengajar mata kuliah Dasar Refrigerasi (KKRA1083) Dengan ini, kami mengucapkan terimakasih kepada pengajar yang telah memanfaatkan kesempatan ini. Dengan demikian, maka Bahan Ajar yang ada di Jurusan Teknik Refigerasi semakin bertambah. Mudah-mudahan dapat dimanfaatkan oleh mahasiswa dan juga siapa saja yang ingin mempelajarinya. Semoga dengan kegiatan ini, akan mendorong bagi staf pengajar lainnya untuk juga menulis dan menyiapkan Bahan Ajar bagi mata kuliah-mata kuliah lainnya. Semoga kegiatan ini menjadi bermanfaat bagi kita semua.

Bandung, September 2009 Ketua Jurusan Markus, ST., MT. NIP : 131 862 728

Panduan Kuliah Dasar Reffrigerasi iv

DAFTAR ISI

Halaman LEMBAR PENGESAHAN i KATA PENGANTAR PENULIS ii KATA PENGANTAR JURUSAN iii DAFTAR ISI iv DESKRIPSI MATA KULIAH x PETUNJUK PENGGUNAAN xi BAB I Pendahuluan 1 Sistem Refrigerasi 2 Sejarah Sistem Refrigerasi 3 Sistem-sistem Refrigerasi 4 Aplikasi sistem Refrigerasi 4 Definisi Dasar Besaran dan satuan Massa 11 Pengukuran Besaran Penting dalam Sistem Termal 18 Tekanan 19 Temperatur 22 Pengukuran Kelembaban Udara 24 Diagram Psikrometrik 25 Tabel Konversi Satuan 26 BAB II Review Termodinamika dan Perpindahan Panas 28 Review Termodinamika 29 Sifat/tingkat keadaan 29 Hukum Termodinamika 31 Perubahan fasa air (padat-gas) 34 Proses dalam termodinamika 34 Proses Volume konstan 35 Proses Tekanan konstan 35 Proses Adiabatik 36 Proses Temperatur konstan 36 Proses Politropik 37 Proses pada aliran fluida 38 Diagram Moiller 39 Review Perpindahan Panas 41 Termodinamika vs Perpan 41 Konduksi Kalor 42

Panduan Kuliah Dasar Reffrigerasi v

DAFTAR ISI

Konduksi pada dinding datar 43 Dinding komposit seri-paralel 47 Tahanan termal bentuk silinder 48 Konveksi Kalor 51 Konveksi Bebas 52 Konveksi Paksa 52 Radiasi Kalor 55 Resume modus perpindahan Panas 57 BAB III Siklus Refrigerasi Kompresi Uap 58 Mesin Kalor Siklus Carnot 60 Refrigerasi Carnot 61 Kinerja Siklus Refrigerasi Carnot 61 Prestasi/Kinerja Mesin Pendingin dan Pompa Kalor 62 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap Sederhana 64 Proses di Evaporator 66 Proses di Kompresor 66 Proses di Kondensor 67 Proses di Alat Ekspansi 67 Siklus pada diagram P-h 68 Contoh aplikasi Sistem Refrigerasi 69 H. Kekekalan Energi pada siklus 71 Kompresor 71 Proses kompresi tidak isentropik 72 Kondensor 72 Ekspansi 73 Evaporator 73 Kinerja sistem 74 Kalau EER itu apa ? 75 Typical COP 76 Efek Sub Cooled 81 Efek Super Heated 82 Penurunan Temperatur Evaporasi 83 Kenaikan Temperatur Kondensasi 83 Penggunaan Liquid to Suction Heat Exchanger (LSHX) 84 Siklus Refrigerasi Sebenarnya 85 Sistem Refrigerasi Kompresi Uap Multi Stage (bertingkat) 86 Sistem Refrigerasi Kompresi Uap Cascade 88 CoolPack 89

Panduan Kuliah Dasar Reffrigerasi vi

DAFTAR ISI

BAB IV KOMPRESOR 92 Fungsi Kompresor 93 Jenis Kompresor 93 Kompresor Torak (Reciprocating) 94 Sistem Silinder dan Piston 94 Katup Suction dan Discharge 95 Kompresor Putar (Rotary) 95 Kompresor Sekrup (Screw) 96 Kompresor Sentrifugal (Centrifugal) 97 Kompresor Skrol (Scroll) 98 Perbandingan Jenis Kompresor 99 Kompresor Hermetik (Fully Welded Compresor) 100 Kompresor Semi Hermetik (Semi Hermetic) 101 Kompresor Open Type 102 Pengaturan Putaran 103 Katup Servis pada Kompresor 103 Proses Kompresi (Torak) 105 Efisiensi Volumetrik 105 Piston Displacement Kompresor Rotary 107 Sistem Pelumasan Kompresor 107 BAB V EVAPORATOR 110 Fungsi Evaporator 111 Jenis Evaporator 111 Evaporator Berdasarkan Konstruksinya 112 Penggunaan Evaporator 113 Finned Evaporator (evaporator bersirip) 113 Kapasitas Evaporator 115 Koefisien Kalor Menyeluruh U 116 LMTD pada evaporator 116 Evaporator Konveksi Alami 120 Evaporator Konveksi Paksa 120 Evaporator Temperature Difference 121 Pemilihan Evaporator 123 Finned-Tube Evaporator 123 Shell-and-Tube Evaporator 125 Shell and Coil Evaporator 126 Flooded Evaporator 126

Panduan Kuliah Dasar Reffrigerasi vii

DAFTAR ISI

BAB VI KONDENSOR 131 Fungsi Kondensor 132 Jumlah Kalor Dilepas di Kondensor (Heat Rejection) 132 Heat Rejection Factor 133 Jenis Kondensor 136 Air Cooled Condensor (Kondensor Berpendingin

Udara) 137

Beda temperatur di kondensor 138 Condensing Unit 141 Water Cooled Condenser 142 Pengotoran pada Kondensor 143 Jenis Water Cooled Condenser 144 Kondesor Pipa Ganda 144 Kondesor Shell and Tube 145 Kondesor Shell and Coil 146 Cooling Tower 147 Air hilang di Menara pendingin 148 Kinerja Menara Pendingin 149 Jenis Cooling Tower 150 Kapasitas Cooling Tower 150 Evaporative Condenser 151 BAB VII ALAT EKSPANSI 153 Fungsi Alat Ekspansi 154 Prinsip Kerja Alat Ekspansi 154 Pipa Kapiler 155 Manual Valve 158 Automatic Expansion Valve 159 Thermostatic Expansion Valve (TXV) 159 TXV Internal / External Equalizer 162 Tips Pemasangan Sensing Bulb TXV 163 Electronic Expansion Valve (EEV) 165 Low Side Floating Valve 166 High Side Floating Valve 167 BAB VIII REFRIGERAN 169 Fungsi Refrigeran 170 Normal Boiling Point (NBP) 171 Karakteristik Refrigeran 171 Penamaan Refrigeran 172

Panduan Kuliah Dasar Reffrigerasi viii

DAFTAR ISI

Refrigeran Campuran 175 Syarat Refrigeran (ideal) 176 Kode Warna Refrigeran 177 Pertimbangan memilih Refrigeran 178 Perbandingan Refrigeran 179 Refrigeran Sekunder 180 Sistem Langsung & Tak Langsung 180 Sistem refrigerasi tak langsung 181 Perbandingan Refrigeran sekunder 182 Titik beku Refrigeran sekunder 183 Refrigeran dan Lingkungan 184 Lapisan Ozon di Atmosfir Bumi 185 Ozon Depletion Potential (ODP) 188 Global Warming Potential (GWP) 190 Pengganti Refrigeran 194 Beralih ke Hidrokarbon 195 Perbandingan Kinerja 197 BAB IX PEMIPAAN SISTEM REFRIGERASI 199 Sistem Pemipaan Refrigeran 200 Bahan Pemipaan 200 Sambungan (fitting) 201 Pengerjaan Pipa untuk Flare 201 Kecepatan Refrigeran (rekomendasi) 203 Ukuran Pipa 203 Langkah-Langkah Instalasi Sistem 204 Petunjuk Pemasangan Pipa Refrigeran 204 Pemeriksaan Kebocoran 207 Manifold Gauge 211 Pompa Vakum dan pemvakuman 212 Pengisian Refrigeran 214 Pengisian fasa gas 215 Pengisian fasa cair 216 BAB X KOMPONEN PENDUKUNG SISTEM REFRIGERASI 218 Komponen Pendukung 219 Alat kontrol : 219 Liquid Receiver dan Accumulator 220

Panduan Kuliah Dasar Reffrigerasi ix

DAFTAR ISI

Liquid to Suction Heat Exchanger (penukar kalor liquid -

suction) 220

Filter Drier 221 Sight Glass 222 Solenoid Valve 222 Evaporator Pressure Regulator 223 Crankcase Pressure Regulator 223 Condensing Pressure Regulator 224 Oil Separator 224 Check Valve 225 Service Valve 225 Strainer 226 Starting Relay 226 Defrost Timer 227 Thermostat 227 Pressurestat 229 Pressurestat (LP / HP) 230 Pressure Stat (HLP) 230 Differential Pressure Control 231 Safety Relief Valve 231 Four-Way Valve 232 Contoh Instalasi sistem refrigerasi 232 Contoh Sistem & Kelistrikannya 234 Sistem Kontrol 3 Evaporator 234 DAFTAR PUSTAKA 236 LAMPIRAN Diagram Psikrometrik, Diagram P-h Garis Besar Program Pengajaran (GBPP) Satuan Acara Pengajaran (SAP)

Panduan Kuliah Dasar Reffrigerasi x

DESKRIPSI MATA KULIAH

1.1 Identitas Mata Kuliah Judul Mata Kuliah : Dasar Refrigerasi Semester / Tingkat : 2 / 1 Prasyarat : Termodinamika Jumlah Jam/Minggu : 4 jam/minggu 1.2 Ringkasan Topik/Silabus : Mata Kuliah ini membahas mengenai pengertian sistem refrigerasi; cara kerja

sistem refrigerasi kompresi uap; jenis dan fungsi serta pemilihan : komponen-komponen utama sistem refrigerasi kompresi uap, komponen-komponen tambahan; pemilihan refrigeran, pemipaan sistem refrigerasi, efek yang terjadi dengan berbagai perubahan kondisi kerja, Pelumas kompresor, komponen kontrol sistem refrigerasi dan contoh-contoh aplikasi sistem kontrol refrigerasi.

1.3 Kompetensi Yang ditunjang : 1. Mengoperasikan Peralatan Sistem Refrigerasi (Kompetensi 1.1)

2. Melakukan Perawatan, Perbaikan dan Troubleshooting Sistem Refrigerasi (Kompetensi No. 2.1)

3. Menginstalasi Mekanik Refrigerasi Dan Tata Udara (Kompetensi No. 3.1) 4. Menginstalasi Refrigerasi (Kompetensi No. 3.2) 5. Memilih Komponen Sistem Refrigerasi Dan Tata Udara (Kompetensi No. 5.4)

1.4 Tujuan Pembelajaran Umum Setelah mengikuti mata kuliah ini, mahasiswa mampu menjelaskan dan

mengidentifikasi komponen sistem refrigerasi dan menjelaskan cara kerja dari sistem refrigerasi kompresi uap.

1.5 Tujuan Pembelajaran Khusus 1. Mahasiswa mampu menjelaskan cara kerja sistem refrigerasi dan

menggambarkan sistem pada diagram P-h. 2. Mahasiswa mampu menentukan langkah penginstalasian dan pengerjaan

pemipaan sistem refrigerasi kompresi uap. 3. Dalam situasi praktik, mahasiswa dapat mengidentifikasi komponen dan

menjelaskan kerja dari sistem refrigerasi kompresi uap.

Panduan Kuliah Dasar Reffrigerasi xi

PETUNJUK PENGGUNAAN

1. Pedoman Mahasiswa

Bahan Ajar ini merupakan materi kuliah, yang dapat dipakai saat Pengajar menyampaikan materi perkuliahan. Dalam beberapa bab, terdapat tugas yang harus dikerjakan dan kemudian dikumpulkan. Materi ini dapat dilengkapi dengan catatn-catatan kecil (bila diperlukan) pada lembar/bagian yang kososng.

2. Pedoman Pengajar

Pengajar agar menyampaikan materi sesuai dengan SAP yang telah ditentukan. Materi sudah dibuatkan dalam bentuk Modul Presentasi, dan beberapa disajikan dalam bentuk animasi, sehingga diharapkan siswa dapat lebih mudah memahami materi yang dijelaskan.

Penggunaan Ilustrasi dalam Bahan Ajar Terdapat beberapa ilustrasi dalam Bahan Ajar Dasar Refrigerasi ini, yang diperoleh dari beberapa buku dan situs internet. Beberapa sumber buku ataupun URL internet tidak sempat penulis catat. Oleh karenanya penggunaan ilustrasi dalam Bahan Ajar ini diperkenankan dengan menyebutkan sumber buku atau URL-nya. Bila tidak ditemukan, akan lebih baik bila ilustrasi-ilustrasi tersebut, TIDAK disebutkan dari penulis. Beberapa ilustrasi merupakan buatan dari penulis sendiri, oleh karenanya semua ilustrasi tersebut dapat dipergunakan sebagaimana mestinya, sesui dengan etika yang berlaku.

BAB I PENDAHULUAN

Panduan Kuliah Dasar Refrigerasi 1

1

BAB I

Pendahuluan

2WHM

Materi : Pendahuluan Jenis Sistem Refrigerasi Contoh Aplikasi sistem Refrigerasi Pengertian refrigerasi, Jenis sistem refrigerasi menurut metoda (Refrigerasi

Mekanik dan non mekanik), Jenis sistem refrigerasi menurut aplikasinya (Refrigerasi

domestik, transportasi, komersial, dan tata udara (industri/kenyamanan)

Review Sistem Satuan Pengukuran Besaran Penting Dalam Sistem Refrigerasi :

Tekanan dan Temperatur

BAB I PENDAHULUAN


3WHM

Sistem Refrigerasi

Refrigerasi merupakan suatu proses penarikanpanas/kalor dari suatu benda/ruangan sehinggatemperatur benda/ruangan tersebut lebih rendahdari temperatur lingkungannya. Refrigerasi akan selalu berhubungan proses-proses

aliran dan perpindahan panas. Dibutuhkan dasar pengetahuan Perpindahan Panas

dan termodinamika.

4WHM

Dingin ????

Adalah suatu keadaan yang mana temperatur suatu bendalebih rendah dari temperaturlingkungannya.

Bila terdapat beda temperaturakan terjadi perpindahan energi(kalor)

BAB I PENDAHULUAN


5WHM

Bagaimana Supaya Bisa Dingin ?

Menghembuskan udara ataumenyiramkan air hanya

menghasilkan perasaan dingin, tapi tak membekukan.

Untuk mendapatkan dingin, kitaharus berada pada lingkungan atau

dekat dengan benda yang lebihrendah temperaturnya.

6WHM

Sejarah Sistem Refrigerasi Penggunaan es untuk mendapatkan efek pendinginan. Pada abad XVIII, F. Turdor mengirimkan ratusan ribu ton es, -melalui kapal-, yang didapat dari

sungai-sungai dan danau-danau di Inggris, ke Hindia Barat, Amerika Selatan, Persia, India. Tahun 1790, di Inggris, Thomas Harris dan John Long menemukan mesin refrigerasi pertama. Tahun 1834, di Inggris, Jacob Perkins menemukan mesin refrigerasi kompresi uap dengan fluida

pendinginnya adalah ether. Tahun 1860, di Australia Dr. James Harrison mengembangkan mesin pendingin untuk pembuatan

bir dengan menggunakan refrigeran Ether-belerang. Tahun 1824, Michael Faraday menenukan prinsip sistem absorbsi. Awal tahun 1890-an teknik refrigerasi sudah mulai berkembang. Tahun 1905, Gardner T. Voorhees, menenukan kompresor efek ganda. Thun 1910, Mesin refrigerasi domestik mulai muncul. Sejak tahun ini, Kompresor rotari,

kompresor dua tingkat dan kompresor tiga tingkat mulai dikenal. Tahun 1913, JM Larsen memproduksi lemari es manual. Tahun 1918, Kelvinator memporduksi lemari es otomatis yang pertama di pasaran Amerika. Tahun 1928, Unit refrigerasi otomatis "Hermetik" yang pertama diperkenalkan oleh GE Tahun 1927 Electrolux, yang membuat unit refrigerasi absorbsi otomatis. Tahun 1930-an, sistem tata udara kendaraan bermotor mulai berkembang. Tahun 1941, Ferdinand Carre dari Perancis memperkenalkan pertama kali mesin absorbsi yang

digerakkan oleh pemanas yang terdiri dari evaporator, generator, kondensor, absorber daripompa.

BAB I PENDAHULUAN


7WHM

Sistem-sistem Refrigerasi

Sistem refrigerasimekanik; dimana akanditemui adanya mesin-mesin penggerak/dan alatmekanik lain : Refrigerasi sistem

kompresi uap Refrigerasi siklus udara Kriogenik/refrigerasi

temperatur ultra-rendah Refrigerasi siklus sterling.

Sistem refrigerasi non mekanik, dimana tanpamenggunakan mesin-mesin penggerak/dan alatmekanik lain. Refrigerasi thermoelektrik Refrigerasi absorbsi Refrigerasi steam jet Refrigerasi magnetic Heat pipe. Termoakustik

8WHM

Aplikasi Sistem Refrigerasi (1)

Air-conditioning Provides human comfort for people in their own homes and in the workplace; affects the population distribution.

Artificial Ice Recreation ice skating is provided all over the country, even inareas of warm climate.

Brewing Industry Enables breweries to make uniform products all year round.

Florists Enables people to send fresh flowers all year round.

BAB I PENDAHULUAN


9WHM

Aplikasi Sistem Refrigerasi (2)Hospitality Businesses Used by movie theaters, hotels, beauty salons, and restaurants to attract

customers to their air-conditioned facilities.

Meat-Packing Industry

Permits year-round production; improved meat quality.

Medicine Enables the transplantation of tissues and organs.

Metalworking Industry

Aids in the production of cutlery and tools.

Morgue Enables the preservation of human bodies.

Railway Car Enables the distribution of products on large-scale basis; created regional produce specialization; changed American diets.

Textile Industry Used in mercerizing, bleaching, and dyeing.

WWI Defense Application

Refrigerated machines kept ammunition below the temperature at which high explosives became unstable.

10WHM

Aplikasi sistem Refrigerasi

1. Refrigerasi domestik2. Refrigerasi komersil3. Refrigerasi industri4. Refrigerasi transportasi5. Tata udara industri dan tata udara

kenyamanan.

BAB I PENDAHULUAN


11WHM

Freezer

12WHM

Sistem Refrigerasi Domestik

BAB I PENDAHULUAN


13WHM

Sistem Refrigerasi Komersial (1)

14WHM


BAB I PENDAHULUAN


15WHM


16WHM

Sistem Refrigerasi Komersial (3)Display CabinetsDisplay Cabinets

VT/ATVT/AT

Tropicalized (40 oC, 70% RH)

Non CFC & Hydrocarbon Refrigerant

Thermometer & Optional

Unilever Worldwide Standard, 8 yrs lifetime

-20 (-28) oC

Tropicalized (40 oC, 70% RH)

Non CFC & Hydrocarbon Refrigerant

Thermometer & Optional

Unilever Worldwide Standard, 8 yrs lifetime

-20 (-28) oC

UprightUpright

Island TypeIsland Type

Special TypeSpecial Type

BAB I PENDAHULUAN


17WHM

Sistem Refrigerasi Transportasi (1)

18WHM

Sistem Refrigerasi Transportasi (2)

BAB I PENDAHULUAN


19WHM

Sistem Refrigerasi Industri (1)

20WHM

Sistem Tata Udara (1)

BAB I PENDAHULUAN


21

Definisi DasarBesaran dan satuan

Diambil dari internet : karya Christina Kellerhttp://www.usd.edu/phys/keller.cfm

22WHM

Massa

Besaran kuantitatif dari benda yang menyatakan kelembaman (resistance to being accelerated)

inertia Satuan kilogram Lb (pound) ons carat

Besaran Pokok (Fundamental Quantity)

BAB I PENDAHULUAN


23WHM

Length

Jarak antara dua titik extension in space unitsmeter footmile fathoms

Besaran pokok (Fundamental Quantity)

24WHM

Time

dimension of universe which determines sequence of events

unitssecondsdaysmonthsyears

fundamental unit

BAB I PENDAHULUAN


25WHM

Velocity

how fast an object is moving and in what direction (vector)meters/second (m/s)miles per hour (mph)

derived quantity

26WHM

Acceleration

rate of change of the velocity of an objectchange in speed change in directionchange in both

Unitsm/s2

BAB I PENDAHULUAN


27WHM

Momentum

product of mass and velocity light object moving fast can have same

momentum as heavy object moving slowly unitskg-m/s

28WHM

Force

influence that causes a body to accelerate F = mavector quantity

UnitsNewtonspounds

BAB I PENDAHULUAN


29WHM

Pressure

Force per unit area UnitsNewtons per square meter (N/m2)Pascal torr

30WHM

Kinetic Energy

Energy associated with the movement of an object

K = mv2

UnitsJoules (kg-m2/s2)

BAB I PENDAHULUAN


31WHM

Potential Energy

energy associated with the arrangement of a system of particles that exert a force on each other.

TypesGravitational ElasticElectric

32WHM

Electrical Charge

inherent physical property of subatomic particlesprotons (positive) and electrons (negative)not continuous value

UnitsCoulombs

BAB I PENDAHULUAN


33WHM

Electrical Current

Transfer of charge per unit time I = q/t Units Ampere or amp (A)

Fundamental quantityUnit of charge is derived quantityCoulomb

34WHM

Temperature

Measure of the internal energy of an object

determines the direction of heat flow when objects are placed in thermal contact

BAB I PENDAHULUAN


35WHM

Fundamental Quantities Mass

kilogram mass of an international prototype

in the form of a platinum-iridium cylinder kept at Sevres in France

Length meter distance light travels, in a vacuum,

in 1/299792458th of a second. Time

seconds length of time taken for 9192631770

periods of vibration of the cesium-133

Temperature Kelvin

Current Ampere current which produces a specified

force between two parallel wires which are 1 meter apart in a vacuum

Amount mole 6.02 x 1023 of anything

Luminous Intensity candela intensity of a source of light of a

specified frequency, which gives a specified amount of power in a given direction

36

Pengukuran BesaranPenting dalam SistemTermalTekananTemperatur

BAB I PENDAHULUAN


37WHM

Umum :

Tekanan (P) =Force (F)Area (A)

Dimensi / satuan :

1 Pascal (Pa) =1 Newton (N)

1 m (A)

A = 1 m2

1 N

105 Pa = 1 bar

1 MPa = 10 bar

1 in H2O (4oC) = 249,082 Pa

1 mm Hg (0oC) = 133,332 Pa

1 Atm = 101,325 kPa

1 Atm = 1,01325 bar

1 psi = 6894,76 Pa

Konversi Satuan Tekanan

Tekanan (1)

38WHM

Tekanan (2)

Tekanan Atmosfir

( )5,2559-5102,25577-1101,325 Zp =[m]laut permukaan dari ketinggian z

[kPa] atmosferiktekanan ==p

BAB I PENDAHULUAN


39WHM

Tekanan (3)

0 absolut

Patm= 0 gauge

1 Atm = 76 cmHg

= 101,3 kPa

Pvakum

PgaugePabsolut

P

Low Pressure Gauge

atmgaugeabsolut PPP +=

40WHM

Tekanan (4) : Manifold Gauge

Ke Low Pressure Side / Suction

Compresor

Ke High Pressure Side / Discharge

Compresor

Ke Vacuum Pump atau

Tabung Refrigeran

BAB I PENDAHULUAN


41WHM

Prinsip manometer U

Pengukuran tekanandapat dilakukandengan mengamatikesetimbangan gayayang bekerja padasuatu pipa U (manometer U).

P=gh

42WHM

Prinsip Kerja Pressure Gauge (1)

Jenis Bourdon gauge

BAB I PENDAHULUAN


43WHM

Prinsip Kerja Pressure Gauge (2)

44WHM

Ukuran yang menyatakan potensi perpindahan panas.

Air Mendidih pada 1 Atm

Es membeku pada 1 Atm

Nol Mutlak

Celcius Kelvin Fahrenheit Rankine

100 o

0 o

212 o

32 o

373

273

0 0

492

672

Temperatur (1)

BAB I PENDAHULUAN


45WHM

Ukuran yang menyatakan potensi perpindahan panas.

Celcius Kelvin

Fahrenheit

273+= CelciusKelvin tT

Celcius

3259 += CelciusFahrenheit tt

Celcius

( )3295 = FahrenheitCelcius tt

Fahrenheit Rankin

460+= FahrenheitRankine tT

Temperatur (2)

46WHM

Latihan

Tentukan : 25 oC = . oF 89 oF = . oC 95 oF = . oC 6 oC = . oF 110 oC = . oF 45 oC = . oF

Jawab :

25 oC = 9/5(25)+32 = 77 oF

89 oF = 5/9(89-32) = 31,7 oC

95 oF = 5/9(95-32) = 35 oC

6 oC = 9/5(6)+32 = 42,8 oF

110 oC = 9/5(110)+32 = 230 oF

45 oC = 9/5(45)+32 = 113 oF

BAB I PENDAHULUAN


47WHM

Pengukuran Kelembaban Udara

Dengan sederhana dapat dilakukan denganmenggunakan 2 (dua) termometer.

AliranAliranudaraudara

airair

termometertermometer

kasakasa

AliranAliranudaraudara

termometertermometer

Pengukuran Temperatur bola kering(dry bulb Temperatur = Tdb) danTemperatur bola basah (wet bulb Temperatur = Twb)

Tdb Twb

48WHM

Sling Psikrometer

Berfungsi untuk mengukur kelembaban udara denganmengukur temperatur tabung basah dan temperaturtabung kering.

Pengukuran dilakukan dengan memutar sehinggakecepatannya 2-3 m/s (400-600 fpm)

Tdb

Twb

BAB I PENDAHULUAN


49WHM

Diagram Psikrometrik

Tdp

Entalpi

% RH

Tdb

Twb

Rasio Kelembaban

50WHM

Contoh Perhitungan (soal)

Contoh Suatu tempat diukur temperatur tabung basah dan tabung

keringnya, dan didapatkan : Tdb = 30 oC = 86 F Twb = 25 oC = 77 F

Tentukan Kelembaban udara pada tempat tersebut

BAB I PENDAHULUAN


51WHM

Contoh Perhitungan (jawab)

86

77

RH = 67 %

Tdp = 73 oC

52WHM

Tabel Konversi SatuanBesaran Dari Ke Dikalikan dengan

Panjang inch (in.) meter (m) 0,0254foot (ft) meter (m) 0,3048

Luas ft2 m2 0,0929in2 cm2 6,4516

Volume ft3 m3 0,0283galon (US) L 3,785

Debit volume ft3/min (cfm) m3/s 0,000472gpm L/s 0,06309

Massa lb kg 0,45359Debit massa lb/min g/s 7,55987Volume Spesifik ft3/lb m3/kg 0,062428Rapat massa lb/ft3 kg/m3 16,0185Kecepatan ft/s m/s 0,00508

mph m/s 0,44704Tekanan mH2O (pd 4

oC) Pa 9806,65bar Pa 1000001 atm Pa 101325

Gaya lb N 4,44822Kerja/Energi ft.lb J 1,355818

Btu J 1055,06Daya Btu/h J/s (Watt) 0,293067

hp W 745,6999Ton.Ref (TR) W 3516,8

BAB I PENDAHULUAN


53WHM

Bacaan lebih lanjut

Dossat Roy J. Principles of Refrigeration 2nd Ed. John Wiley & Son. Chapter 1

Arora CP. Refrigeration And Air Conditioning (in SI Unit). Tata McGraw-Hill. Chapter 1

BAB II REVIEW TERMODINAMIKA DAN PERPINDAHAN PANAS


1

BAB II

Review Termodinamika danPerpindahan Panas

2WHM

Materi : Review Termodinamika dan Perpindahan Panas Sifat / tingkat keadaan fluid Energi, entalpi, daya, kerja, debit. Proses-Proses dalam Termodinamika Diagram p-H, modus-modus perpindahan panas

(konduksi, konveksi, dan radiasi)



3WHM

Termodinamika dan energi Termodinamika : Ilmu tentang energi Energy : kemampuan untuk melakukan

perubahanClassical Thermodynamic (macroscopic)

Statistical Thermodynamics

(microscopic)

Fluid Mechanics

Heat Transfer

4WHM

Sifat/tingkatSifat/tingkat keadaankeadaan

Massa Temperatur TekananDensitas (rapat massa)

Sifat / tingkat keadaan adalahkarakterisitik atau dari sistem yang dinyatakan dengan angka-angka.



5WHM

SifatSifat ExtensiveExtensive Sifat Extensive adalah sifat yang dapat

dihitung berdasarkan jumlah atau besarnya(kuantitatif) dari keseluruhan sistem.

Sifat ini bergantung pada ukuran dari sistem. Biasanya dinyatakan dengan huruf besar.

Contoh : Volume, Mass, Berat

6WHM

SifatSifat IntensiveIntensive Intensive adalah sifat yang tidak

bergantung pada ukuran (massaatau volume) dari sistem.

Biasa dilambangkan dengan hurufkecil.

Contoh : Densitas, Temperatur



7WHM

SifatSifatmVTP

m/2 m/2V/2 V/2T TP P

Sifat Extensive

Sifat Intensive

Sifat Ekstensif per satuan unit massa (atau dgn volume)akan menjadi sifat intensif

Vm

volumemass

mV

massvolumev

==

==

mkg

kg

m

3

3

Specific volume

densitas

8WHM

Hukum Termodinamika

Hukum 0 Termodinamika : panas mengalirdari temperatur tinggi ke temperaturrendah

Hukum I Termodinamika : Energi tidakdapat diciptakan atau dimusnahkan



9WHM

Hk. 0 Termodinamika

Laju PerpindahanPanas bergantungpada beda temperatur

10WHM

Sistem dalam termodinamika

Sistem Tertutup

Q

W

Lapisan batas/ Boundary

Sistem Terbuka

Q

W

Fluida kerjamasuk

Fluida kerjakeluar

Lapisan batasvolume atur /

boundary



11WHM

Hk. I Termodinamika

Kesetaraan Energidalam bentuk panasdan kerja.

dQ dW=

Dalam sistem tertutup berlaku pula :

Q dU W= +

Q W U U = 1 2

W pdV=

Setelah diitegrasi

Dalam sistem tertutup berlaku pula :

12WHM

Percobaan JouleTemperatur air dalambejana naik akibat suduberputar saat bebanturun.Konstanta kesetaraanenergi (Proportionality constant) :4.186 J/g- C



13WHM

Perubahan fasa air (padat-gas)

14WHM

Proses dalam termodinamika

Proses Volume Konstan Proses Tekanan Konstan Proses Temperatur Konstan Proses Adiabatik Proses Politropik



15WHM

Proses Volume konstanKarena selama proses volumenya konstan, maka tidak ada kerjadilakukan (W=0)

12 UUQ =Energi hanya digunakan untuk mengubah energi dalam saja.

Q W U U = 1 2Karena W = 0, maka :

16WHM

Proses Tekanan konstan

Q W U U = 1 2

( )W pdV p V V= = 2 1

( )Q U U p V V H H= + = 2 1 2 1 2 1

Kerja yang dilakukan merupakan integrasi tekanan terhadapperubahan volume, sehingga

dan karena

Energi akan sama dengan perubahan entalpi dari sistem.

maka



17WHM

Proses Adiabatik

Q W U U = 1 2

Proses adiabatik adalah proses dimana pada sistem tidak terjadipertukaran kalor (tidak ada kalor yang masuk maupun keluar). Q = 0

12 UUW =Kerja dilakukan adalah hasil dari perubahan energi dalam.

18WHM

Proses Temperatur konstanKalor yang diberikan/diterima akan dipengaruhi dengan perubahanentropi dan temperatur, demkikian juga dengan kerja yang dilakukan.

( )Q Tds T S S= = 2 1( ) ( )W T S S U U= 2 1 2 1



19WHM

Proses Politropik

pv RT= pV mRT=Proses ini berlaku untuk semua gas yang memenuhi persamaan gas ideal

atau

Akan berlaku pula : Konstan=npV

(volume konstan)isokhorik(entropi konstan)isentropikk

(temperatur konstan)isotermal1

(tekanan konstan)isobarik0

Prosesn

Tabel 2-1 Proses dengan berbagai indeks politropikW pdV= = 1

2

1

2

Konstanta dVVn

( )n

TTmRn

VPVPW =

=11

12112221

20WHM

Persamaan proses non aliran reversibel untukfluida yang memenuhi persamaan gas ideal

Proses Hukum dasar Kerja dilakukan w pdv=

Kalor ditambahkan ( )Q u u W Tds= + = 2 1

Perubahan entropi

s s dqT rev

2 1 =

Volume konstan PT

= Konstan 0 ( )c T Tv 2 1 c TTv ln 21 Tekanan konstan

vT

= Konstan ( )p v v2 1 atau ( )R T R2 1 ( )c T Tp 2 1 c

TTp

ln 21

Adiabatik

pv C = =Konstan dimana = c

cp

v

atau

TT

pp

vv

2

1

2

1

1

2

1

1

= =

0 0

Politropik

pv Cn = =Konstan atau

TT

pp

vv

nn

n

2

1

2

1

1

2

1

1

= =

( )R T Tn

2 1

1

( )cR

nT Tv +

1 2 1

c TT

R vvv

ln ln21

2

1

+ atau

1

2

1

2 lnlnvv

Rpp

cv +

Isotermal pv = konstan RT vv. ln2

1

( )T s s2 1 R ppln 21 Disalin dari [arora]



21WHM

Proses pada aliran fluida

SistemTerbuka

z1 z2

m

, v1, p1u1, T1

C1m

, v2, p2u2, T2

C2

W

Q

grs. acuan

( ) ( )[ ]Q W m u pv C gz u pv C gz = + + + + + +2 2 12 22 2 1 1 12 12 1Dalam keadaan mantap (steady)

( ) ( ) ( )[ ]Q W m h h C C g z z = + + 2 1 12 22 12 2 1

22WHM

Fenomena alam yang menarik

Temperatur saturasifluida (titik didih) akan

turun bila tekananyang dialaminya turun.

(Demikian jugasebaliknya)



23WHM

Diagram Moiller

Adalah diagram yang menyatakan sifat-sifatrefrigeran/fluida.

Jenis : bisa P-v atau T-s atau P-h, dll. Di lingkup Refrigerasi, penggambaran dan

analisis sistem lebih banyak menggunakandiagram P-h

Untuk menentukan keadaan suatu fluida padadiagram P-h, diperlukan 2 sifat/parameter.

24WHM

P konstan

T konstan

h konstan

x konstan

v atau konstan

s konstan

Subcooled(Cair)

Superheated(Uap)

Mixture(Campuran cair-gas)



25WHM

Latihan :

Tentukan sifat-sifat refrigeran (h, s, P, T, ) pada diagram P-h R-22 kondisi berikut :Temperatur 25 oC, tekanan 5 Bar abs.Temperatur -2 oC, fasa uap dengan volume

spesifik 0.15 m3/kg.Entalpi 300 kJ/kg dan tekanannya 8 bar.

Tentukan fasa refrigeran pada saattekanan 6 bar gauge dan temperatur 25 oC

26WHM



27

BAB II

Review Perpindahan Panas

28WHM

Termodinamika vs Perpan Termodinamika (Thermodynamics)

Mempelajari tentang effek dari penambahan atau pengurangankalor (energi) dari/ke suatu sistem.

Mengamati / melihat awal dan akhir dari suatu proses saja.

Perpindahan Kalor (Heat Transfer) Mempelajari bagaimana perpindahan kalor (energi) dapat terjadi

pada suatu sistem. Melihat bagaimana proses energi berpindah

Ketika dua sistem berada pada beda beda temperatur, makaakan terjadi pertukaran kalor (energi). Panas/kalor/energi mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur

rendah (Hukum 0 Termodinamika) Laju aliran panas/kalor/energi sebanding dengan beda temperatur



29WHM

Bagaimana Energi Berpindah

30WHM

KONDUKSI Kalor

Laju aliran konduksi kalor sebandingdengan luas bidang perpindahan kalordan gradien suhu.

Konduktivitas termal, k : merupakankonstanta kesetaraan, yang merupakankarakteristik termal dari meterial/benda.

qA

Tx

q kA Tx

=



31WHM

Konduksi pada dinding datar

q kA Tx

=

= 21

2

1

TkAxq

Jika persamaan diintegrasi, diperoleh

( ) ( )211212 TTxkATT

xkAqq ===

T1

T2x1 x2

L

12q ( )2112 TTLkA

dxdTkAq ==

32WHM

Tahanan Termal (Thermal Resistance)

xT

Hot air Cold air

T1

T2 T3T4

L

q1 q2 q3

h1k

h2

ETerkumpul = EMasuk - EKeluar + EDibangkitkan

Maka diperoleh : q1 = q2 =q3



33WHM

( )21111 TTAhq =( )

LTTkAq 2322

=( )43323 TTAhq =

2111

1 TTAh

q =

322

2 TTkA

Lq =

4332

3 TTAh

q =+

4132

3

2

2

11

1 TTAh

qkA

LqAh

q =++

4121

11 TTAhkA

LAh

q =

++

Karena : q1 = q2 =q3 =q dan A1 = A2 =A3 =A didapatkan

34WHM

Penyelesaian untuk qAhkA

LAh

TTq

21

41

11 ++=

Hal ini analog dengan sistem tahanan listrik yang dipasang serial

==

=+++= ni

ii

n R

VRRR

VI

1

21 ...

Hot air Cold air

T1

T2 T3T4

L

qR2 R3

h1k

h2

R1



35WHM

Jadi AhR

11

1=kALR =2, dan AhR 23

1=

Sehingga ==

=++

= 3121

41

11 i

iiR

T

AhkAL

Ah

TTq

=

=1i

iR

Tq

Bentuk umum untuk koordinat Kartesian

Laju aliran perpindahan kalor

Tahanan termal konduksi

Tahanan termal konveksihA

R 1=kALR =

36WHM

Dinding komposit dipasang seri

Hot air

Cold air

T1

T2

T5T6

LAq

R2 R3

h1

h2

R1 R5R4

T4

T3

LB LC

A B C

kA kB kC



37WHM

Maka AhR

11

1=Ak

LRA

A=2,

Sehingga ==

=++++

= 5121

61

11 i

ii

C

C

B

B

A

A R

T

AhAkL

AkL

AkL

Ah

TTq

,Ak

LRB

B=3

AhR

25

1=

AkLRC

C=4,

dan

38WHM

Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh(Overall Heat Transfer Coefficient)

Kita dapat mendefinisikan Koefisien Perpindahan PanasMenyeluruh (overall heat transfer coefficient) sebagai :

ARU

Total

1=

Yang menhasilkan suatu bentuk yang analogi dengan hukum Newton :

TUAq =



39WHM

Dinding komposit seri-paralel

q T2

T1

LA

RE

RF

LF = LG LH

E

F

H

kE

kF

kGG

kH

RG

RH

A1

A2

A3

40WHM

SehinggaTotal

H

H

G

G

F

FE

E

RT

RT

AkL

LAk

LAkAk

L

TTq ==

+

++

= 1321

21

1

Jadi1Ak

LRE

EE = , , and

2AkLRF

FF =

3AkLRG

GG =

1AkLRH

HH =

Rangkaian ekivalen

Yang mana213

111RRR

+= jadi21

3 111

RR

R+

=

R1

R2

=R3



41WHM

Tahanan termal bentuk silinder

Misal diketahui temperatur sisi bagian dalamsuatu silinder adalah Ti dan sisi luarnya To. Diasumsikan bahwa :

Konduktivitas termal conductivity k konstanKeadaan mantap (Steady-state)Tidak ada sumber kalorL jauh lebih besar dari roPerpindahan hanya terjadi dalam arah radial.

Maka, kita dapat menuliskan persamaan :untuk menentukan perpindahan panas padasilinder, jadi :

ro

ri

Ti

To

L

( )TkAq = vv

drdTrLk

drdTkAqr 2== rrii rroo

rr

drdr

QQ

42WHM

Dengan memisahkan variabel, kita dapatkan :

LdTkdrrqr 2= = o

i

o

i

T

T

r

r

r LdTkdrrq 2

( ) ( )( ) ( )oiior TTLkrrq = 2lnln( )

=i

o

oir

rr

TTLkqln

2

( )

LkrrTT

RTq

i

o

oir

2ln

==

Lkrr

R io

2ln

=



43WHM

r2r1r3

r4

qrR2 R3R1 R5R4

T,1T1

T2

T3 T4 T,4

AB

C

Untuk silinder dengan beberapa lapisan ko-sentris

Lkrr

RC2

ln3

4

4

=

LrhR

111 2

1=

Lkrr

RA2

ln1

2

2

=

Lkrr

RB2

ln2

3

3

=

LrhR

415 2

1=

44WHM

LrhLkrr

Lkrr

Lkrr

Lrh

TTq

BBA

r

44

3

4

2

3

1

2

11

4,1,

21

2

ln

2

ln

2

ln

21

+

+

+

+

=

( )4,1,4,1, == TTUARTT

qr

44

1

3

41

2

31

1

21

1

1

lnlnln11

rhr

rr

kr

rr

kr

rr

kr

h

U

BBA

+

+

+

+

=

Jadi dengan A1 yang didefinisikan sebagai : LrA 11 2=



45WHM

Hal yang sama untuk A2 yang besarnya : LrA 22 2=

44

2

3

42

2

32

1

22

11

22

lnlnln

1

rhr

rr

kr

rr

kr

rr

kr

rhr

U

BBA

+

+

+

+

=

Dan ( ) 144332211 ==== RAUAUAUAU

46WHM

Solusi terhadap persamaan perpindahan panas untuk satu dimensi, keadaan tunak dan tidak ada pembangkitan kalor

Tahanan Termal(Thermal resistance)

Laju aliran Kalor(Heat rate)

Fluks Kalor(Heat flux)

Distribusitemperatur(Temperature distribution)

Pers. energi(Heat equation)

Dinding silinderBidang Datar

022

=dx

Td

LxTTs 1,

LTk

LTkA

kAL

01 =

drdTr

drd

r

2

1

22,

ln

ln

rr

rr

TTs

1

2ln2

rrTkL

kLr

r

2ln

1

2

1

2ln rrr

Tk



47WHM

KONVEKSI Kalor

Media/benda yang menghantarkan kalorjuga turut berpindah

umumnya terjadi dari benda padat kefluida (baik cair maupun gas)

48WHM

KONVEKSI Kalor Media/benda yang menghantarkan kalor juga turut berpindah umumnya terjadi dari benda padat ke fluida (baik cair maupun gas) Persoalan utama adalah menentukan nilai h (koef. Konveksi)

t

wT

UT ,y

)( yT

Lapisan batas kecepatan(velocity boundarylayer edge)

Lapisan batas termal(thermal boundarylayer edge)

( )q hA T Tw=



49WHM

Konveksi Bebas

Tentukan geometri dan kasus. Tentukan sifat fluida pada temperatur yang tepat Tentukan bilangan Grashof (Gr) atau Rayleigh

(Ra) Hitung Bilangan Nusselt (Nu), dan Nu = f(Gr,Pr) Tentukan nilai h Hitung Fluks kalor atau laju aliran kalor.

50WHM

Konveksi Paksa

Tentukan geometri dan kasus. Tentukan sifat fluida pada temperatur

yang tepat Tentukan bilangan Reynolds (Re) Hitung Bilangan Nusselt (Nu); Nu = f(Re). Tentukan nilai h Hitung Fluks kalor atau laju aliran kalor.



51WHM

Sumber : A HEAT TRANSFER TEXTBOOK THIRD EDITION, John H. Lienhard IV / John H. Lienhard V

52WHM

Table 9 Forced-Convection Correlations

Sumber : Hand book of ASHRAE 2005 : Fundamentals (SI) Chapter 3 : Heat Transfer



53WHM

Table 9 Forced-Convection Correlations


54WHM

Table 10 Natural Convection Correlations




55WHM

Table 10 Natural Convection Correlations


56WHM

Radiasi Kalor

Merupakan emisi energi, yang disebut sebagaidaya emisi (emissive power)

Besarnya sebanding dengan pangkat empat daritemperatur absolutnya.

Benda hitam ideal (black body) disebut jugaideal radiator, daya emisi dinyatakan denganpersamaan Stefan-Boltzman :

E Tb = 4 = 5,669 x 10-8 W/m2K4



57WHM

Radiasi benda nyata

E E Tb= = 4

Q A T1 1 1 14= Q A T2 2 2 24=

( ) ( )Q A F T T A F T T= = 1 12 14 24 2 21 24 14

Radiasi dari benda nyata dinyatakan sebagai :

Besarnya energi yang dipindahkan dari benda 1 dan 2, masing-masing

Radiasi juga dipengaruhi oleh bentuk/geometri antara benda 1 dan 2

= emisitivitas benda

58WHM

Sum

ber:

A H

EAT

TRA

NSF

ER T

EXTB

OO

K TH

IRD

EDIT

ION

, Joh

n H.

Lie

nhar

dIV

/ Jo

hn H

. Lie

nhar

dV



59WHM

Resume modus perpindahanPanas

Per-Pan

- Radiasi

- Konveksi

- Konduksi Geometri

WaktuMantap

Bentuk (Datar, Silinder, Bola)

Koordinat (Kartesian, Silinder, Bola)

TransienPaksa

BebasKasus

Geometri Sederhana : datar, silinder, bola

Kompleks : rangkuman tabung

60WHM

Bacaan Lebih Lanjut dan Tugas Pelajari :

1. CP Arora, Refrigeration and Air Conditioning, Tata Mc GrawHill, bab 2.

2. RJ Dossat, Principles of Refrigeration, John Willey & Son, bab2-3.

3. JP Holman, Perpindahan Kalor, terjemahan E. Jasjfi, Erlangga.

4. FP Incropera & DP De Witt, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, John Willey & Son.

5. Hand book of ASHRAE 2005 : Fundamentals (SI) Chapter 3 : Heat Transfer

6. John H. Lienhard IV / John H. Lienhard V, A Heat Transfer Textbook, 3rd Edition, 2002

BAB III SIKLUS REFRIGERASI KOMPRESI UAP


1

BAB III

Siklus Refrigerasi KompresiUap

2

Materi : Siklus Refrigerasi Kompresi uap Konsep perubahan fasa fluida dan tekanan/ temperatur

jenuh. Siklus carnnot, siklus refrigerasi (reverse carnot), Mesin

kalor, mesin refrigerasi . Proses evaporasi, kondensasi, ekspansi dan kompresi. Perhitungasn kinerja sistem (efek refrigerasi, kerja

kompresi, heat rejection, COP) Pengaruh-pengaruh perubahan parameter thd kinerja

sistem (Perubahan tekanan/ temperatur kerja, dll) Efek-efek drop tekanan pada saluran pipa,

suction/discharge kompresor, dan gambaran siklus sebenarnya



3

Masih Ingat ???Hukum Termodinamika

Hukum 0 Termodinamika : panas mengalirdari temperatur tinggi ke temperaturrendah

Hukum I Termodinamika : Energi tidakdapat diciptakan atau dimusnahkan

4

Hk. 0 Termodinamika

Laju PerpindahanPanas bergantungpada beda temperatur



5

Energi dilepaskan dari reservoir panas sebesarQ1, pada saat yang sama kerja dilakukansebesar W, sisa panas dibuang ke resevoirdingin sebesar Q2.Maka didapat efisiensi Mesin Carnot () :

Reservoir Panas

T1

Reservoir Dingin T2

W

Q1

Q2

Mesin Kalor Siklus Carnot

WQQ = 21

diberikan yangKalor dilakukan yang Kerja=

1

2

1

21

1

1QQ

QQQ

QW ===

6

Pernyataan Kelvin-Plank tentang hukum termodinamika II : Tidaklah mungkin membuat suatu mesin yang bekerjadalam suatu siklus dengan hanya reservoir tunggal

Mesin Kalor Siklus Carnot ?Pernyataan Kelvin-Plank

Reservoir Panas

T1

W

Q1



7

Kebalikan Mesin Kalor Carnot = Mesin Refrigerasi Carnot

Lingkungan

Benda Dingin To

W

Qk

Qo

Tk

R

Energi diserap dari benda dingin (temperaturTo) sebesar Qo, dengan menggunakan mesinrefrigerasi Carnot, untuk itu dibutuhkan kerjasebesar W, kemudian kalor dilepaskan kelingkungan panas (temperatur Tk) sebesarQk.Ukuran kinerja Mesin Refrigerasi Carnotdinyatakan sebagai COP (Coefficient of Performance), yang didefinisikan sebagai :

WQCOP o==

dilakukan yang Kerjatkan termanfaayang Energi

8

Kinerja Siklus Refrigerasi CarnotTidak ada siklus yang mempunyai COP lebih besar dari COP siklusRefrigerasi Carnot pada Temperatur kerja yang sama. (Tk, To), sehingga untuk proses dengan temperatur konstan diperoleh :

dQ = TdsKarena

Maka :

Buktikan !!!!

WQCOP o=

T k

T o

32

4 1

Q o

W

s5 6

ok

o

TTTCOP =

Proses 1-2 : Kompresi isentropik, s1=s2Proses 2-3 : Pembuangan kalor pada isotermal, T2 = T3Proses 3-4 : Ekspansi isentropik, s3=s4Proses 4-1 : Penyerapan kalor secara isotermal, T4 = T1



9

Perbedaan Mesin, Pompa Kalordan Mesin Refrigerasi

Ruang yangdipanaskan

Ruang yangdidinginkan

Sumber kalor

Lingkungan, Ta ToTa

WE

T1

Tk>Ta

R

H

E

10

Prestasi/Kinerja Mesin Pendingindan Pompa Kalor

kerja sebagaidigunakan yang energitkan termanfaaEnergi COP =

Definisi Coefficient Of Performance (COP) :

ok

ooR QQ

QWQ

COP ==Maka prestasi/kinerja mesin Pendingin (COP)

ok

kkH QQ

QWQPFCOP ===

Maka prestasi/kinerja mesin Pompa Kalor (Performance Factor, PF)



11

Bagaimana Siklus nyatanya ?

12

Masih ingat ??Fenomena alam yang menarik

Temperatur saturasifluida (titik didih) akan

turun bila tekananyang dialaminya turun.

(Demikian jugasebaliknya)



13

Siklus Refrigerasi Kompresi UapSederhana

12Evaporator

Qe

Refrigeran Cair Refrigeran Uap

P/T

Te

Te < T kabin

14


12Evaporator

Qe


P/T

Te

Te < T kabin

34

Condenser

QcP/T

Refrigeran UapRefrigeran Cair Tk

Tk > T Lingkungan



15

Compressor

W


12Evaporator

Qe


P/T

Te

Te < T kabin

34

Condenser

QcP/T


Tk > T Lingkungan

16

Compressor

W


12Evaporator

Qe


P/T

Te

Te < T kabin

34

Condenser

QcP/T


Tk > T Lingkungan

1

Throttling Device1



17

Proses di Evaporator

A B

pres

sure

pres

sure

enthalpyenthalpy

evaporatorevaporator

18

Proses di Kompresor

A

C

compressorcompressor

pres

sure

pres

sure

enthalpyenthalpy

evaporatorevaporator B



19

Proses di Kondensor

A

condensercondenserpres

sure

pres

sure

enthalpyenthalpy


C


D

20

Proses di Alat Ekspansi

expansionexpansiondevicedevice

A

D condensercondenser

pres

sure

pres

sure

enthalpyenthalpy


C




21

Siklus pada diagram P-hAsumsi : Refrigeran keluar kondensor

adalah cair jenuh, Refrigeran keluar Evaporator

berfasa uap jenuh. Proses ekspansi secara

isentalpi Kompresi secara isentropi

22

Siklus pada Diagram P-h dan T-s



23

qin = evaporasi = Kalor diserap

condensation = Kalor dilepas

TP

TP

Temperatur akan turun

Temperatur akan naik

qout

qout = qint + qcomp

Contoh aplikasi Sistem Refrigerasi

24

Sistem AC Split

Suction Line

Liquid Line

Outdoor Unitatau

Condensing Unit

Indoor Unit atau

Cooling Unit



25

Condenser

Evaporator

Prime Mover Motor Engine Steam Turbin Gas Turbin

Throttling Device Capillary Tube Orifice TXV Level Con. V. Hand Ex.V

Compressor Scroll Reciprocating Screw Rotary Centrifugal

Air Cooled Coil Shell and Tube HX (Liquid Chiller) Special Configuration for specific Processes

Air Cooled Water Cooled Evaporative

Liquid line

Suction line

Discharge line

High Press. Side

Low Press. Side

Sistem Pendingin

26

Perhatikan sekali lagi siklus !!

Bagaimana dengan kinerja sistem ???



27

H. Kekekalan Energi pada siklus

Compressor

W

12Evaporator

Qe

Refrigeran Cair Refrigeran UapTe

34

Condenser

Qc


1

Throttling Device1

CompressorCompressor

W

12Evaporator

Qe

Refrigeran Cair Refrigeran UapTe

34

Condenser

Qc

Condenser

Qc


1

Throttling Device11

Throttling DeviceThrottling Device1

WQQ ek +=Energi yang keluar sistem = energi yang masuk sistem

28

Kompresor

qw = besarnya kerja kompresi yang dilakukan (kJ/kg)h1 = entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)h2 = entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)

= laju aliran refrigeran pada sistem. (kg/s)

( )12 hhmqmW w == 12 hhqw =

m

Kerja spesifik dilakukan kompresor

Kerja dilakukan kompresor

s

dcc P

PrR ==

Rasio kompresi,Perbandingan tekananDischarge terhadap tekanansuction.

11 = mV

Laju aliran volume refrigeranyang mengalir di suction kompresor :



29

Proses kompresi tidak isentropik

Proses isentropik pada kompresor hanya idealisasi, nyatanya tidak isentropik. Kenyataannya entropi refrigeran di discharge lebih besar (tidak mungkin lebih

kecil) dari entropi refrigeran di suction kompresor (pada proses isentropi). Perbedaan ini dinyatakan dengan efisiensi isentropik yang didefinisikan

sebagai : Perbandingan energi kompresi pada proses isentropi terhadapenergi kompresi sebenarnya.

( )( ) lossakt

isis

Whhm

hhmWW

+==

1'2

12

H(entalpi)

P(Tekanan)

Pevaporasi

3

4 1

22

Wloss= Energi yang hilang di kompresor dalambentuk panas, dalam beberapa kasus, Wlossdianggap NOL ( )

( )1'212

hhhh

is =

30

Kondensor

qc = besarnya panas dilepas di kondensor (kJ/kg)h2 = entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)h3 = entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)

( )32 hhmqmQ kk ==

32 hhqk =

32 hhqk =Kalor dilepas di kondensor persatuan massa refrigeran :

Kalor total dilepas di kondensor, (heat rejection)



31

EkspansiProses ekspansi terjadi secara adiabatik, artinya tidak ada energi yang keluar maupun masuk. Sehingga ekspansi terjadi pada entalpi konstanatau disebut isentalpi.

43 hh =campuran massa

refigeran uap massa uap Kualitas =fg

gg mm

mx +=

44

44

fg

gg mm

mx +=

fg

fg hh

hhx

= 44f

fg hh

hhx

=1

44

Kualitas uap atau fraksi uap didefinisikan sebagai :

Maka fraksi uap di titik 4 didapat :

Karena : ( )fggf hhxhh += 44Maka fraksi uap dapat ditentukan :

32

Evaporator

Qe = kalor yang diserap di evaporator (kW)qe = efek pendinginan (efek refrigerasi) (kJ/kg)h1 = harga entalpi ke luar evaporator (kJ/kg)h4 = harga entalpi masuk evaporator (kJ/kg)

( )41 hhmqmQ ee == q h he = 1 4

Kalor total diserap di evaporator, (Kapasitas pendinginan) :

Kalor diserap persatuan massa refrigeran :



33

Kinerja sistem


( )( )

( )( )12

41

12

41

hhhh

hhmqm

hhmqmWQ

COPw

ee

=

====

COP untuk sistem refrigerasi adalah :

COP untuk sistem heat pump disebt juga Performance Factor (PF) adalah :

( )( )

( )( )12

43

12

43

hhhh

hhmqm

hhmqmWQPF

w

kk

=

====

34

Kinerja sistem

Ukuran kinerja yang lain adalah efisiensi refrigerasi yang didefinisikan sebagai perbandingan COP aktual terhadapCOP siklus Carnot pada temperatur kerja yang sama.

Carnot

aktualR COP

COP=



35

Kalau EER itu apa ?ARI (STANDARD 1200 : Performance Rating Of Commercial Refrigerated Display Merchandisers And Storage Cabinets, hal. 1 ) :A ratio of the cooling capacity in Btu/h to the power input values in watts at any given set of Rating Conditions expressed in Btu/(Wh).

ASHRAE (2008 HVAC Systems and Equipment Chapter 49 hal 49.2) :Efficiency is capacity in watts divided by input in watts. For room air conditioners, it may be called energy efficiency ratio (EER) or coefficient of performance (COP). To convert EER to COP, multiply EER 0.2931.

Wikipedia (http://en.wikipedia.org/wiki/SEER) :which is the ratio of output cooling in Btu/Hr and the input power in watts W at a given operating point and also to the coefficient of performance (COP) commonly used in thermodynamics .

36

Kesimpulan :

COP = EER 0.2931

COP : Unitless [W/W]EER : Btu/h.W

EER = COP 3.413



37

Untuk Siklus Sederhana


( )( )

( )( )12

41

12

41

hhhh

hhmqm

hhmqmWQ

COPw

ee

=

====

COP untuk sistem refrigerasi adalah :

38

Typical COP



39

Kinerja sistem

Ukuran kinerja yang lain adalah efisiensi refrigerasi yang didefinisikan sebagai perbandingan COP aktual terhadapCOP siklus Carnot pada temperatur kerja yang sama.

Carnot

aktualR COP

COP=

40

Ingat : COP Carnot !!COP Carnot adalah COP teoritik,COP Carnot adalah COP maksimum yang dapat diperoleh padatemperatur kerja yang sama dengan sistem refrigerasi sebenarnya.

)()()(

1

1

ek

e

ek

eeCarnot TT

TTTs

TsWQCOP ===

Tk

Te

32

4 1

Qe

W

s5 6



41

Contoh 1Diketahui suatu sistem refrigerasi dengan temperaturevaporasi -5 oC dan temperatur kondensasi sebesar 45 oC. Tentukanlah kinerja (COP) maksimum yang mungkindicapai oleh sistem tersebut.

Jawab :

36,5268318

268,, ===== ok

ooCRCarnotR TT

TWQCOPCOP

COP maksimum yang dapat dicapai oleh suatu mesin pendingin adalahCOP Carnot, yaitu :

Jadi COP maksimumnya adalah 5,36

42

Contoh 2

Jika suatu sistem refrigerasi dengan menggunakanrefrigeran R-12, bekerja pada temperatur penguapan(evaporasi) sebesar -10 oC, dan temperaturpengembunan 45 oC. Bila jumlah kalor yang harusdiserap di evaporator sebesar 3,5 kW, tentukanlah

a) Gambar dari sistem dan besaran entalpi pada diagram P-h.b) Laju aliran refrigeran yang bersirkulasi dalam sistem.c) Laju aliran volume refrigeran saat masuk kompresor.d) Panas dibuang di kondensore) COP dan Efisiensi refrigerasi dari sistemf) Rasio kompresi dari kompresor



43

Jawab (soal no 2)

45 oC

-10 oC

1 = 0,076659 m3/kg

h2 = 375,545 kJ/kg

h1 = 347.141 kJ/kgh3 = h4 = 243,652 kJ/kg

Ps =2,191 bar

Pk =10,843 bar

1

23

4

44

Jawab (soal no 2)

b) Laju aliran massa = 0,0338 kg/s c) Laju aliran volume refrigeran di suction

kompresor adalah 2,5926 L/s d) Panas yang dibuang di kondensor adalah

4,461 kJ per detik (4,461 kW)e) COP-nya adalah 3,64 dan efisiensi

refrigerasinya 76,15%f) rasio kompresi sebesar 4,949



45

Tugas (PR)

Kumpulkan minggu depan. Soal-soal Dossat Bab 6 dan 7, soal no : 6-

1, 6-2, 6-3 dan 7-1. Ditulis tangan pada kertas A4. (tidak

dikerjakan dengan Coolpack)

46

Bacaan lebih lanjut :

Dossat Roy J. Principles of Refrigeration 2nd Ed. John Wiley & Son. Chapter 6-7-8

Arora CP. Refrigeration And Air Conditioning 2nd Ed. McGraw-Hill. Chapter 2-3



47

Efek Sub Cooled

Pembuangan kalor di kondensor yang berlanjut, menyebabkan refrigeran setelah mengembunberlanjut dengan penurunan temperatur. Hal inidisebut Subcooled.

Subcooled menyebabkan efek refrigerasi yang lebih besar.

Subcooled dapat terjadi karena antara lain lingkungan kondensor yang menjadi dingin(adanya hujan misalnya),

48

Subcooled di kondensor

1

23

4

Temperatur kabin

Temperatur Lingkungan

4a

3a

qe1qe2

we1we2

P

h

Subcooled



49

Efek Super Heated

Penarikan kalor yang berlebihan di evaporator atausepanjang pipa menuju suction kompresor, menyebabkan refrigeran setelah menguap, kemudianberlanjut dengan kenaikan temperatur. Hal ini disebutSuper heated.

Superheated refrigeran yang masuk kompresor lebihpanas, akibatnya kompresor bekerja lebih panas.

Superheated dapat terjadi karena antara lain : beban dievaporator yang berlebih, sistem kekurangan refrigeranatau pipa menuju suction tidak diisolasi.

50

Superheated di evaporator

1

23

4

Temperatur kabin


1a

2a

qe1qe2

we1we2

P

h

Superheated



51

Penurunan Temperatur Evaporasi

1

23

4Temperatur kabin 1


Temperatur kabin 21b4bqe1qe2

we1we2

Hal ini akan berakibat :1. Efek pendinginan turun2. Kerja kompresor meningkat3. Kinerja (COP) mesin turun

Penurunan temperatur evaporasi dapat terjadikarena :1. Setting temperatur kabin yang lebih dingin2. Kekurangan refrigeran3. Terjadi penyumbatan di liquid line

P

h

2b

52

Kenaikan Temperatur Kondensasi

1

23

4

Temperatur kabin

Temperatur Lingkungan 1

Temperatur Lingkungan 2

2a3a

qe1qe2

we1we2

Hal ini akan berakibat :1. Efek pendinginan turun2. Kerja kompresor meningkat3. Kinerja (COP) mesin turun

Kenaikan temperatur kondensasi dapatterjadi karena :1. Lingkungan kondensor yang lebih panas2. Kondensor kotor3. Pedinginan kondensor tidak jalan4. Terjadi penyumbatan di liquid line

P

h



53

Kerugian :Uap refrigeran masuk kompresorlebih panas, sehingga kompresorjadi lebih panas

Penggunaan Liquid to Suction Heat Exchanger (LSHX)

Qe

Qc

W

Keuntungan sistem ini :Meningkatkan efek refrigerasiFasa cair masuk alat ekspansiFasa uap masuk suction kompresor

54

Penggunaan LSHX

6

23

5Temperatur kabin


1

2

qe w

P

hKondisi Keluaran

Evaporator

4

Kondisi KeluaranKondensor

(h3-h4) = (h1-h6) = efektifitas HX

( )( )12

56

hhhh

wq

wm

qmWQCOP eee

====



55

Siklus Refrigerasi Sebenarnya

Adanya ketidak idealan pada mesinsebenarnya menyebabkan penggambaran siklusrefigerasi sebenarnya pada diagram P-h berbeda dengan siklus refigerasi sederhana

Hal tersebut disebabkan karena antara lain : Rugi-rugi gesek disepanjang pipa Gesekan piston/silinder di kompresor Adanya katup-katup di suction dan discharge

56

Siklus refrigerasi sebenarnya

pres

sure

pres

sure

enthalpyenthalpy

1d 1c

1a1b

1

2c 2a

2b

2

3a3b

3

4

1d-1c : Superheat di evaporator1c-1b : Rugi kalor di suction line1b-1a : Drop tekanan di suction line1a-1 : Drop tekanan krn katup suction1 2 : Kompresi politropik isentropik2 2a : Drop tekanan di discharge valve2a-2b : drop tekanan di discharge line2b-2c : Rugi kalor di superheating di

discharge line2c-3 : Drop tekanan di kondensor3-3a : Subcooling di kondensor atau di

subcooler3a-3b : Pelepasan kalor di liquid line3b-4 : penurunan tekanan tidak

adiabatik4 1d : Drop tekanan di evaporator.



57

Siklus refrigerasi sebenarnya

58

Sistem Refrigerasi Kompresi UapMulti Stage (bertingkat), 2 tingkat

intercooler

sdi PPP =Tekanan di Intercooler didisain sebesar :

Mixing point



59

Intercooler

Di titik Pencampuran (Mixing Point)

Pencampuran

Di Inter coler terjadi 2 (dua) kali ekspansi.

60

Kinerja sistem Multi Stage (2 tingkat)

Kalor diserap di evaporator

Kerja kompresor

Coefficient of Performance

Laju aliran refrigeran

Dimana



61

Sistem Refrigerasi Kompresi UapMulti Stage (bertingkat), tingkat

62

Sistem Refrigerasi Kompresi UapCascade



63

CoolPack

Adalah suatu perangkat lunak, yang dapatdigunakanuntuk menganalisis suatu siklusrefrigerasi kompresi uap.

Software bersifat bebas (Freeware), dandapat didownload di website http://www.et.web.mek.dtu.dk/Coolpack/UK/download.html

64



65

Contoh : Diketahui Sistem Refrigerasi dengan

refrigeran R134a bertekanan kerja : Ps = 0,5 bar dan Pd = 9 barBila kapasitas pendinginan 1,5 kW, tentukan

prestasi dari sistem, kalor dilepaskan dikondensor, kerja kompresor dan laju aliran massarefrigeran dalam sistem

Catatan :Tekanan terukur biasanya berupa tekanan gauge.

66



67

Hasil perhitungan (dgn coolpack)Temperatur evaporasi [C] = -17.17Temperatur kondensasi [C] = 39.39

Dari Gambar diperoleh : h1 = 387,0 kJ/kgh2 = 426,3 kJ/kgh3 = h4 = 255.3 kJ/kg

Dihitungqe [kJ/kg] = 131.749qc [kJ/kg] = 171.058w [kJ/kg] = 39.309COP [-] = 3.35Pressure ratio [-] = 6.667

Dengan kapasitas pendinginan Qe = 1.500 kW, makaKalor dilepaskan di Kondensor, Qc = 1.948 kW,Kerja dilakukan kompresor, W = 0.448 kWLaju aliran sirkulasi masa refrigeran dalam sistem m = 0.01138525 kg/s

68

Bacaan lebih lanjut :

Dossat Roy J. Principles of Refrigeration 2nd Ed. John Wiley & Son. Chapter 6-7-8

Arora CP. Refrigeration And Air Conditioning 2nd Ed. McGraw-Hill. Chapter 2-3

BAB IV KOMPRESOR


1

BAB IV

KOMPRESOR

2

Materi : Kompresor

Fungsi, Jenis dan konstruksi. Penentuan volume langkah piston (piston

displacement) Penentuan efisiensi volumetrik pada kompresor Penentuan kerja yang dibutuhkan pada

kompresor Pengaturan putaran kompresor jenis opentype Pelumasan pada kompresor

BAB IV KOMPRESOR


3

Fungsi Kompresor

merupakan jantung / komponen utama darisistem refrigerasi kompresi uap.

berfungsi menekan refrigeran hingga terjadikenaikan tekanan di kondensor

berfungsi mensirkulasikan refrigeran dalamsistem

4

Jenis Kompresor (1)

Berdasarkan Cara kerja kompresi Kompresor torak (Reciprocating) Kompresor putar (Rotary) Kompresor heliks atau sekrup (helix or

screw) Kompresor skrol (Scroll) Kompresor sentrifugal (centrifugal).

BAB IV KOMPRESOR


5

Kompresor Torak (Reciprocating)

A. Piston

B. Silinder

C. Poros

D. Puli

E. Katup(suction/discharge)

F. Silinder Head

G. Batang Penghubung

A

B

C

D

E F

G

6

Sistem Silinder dan Piston

BAB IV KOMPRESOR


7

Katup Suction dan Discharge

A. Reed Valve, Spring-ClosedB. Poppet ValveC. Reed Valve

8

Kompresor Putar (Rotary)

BAB IV KOMPRESOR


9

Kompresor Rotary Keuntungan kompresor rotary :

pemakaian daya listrik lebih hemat bentuknya kompak, kecil dan sederhana tekanannya rata suaranya tenang, getarannya kecil.

Kerugian kompresor rotary : jika terjadi kerusakan, sukar diperbaiki pembuatannya lebih sukar harganya lebih mahal

Kompresor rotary ada dua macam : bilah/daun pisau tetap (stationary blade atau roller type) bilah/daun pisau berputar (rotary blade atau vane type).

10

Kompresor Sekrup (Screw)

12

3 4

BAB IV KOMPRESOR


11

Kompresor Screw

Keuntungan Kompresor Sekrup : Suaranya tenang, getarannya sedang Bentuknya kompak Bersifat fleksibel Kuat/tahan lama Dapat diandalkan

Kerugian : Pembuatannya sulit Harganya mahal Hanya untuk kapasitas besar

12

Kompresor Sentrifugal (Centrifugal)

BAB IV KOMPRESOR


13

Kompresor Sentrifugal

Keuntungan :Mempunyai efisiensi yang tinggi pada range kondisi

beban yang lebar.Mempunyai desakan volumetrik yang tinggi per

satuan ukuran/kapasitas.

Kerugian :Mempunyai karakteristik head-capacity yang rata Hanya untuk kapasitas-kapasitas yang besar.

14

Kompresor Skrol (Scroll)

BAB IV KOMPRESOR


15

Kompresor Scroll

KeuntunganKomponen yang digunakan sedikit

KerugianHanya untuk kapasitas kecil

16

Perbandingan Jenis Kompresor

MediumBesarKecil

Kom. KecilInd. Sedang

MediumBesar

KecilMediumAplikasi

0.5-0.7--0.8-0.90.8-0.9KW/TR

SedikitSedikitSedikitSedikitBanyakJumlahKomponen

InletvanesinverterInverter-

Sliding valuesteplessinverter

On off cyl unloaderstep control

CapasityControl

0.875-10%>Recip0.870.67-0.820.75-0.83CompressorEfisiensy

R-123R-134aR-717R-11R-12

R-22

R-22R-134aR-717R-12

R-22R-134aR-717R-12HC

R-22R-134a

R-12HC

REFRIGERANT

100-1800Sampai 60Komersial

BAB IV KOMPRESOR


17

Jenis Kompresor (2)

Berdasarkan dudukan / konstruksiterhadap penggeraknya

Hermetic

Semi hermetic

Open : belt drive dan direct drive.

18

Kompresor Hermetik(Fully Welded Compresor) - 1

Screw Hermetic Compressor

BAB IV KOMPRESOR


19

Kompresor Hermetik(Fully Welded Compresor) - 2

Reciprocating Hermetic Scroll Hermetic Rotary Hermetic

20

Kompresor Semi Hermetik(Semi Hermetic) - 1

Screw Semi Hermetic Compressor

BAB IV KOMPRESOR


21

Kompresor Semi Hermetik(Semi Hermetic) - 2

Reciprocating Semi Hermetic Compressor

22

Kompresor Open Type

Reciprocating Open Type Compressor

BAB IV KOMPRESOR


23

Pengaturan PutaranKompresor Open Type

Puli KompresorPuli Motor

RPM K RPM MDK DM

24

Katup Servis pada Kompresor

Berfungsi untuk :Mengeluarkan refrigeran / udara pada saat

pemvakumanMemasukkan Nitrogen saat mengecek

kebocoranMengisi refrigeran saat akan digunakan

BAB IV KOMPRESOR


25

Katup Servis Kompresor (1)

26

Katup Servis Kompresor (2)

BAB IV KOMPRESOR


27

Proses Kompresi (Torak)VAC = VC VA = volume langkah

= PD = Piston Displacement

nNLDPD = 24

VBC = VC VB = volume hisap

N = Frekuensi Putaran Kompresorn = Jumlah silinder pd kompresor

PDV

VVC AAC

A ==Faktor Clearence C adalah

28

Efisiensi Volumetrik Didefinisikan sebagai v

pistonlangkah volumedihisap refrigeran volume=v AC

BC

VV=v

Karena VBC = VAC - VAB = VAC VB + VA dan dari A ke B berlakuproses politropik (dengan koefisien politropik k), sehingga

konstan=== kBBkAAk VpVppVk

B

AAB P

PVV/1

=

k

B

Av P

PCC/1

1

+=

( ) kck

s

dv RCCP

PCC /1/1

11 +=

+=

Dimana PA = Pd dan PB = Ps

BAB IV KOMPRESOR


29

Efisiensi volumetrik dipengaruhi :Faktor ClearenceTekanan kerja sistem (rasio kompresi)Sifat-sifat dari refrigeran yang digunakan.Temperatur kompresor.

Efisiensi Volumetrik

( ) kck

s

dv RCCP

PCC /1/1

11 +=

+=

30

Grafik Efisiensi Volumetrik(untuk kapasitas 3,7 18,7 kW)

20

30

40

50

60

70

80

90

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Rasio Kompresi

Efis

iens

i Vol

umet

rik

(%)

Sumber : Dossat

BAB IV KOMPRESOR


31

Piston Displacement Kompresor Rotary

rs

ri

Kompresor rotari dengan diameter impeler ri dan diameter stator rsmempunyai frekuensi putaran N dan jumlah silinder n. akan mempunyai Piston displacement :

( ) nNtrrPD isrotary = 22t = tebal silinder rotari

32

Sistem Pelumasan Kompresor Kegunaan minyak pelumas pada sistem Refrigerasi adalah untuk :

Mengurangi gesekan dari bagian-bagian yang bergerak. Mengurangi terjadinya panas pada poros dan bearing (bantalan). Membentuk lapisan penyekat (sealing agent) antar piston dan dinding

silinder. Membantu mendinginkan kumparan motor listrik di dalam kompresor

hermetik.

Jenis : hewan. tumbuh-tumbuhan. mineral. Sintetis

Metode pelumasan kompresor torak tipe percik (Splash). tipe paksa (force feed). tipe gabungan

BAB IV KOMPRESOR


33

Contoh Sistem Pelumasan

34

Contoh soal

Sistem Refrigerasi dengan R-22 bekerja pada temperatur penguapan -10 oC dan temperatur kondensasi 40 oC. Anggaplah siklus refrigerasinya sederhana. Kompresor bekerja pada efisiensi volumetrik 0,8, bila kapasitas pendinginan adalah 3,5 kw, tentukanlah volume langkah (Piston Displacement) dari piston. Kompresor bekerja pada 900 RPM, dan mempunyai 2 silinder.

Bila perbandingan bore dan stroke adalah 1 : 1, tentukan bore dan stroke dari silinder kompresor tersebut.

BAB IV KOMPRESOR


35

Langkah mencari solusi

Menentukan Piston Displacement :1. Gambar pada diagram P-h, Cari entalpi di tiap titik dan

volume spesifik di suction kompresor.2. Tentukan laju aliran massa refrigeran yang bersirkulasi dalam

sistem3. Tentukan laju aliran volume refrigeran di suction kompresor =

Volume hisap dari kompresor4. Hitung Piston Displacement.

Memperkirakan dimensi Piston1. Gunakan data sebelumnya dengan menggunakan persamaan

nNLDPD = 24

36

Bacaan Lebih Lanjut dan Tugas

Pelajari :1. Dossat, Principles of Refrigeration, 2nd ed.,

John Wiley and Sons, Chapter 12 dan 18.2. Althouse, dkk., Modern Refrigeration and Air

Conditioning, The Goodheart-WillcoxCompany, Inc., 2003.

3. CP Arora, Refrigeration and Air Conditioning 2nd : (International Edition), McGraw Hill, 2001

BAB V EVAPORATOR


1

BAB V

EVAPORATOR

2WHM

Materi : Evaporator

Fungsi, Jenis dan konstruksi. Kapasitas evaporator Beda temperatur di evaporator

(Evaporator Temperature Difference, ETD, LMTD)

Pemilihan evaporator

BAB V EVAPORATOR


3WHM

Fungsi Evaporator

Tempat perpindahan kalor antararefrigeran dan ruang atau bahan yang akan didinginkan.

Di evaporator, refrigeran mengalamiperubahan fasa dari cair menjadi uap.

4WHM

Jenis Evaporator

Berdasarkan kontruksinya Berdasarkan metoda pengaturan aliran

fluidanya Berdasarkan kompaknya permukaan Berdasarkan jumlah fluida yang mengalir Berdasarkan cara pemasukan

refrigerannya

BAB V EVAPORATOR


5WHM

Evaporator BerdasarkanKonstruksinya Tubular

A. Jenis pipa spiral, dengan bentuk-bentuk umumadalah :1. koil zig-zag rata2. Koil trombone oval

B. Jenis pipa gandaC. Jenis Shell and Tube

1. Jenis sekat plat (plate baffle)2. Jenis sekat batang (rod baffle)

Plate Surface Finned

6WHM

Koil Turbular, Plate surface, Finned

Turbular Coil Plate Surface with coilFinned Evaporator

BAB V EVAPORATOR


7WHM

Penggunaan Evaporator

Turbular ataupun plate surface, biasadigunakan untuk temperatur dibawah 0 oC, yang mana pengaruh FROST tidak jadimasalah.

Koil evaporator bersirip, biasa digunakanuntuk temperatur-temperatur diatas nol. Sangat efektif bila yang didinginkanadalah udara atau fluida dalam bentukgas.

8WHM

Finned Evaporator(evaporator bersirip) Adalah evaporator yang dilengkapi

dengan sirip-sirip, baik di sisi tabungbagian dalam ataupun di sisi luar tabung.

Digunakan untuk meningkatkan lajuperpindahan panas pada fluida

Laju perpindahan panas ke liquid lebihbesar dibandingkan ke gas

BAB V EVAPORATOR


9WHM

Finned Tube (outside inside)

10WHM

Koil Bersirip

(a) Sirip datar(b) Sirip berlekuk

Spasi fin bervariasi antara 40 500 fin per meter.Untuk Free Convection, Sirip lebihjarang.Untuk Forced convection, sirip dapatlebih rapat.

BAB V EVAPORATOR


11WHM

Indoor Unit AC SPLIT

12WHM

Kapasitas Evaporator

Dari sisi refrigeran,

Dari sisi perpindahan kalordengan fluida pendingin,

Dari sisi fluida ygdidinginkan

( )inEoutErE hhmQ ,, = LMTDAUQE =

TCmQ pcfE =

BAB V EVAPORATOR


13WHM

Koefisien Kalor Menyeluruh U

LMTDAUQLMTDAUQ ooEiiE == atau

rrii

rroo

QQEE

hhiihhoo

RefrigeranRefrigeranFluidaFluida yang yang

didinginkandidinginkan oo

i

o

iith AhkL

rr

AhR 1

2

ln1 ++=

o

i

o

i

oi

i

i

o

i

oo

i

o

i

o

AA

hkLrrA

h

U

hkLrrA

AA

h

U

12

ln1

1atau

12

ln1

1

++

=

++

=

14WHM

LMTD pada evaporator( ) ( )( )( )infoutf outfinf

infoutfoutfinf

TTTT

TTTTLMTD

=21

21

2121

ln

Karena, untuk refrigeran temperatur masukevaporator = temperatur keluar evaporator, makaTRin = TRout = TR. Untuk Fluida yang didinginkanmasuk adalah TE dan keluar adalah TL

( ) ( )( )( )RL

RE

RLRE

TTTT

TTTTLMTD

=ln

BAB V EVAPORATOR


15WHM

Equations for Boiling Heat Transfer (1)


16WHM

Equations for Boiling Heat Transfer (2)


BAB V EVAPORATOR


17WHM

Equations for Forced Convection Evaporation in Tubes(1)

Sumber : Hand book of ASHRAE 2005 : Fundamentals (SI) Chapter 4

ba dasarrefrigerasi 2009 ver1 131212083905 phpapp01

Documents