5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. MUSIcool

MUSIcool diproduksi dan dipasarkan telah memenuhi persyaratan

teknis sebagai refrigerant, meliputi sifat Fisika, Thermodinamika serta uji

kinerja pada siklus refrigerant. Demikian penelitian analisa standart operasi

prosedur konversi gas Freon ke hydrocarbon MUSIcool pada mesin

pendingin split merk Mitsubishi.

Pengkondisian udara pada ruangan mengatur mengenai kelembaban,

pemanasan dan pendinginan ruangan atau prinsip mesin refrigerant adalah

proses pengambilan panas dari sumber yang didinginkan dan dibuang ke

temperature yang lebih tinggi, Arismunandar ( 2000 ), sistem pengkondisian

udara pada mesin AC split terdiri dari Kompresor, Kondensor, Katup

ekspansi/receiver dan Evaporator.

2.2. Kompresor

Meningkatkan tekanan refrigerasi agar mampu mencapai pada

saluran-saluran dan komponen lainnya, kondensor berfungsi mencarikan

uap refregerasi bertekanan dan bertemperatur tinggi dari kompresor dengan

melepaskan kalor sebanyak kalor laten pengembunan, Katup

ekspansi/receiver drier; komponen ini dipasang pada saluran cair bertekanan

tinggi antara kondenser dan katup ekspansi yang berfungsi menyerap

6

kelembaban dan menyaring material asing, konstruksi berupa tabung logam

atau alumunium yang dilas bagian atas dan bawah, dan evaporator adalah

alat penukar kalor didalam siklus pengkondisian udara yang berfungsi

mendinginkan udara disekitarnya.

2.3. Proses kompresi

Dianggap berlangsung secara adiabatic tidak ada panas yang

dipindahkan baik in atau out dan harga Q=0, perubahan energy kinetic dan

potensial diabaikan, Stoecker ( 1992 ):

W = m ( h2-h1 ) Wc = daya kompresor

Wc = mref ( h2-h ) mref = laju aliran massa refrigerant

2.4. Proses Evaporasi Dan Kondensasi

Perubahan energy kinetic dan potensial diabaikan harga v2/2 dan g.z

pada titik 1 dan 2 dianggap 0,

Qe = mref (h1-h4) Qe = laju perpindahan kalor evaporasi

Qk = mref (h2-h1) Qk = laju perpindahan kalor kondensasi

Koefisien Peforma ( COP ) COP = ( h1-h4 ) : ( h2-h1 )

Nilai perpindahan panas = Q : Qmak

2.5. Dasar

Pendinginan adalah tindakan pendingin, dan dalam praktek ini

memerlukan penghapusan panas dan membuang pada suhu yang lebih

7

tinggi. Sehingga ilmu pendingin bergerak panas dari suhu rendah ke suhu

tinggi. Selain aplikasi dingin dan beku, teknologi pendinginan diterapkan

pada pompa AC dan panas, yang karenanya masuk dalam ruang lingkup

buku ini.

Prinsip-prinsip dasar adalah orang-orang fisika dan termodinamika,

dan prinsip-prinsip ini, yang relevan dengan semua aplikasi, diuraikan

dalam bab pembukaan.

2.6. Suhu, bekerja dan panas

Skala suhu sekarang digunakan umumnya adalah skala Celsius,

berdasarkan nominal pada titik lebur es pada 0 C dan titik didih air pada

tekanan atmosfir pada 100 C (menurut definisi yang ketat, titik tripel es

0,01 C pada tekanan sebesar 6,1 mbar).

Hukum kekekalan energi memberitahu kita bahwa ketika kerja dan

energi panas dipertukarkan tidak ada laba atau rugi bersih energi. Namun,

jumlah energi panas yang dapat dikonversi menjadi kerja terbatas. Sebagai

panas mengalir dari panas ke dingin sejumlah energi dapat dikonversi

menjadi kerja dan diekstraksi. Hal ini dapat digunakan untuk menggerakkan

generator, misalnya.

Jumlah minimum bekerja untuk drive kulkas dapat didefinisikan

dalam hal skala suhu mutlak. Gambar 2.1 menunjukkan mesin E reversibel

mengendarai pompa panas reversible P, Q dan W merupakan arus panas dan

kerja. Mereka disebut mesin reversibel karena mereka memiliki efisiensi

8

tertinggi yang dapat divisualisasikan, dan karena tidak ada kerugian, E dan

P adalah mesin identik.

Pengaturan ini menunjukkan hasil di nol efek eksternal karena waduk

tidak mengalami laba atau rugi bersih panas. Jika efisiensi P itu harus lebih

tinggi, yaitu jika input kerja yang dibutuhkan untuk P untuk mengangkat

suatu kuantitas identik Q2 panas dari reservoir dingin itu harus kurang dari

W, sisa bagian dari W kekuasaan dapat lain pompa panas. Ini bisa

mengangkat jumlah tambahan panas. Hasilnya akan menjadi aliran bersih

Gambar 2.1 : mesin kalor ideal, E, pendorong/penggerak sebuah

pendingin ideal (pompa kalor), P.

panas dari suhu rendah ke suhu tinggi tanpa masukan kerja eksternal, yang

tidak mungkin. Hubungan antara Q1, Q2 dan W hanya bergantung pada

suhu reservoir panas dan dingin.

Fisikawan Perancis Sadi Carnot (1796-1832) adalah orang pertama

yang memprediksi bahwa hubungan antara kerja dan panas yang bergantung

pada temperatur, dan proses pendinginan yang ideal dikenal sebagai siklus

Carnot. Untuk menemukan hubungan ini, suhu harus didefinisikan secara

lebih mendasar. Derajat pada termometer hanya skala sewenang-wenang.

Q1

Q2

Q1

Q2

W

Waduk tandon panas, T1

Waduk Tandon dingin, To

E P

9

Kelvin (1824-1907), bersama-sama dengan fisikawan terkemuka

lainnya periode, menyimpulkan bahwa skala suhu mutlak dapat

didefinisikan dalam hal efisiensi mesin reversibel.

Rasio ideal 'tidak pernah-dicapai-dalam-praktek' output bekerja untuk

masukan panas (W/Q1) dari mesin reversibel E sama dengan: Suhu

Perbedaan (T1-T0) dibagi dengan Hot Reservoir Suhu (T1)

Pada gambar 2.1. perangkat P kita dapat peduli menemukan perangkat

untuk pendinginan, dan pekerjaan Kelvin memberitahu kita bahwa karya

minimum, W diperlukan untuk mengangkat kuantitas Q2 panas dari suhu ke

suhu T0 T1 diberikan oleh:

0

02 )(T

TTQw

Suhu harus diukur pada satu yaitu mutlak skala yang dimulai dari nol

mutlak. Skala Kelvin memiliki interval derajat yang sama dengan skala

Celsius, sehingga es meleleh pada + 73.216 air mendidih Kand pada

tekanan atmosfir di + 73.315 Kon skala Celsius, mutlak nol adalah -273,15

C. 'Efisiensi' Pendinginan biasanya didefinisikan sebagai panas etracted

dibagi dengan input kerja. Hal ini disebut COP, koefisien kinerja. Cita-cita

atau COP Carnot mengambil nama dari Sadi Carnot dan diberikan oleh:

)( 0102

TTT

WQCOP

10

2.7. Panas

Panas adalah salah satu dari banyak bentuk energi dan umumnya

dihasilkan dari sumber kimia. Panas tubuh adalah energi termal atau

internal, dan perubahan energi ini mungkin menunjukkan sebagai perubahan

suhu atau perubahan antara masing-masing padat, cair dan gas.

Hal juga mungkin memiliki bentuk lain dari energi, potensial atau

kinetik, tergantung pada tekanan, posisi dan gerakan. Entalpi adalah jumlah

energi internal dan alur kerja dan diberikan oleh:

Dalam proses di mana ada aliran tunak, faktor Pv tidak akan

mengubah lumayan dan perbedaan entalpi akan menjadi kuantitas panas

yang diperoleh atau hilang.

Entalpi dapat dinyatakan sebagai jumlah di atas nol absolut, atau dasar

lain yang nyaman. entalpi mentabulasikan ditemukan dalam karya referensi

sering ditunjukkan di atas suhu dasar-40 pada skala Fahrenheit tua. Dalam

perhitungan apapun, kondisi dasar ini harus selalu diperiksa untuk

menghindari kesalahan yang akan timbul jika dua basis yang berbeda

digunakan.

Jika perubahan entalpi dapat dirasakan sebagai perubahan suhu, hal

itu disebut panas sensibel. Hal ini dinyatakan sebagai kapasitas panas

spesifik, yaitu perubahan entalpi per derajat perubahan suhu, dalam kJ / (kg

K). Jika tidak ada perubahan suhu namun perubahan keadaan (padat ke cair,

H = u +Pv

11

cair ke gas, atau sebaliknya) itu disebut panas laten. Hal ini dinyatakan

sebagai kJ/kg tetapi bervariasi dengan suhu mendidih, dan biasanya

kualifikasi oleh kondisi ini. Perubahan total yang dihasilkan ditampilkan

pada diagram Suhu-entalpi (gambar 2.2) dibawah ini :

Gambar 2.2 : Perubahan suhu (K) dan keadaan air dengan entalpi

2.8. Pendingin (Redrigerant)

Perubahan radikal dalam pemilihan dan penggunaan refrigeran dalam

menanggapi isu-isu lingkungan telah terjadi selama 25 tahun terakhir,

sebuah cerita yang dapat ditelusuri dengan bantuan sebuah garis waktu

perkembangan sistem pendingin (gambar 2.3)

Perubahan kalor padat

Kalor latendari prosespencairan

334kJ

Perubahan kalor zat cair

Kalor laten proses pendidihan

hingga penguapan

Perubahan kalor gas

373.15K273.16

K

Entalpi

Suhu

2257 kJ419 kJ

12

Gambar 2.3 : Garis waktu perkembangan sistem pendingin.

Mesin pendingin udara mekanis paling awal digunakan sebagai fluida

kerja. Pengenalan siklus kompresi uap memungkinkan sistem yang lebih

kompak dan efektif. Pada awalnya hanya cairan praktis adalah karbon

dioksida dan amonia. Salah satu syarat utama adalah pelestarian daging di

perjalanan laut yang panjang dari Selandia Baru dan Australia ke Eropa, dan

untuk amonia ini adalah karena tidak cocok dengan sifat racunnya. Karbon

dioksida, meskipun memerlukan tekanan jauh lebih tinggi, digunakan. Metil

klorida, meskipun beracun dan sangat tidak menyenangkan, yang digunakan

pada beberapa sistem yang lebih kecil.

Sebuah revolusi muncul dengan penemuan chlorofluorocarbon (CFC)

R12 oleh Midgley di awal 1930-an. Ini, para anggota refrigeran dan lainnya

dari keluarga CFC tampaknya memproses semua sifat yang diinginkan.

Secara khusus mereka tidak beracun, tidak mudah terbakar dan dengan sifat

2008200019901930 19501900

Sirkulasi

udara

Tempatpenyimpan

an es

Sirkulasi tekananuap pertama

Pendinginmekanikpertama

CFCs yangditemukan olehMidgley

ProtokolMontreal Protokol

Kyoto

13

termodinamika yang baik dan karakteristik minyak miscibility. The CFC

R12, R11, R114 dan R502 bersama dengan hydrochlorofluorocarbon

(HCFC) R22 menjadi refrigeran definitif. Mereka memungkinkan ekspansi

pendingin ke dalam, sektor komersial AC domestik dan. Amonia dengan

sifat yang sangat baik termodinamika dan biaya rendah dilanjutkan pada

aplikasi industri. keprihatinan lingkungan kini telah mendorong

pengembangan pengganti untuk klor mengandung senyawa.

2.9. Ideal properti untuk Refrigerant

Ini dapat terdaftar sebagai:

Tinggi kalor laten penguapan.

High density gas hisap.

Positif tetapi tidak tekanan yang berlebihan pada kondisi penguapan dan

kondensasi.

Suhu Kritis dan titik tripel dengan baik di luar jangkauan kerja.

Kimiawi stabil, kompatibel dengan bahan bangunan dan larut dengan

pelumas.

Non-korosif, tidak beracun dan tidak mudah terbakar.

Tinggi kekuatan dielektrik.

Ramah lingkungan.

Biaya rendah.

14

Tak perlu dikatakan, tidak ada cairan tunggal memiliki semua sifat ini,

dan pilihan cairan untuk setiap aplikasi tertentu akan selalu kompromi.

2.10. Ozon deplesi potensial

Lapisan ozon di atmosfer atas kami memberikan filter untuk

radiaction ultraviolet, yang dapat berbahaya bagi kesehatan kita. Para

peneliti menemukan bahwa lapisan ozon menipis, akibat emisi ke atmosfer

CFC, Halons dan bromida. The potensi merusak ozon (ODP) dari refrigeran

yang merupakan efek pada ozon atmosfer, dan titik referensi biasanya

diadopsi adalah ODP = 1for yang CFC R11.

Setelah serangkaian pertemuan yang ketat dan negosiasi, protokol

montreal mengenai bahan yang merusak lapisan ozon akhirnya disetujui

pada tahun 1987. Penandatangan setuju untuk phase out produksi bahan

kimia ini pada tahun 1995. Refrigerant emisi hanya sekitar 10% dari total,

sisanya yang terdiri dari semprotan aerosol, pelarut dan insulasi busa.

Industri pendinginan cepat pindah dari CFC ke HCFC; R22 dan HCFC

campuran pengganti. Pada revisi berikutnya dari Protokol, jadwal fase-out

untuk HCFC juga ditetapkan. R22, yang merupakan HCFC, memiliki ODP

jauh lebih rendah dibandingkan CFC, tapi itu dianggap perlu untuk phase

out semua zat ozon menipis, dan di bawah HCFC protokol akan dihilangkan

pada 2030. Hal ini menandai akhir dari R22. Selain itu, Uni Eropa

menyusun Peraturan jauh lebih ketat, 2037/2000, yang melarang semua

peralatan HCFC baru di tahun 2004, melarang penjualan refrigeran HCFC

15

R717

R134a

R407C

R410A

R404A

baru untuk layanan pada bulan Januari 2010 dan refrigeran daur ulang pada

tahun 2015.

Untuk mengganti klor yang mengandung CFC dan HCFC, perusahaan

kimia mengembangkan berbagai hidrofluorokarbon (HCFC). The HFCFs

cenderung memiliki sifat termodinamika sedikit lebih miskin dari R22, dan

sebagai zat tunggal mereka biasanya tidak sama persis dengan kinerja zat

kimia yang dimaksudkan untuk menggantikan. Sementara R134a, yang

HFC pertama tersedia, yang cocok dekat dengan R12, refrigeran HFC

lainnya sekarang digunakan secara luas adalah campuran dari dua atau ada

HFC. (Gambar 2.4) menggambarkan ideal, atau kinerja teoritis dari

beberapa HFC paling banyak digunakan bersama-sama dengan amonia

ketika menguap pada suhu 5 C.

Teori COP (%R22)

110

105

100

95

90

85

8030oC 40oC 50oC 60oC

Suhu pendingin

Gambar 2.4 : teoritis efisiensi refrigeran pengganti pada kondisi

penyejuk udara relatif terhadap R22.

16

2.11. Pemanasan global potensial

Pemanasan global mungkin merupakan isu lingkungan yang paling

parah yang dihadapi oleh peradaban sekarang. Risiko yang ditimbulkan oleh

efek telah dijelaskan dalam hal bencana lingkungan akibat perubahan iklim

di masa depan sangat besar. Pemanasan global adalah peningkatan suhu di

dunia, yang mengakibatkan mencairnya es di kutub dan naiknya permukaan

laut. Hal ini disebabkan oleh pelepasan ke atmosfir gas 'rumah kaca' yang

disebut, yang membentuk selimut dan memantulkan panas kembali ke

permukaan bumi, atau menahan panas di atmosfer. Gas rumah kaca yang

paling terkenal adalah karbon dioksida (CO2) yang pernah dirilis tetap

berada di atmosfer selama 500 tahun, sehingga ada konstan build-up sebagai

waktu berjalan. Tingkat tepat dari kontribusi yang timbul dari kegiatan

manusia mungkin tidak pasti, tetapi dalam hal apapun sangat penting untuk

tetap seminimal mungkin dan menghemat cadangan bahan bakar fosil, yaitu

mengurangi emisi gas rumah kaca.

Penyebab utama dari emisi CO2 pada pembangkit listrik di

pembangkit listrik. Faktor emisi CO2 (kg emisi CO2 per kWh listrik

dipasok) tergantung pada campuran bahan bakar Inggris untuk pembangkit

listrik. Untuk pembangkit listrik tenaga batu bara, angkanya relatif tinggi,

untuk stasiun berbahan bakar gas itu lebih rendah dan untuk tenaga air,

tenaga angin atau stasiun nuklir itu adalah nol.

17

pemasok Listrik dapat mengklaim campuran berbagai jenis yang

berbeda generasi dan karenanya faktor emisi, tetapi angka rata-rata terbaik

yang tersedia saat ini Inggris adalah 0,422 kg CO2/kWh (TEWI Pedoman,

IOR / BRA). Nilai ini merupakan rata-rata nilai prediksi untuk tahun 2005

dan 2010. Diperkirakan bahwa pendinginan kompresor di Inggris

mengkonsumsi 12,5 miliar kWh per tahun.

Potensi pemanasan global (GWP) gas dapat didefinisikan sebagai

indeks membandingkan dampak iklim emisi dengan yang jumlah yang sama

memancarkan karbon dioksida. Pengaruh terpadu selama waktu tetap

memungkinkan untuk peluruhan waktu substansi. Sebuah horizon waktu

100 tahun biasanya diadopsi, meskipun hal ini jauh lebih kecil daripada

masa hidup CO2 di atmosfer. Refrigerant hanya mempengaruhi pemanasan

global jika dilepaskan ke atmosfir.

Nilai GWP untuk refrigeran HFC dapat dilihat pada tabel misalnya,

R134a memiliki GWP 1300, yang berarti bahwa emisi 1 kg R134a adalah

setara dengan 1300kg CO2. Pemilihan refrigeran mempengaruhi dampak

pemanasan seumur hidup dari sistem dan dampak pemanasan jangka jumlah

setara (TEWI) digunakan untuk menggambarkan dampak keseluruhan. Ini

mencakup dampak kebocoran refrigeran, refrigeran pemulihan kerugian dan

konsumsi energi. TEWI harus dihitung ketika sistem membandingkan

pilihan desain untuk aplikasi khusus. Rincian metode komprehensif dengan

contoh-contoh perhitungan diberikan dalam Pedoman. Gambar 2.5 dan 2.6

18

menunjukkan persamaan yang digunakan dan contoh untuk instalasi suhu

R134a menengah.

Unsur terbesar dari TEWI untuk sebagian besar sistem pendingin dan

AC adalah konsumsi energi. Gambar 2.5 dan gambar 2.6 menunjukkan efek

dominan unsur konsumsi energi, yang jika meningkat sebesar 10% memiliki

efek yang mirip dengan dua kali lipat dari biaya refrigeran dan kebocoran.

TEWI = Total Pengaruh Equivalen Pemanasan

TEWI = (GWP x L x n) + (GWP x m [1- recovery] + (n x Eannual x )

Kebocoran Proses recovery kerugianPenggunaan energi

Potensi langsung atas pemanasanglobal

Potensi tidaklangsung

ataspemanasan

globalGWP = Potensi Pemanasan Global [CO2- ]

L = Tingkat kebocoran pertahun [kg]n = Waktu pengoperasian sistem [Tahun]m = Beban pendinginan [kg]

recovery = Faktor perputaranEannual = Penggunaan energi pertahun [kWh]

= CO2- Emisi per kWh (Energi-Campuran)

Gambar 2.5 : perhitungan TEWI

19

(b)

0

50

100

150

200

TEW

I, Kg

CO

2x

103

Data For (a)

Suhu medium R134a

Suhu uap -10OC

Condensing 40OC

M 10 Kg

L 1 Kg

Cooling Load 13.5KW

t 6kW (x5000 h/a)

0.422 Kg

CO2/kWh

a 0.75

n 10 Years

GWP 1300

250

(a)

(c)

Energi

Pemulihan

Kebocoran

10 Kg, E = 6 20 Kg, E = 6 10 Kg, E = 6.6

Beban pendingin, energi

Gambar 2.6 : perbandingan TEWI, data sesuai terhadap dampak

beban pendingin dan daya gunanya meningkat

Kolom (a) menunjukkan data baseline, dengan pengaruh tagihan

ganda dan 10% peningkatan konsumsi energi dalam kolom (b) dan (c),

masing-masing. Semakin sedikit jumlah energi yang diperlukan untuk

memproduksi setiap kW pendinginan yang kurang akan menjadi efek pada

pemanasan global.

2.12. Tata nama

Refrigeran diklasifikasikan oleh ASHRAE, dan mereka lebih dikenal

'R' nomor ditugaskan sesuai dengan aturan tertentu. Sebagai contoh,

klasifikasi refrigeran hidrokarbon halogen yang berasal dari jenuh dan

terdiri dari hanya satu zat diilustrasikan oleh contoh berikut ini:

20

Campuran yang ditunjuk oleh masing-masing jumlah refrigeran dan

proporsi masa. Misalnya :

Campuran Zeotropic ditugaskan nomor identifikasi dalam seri 400. Ini

menetapkan angka yang komponen dalam campuran, dan huruf berikut atas

menunjukkan proporsi. Nomor tersebut dalam urutan kronologis

persetujuan refrigeran ini dengan ASHRAE.

Contoh: R407A (R32/R125/R134a (20/40/40)), R407B

(R32/R125/R134a (10/70/20)), R407C (R32/R125/R134a (23/25/52)), dll.

Campuran azeotrop berada dalam seri 500. Contoh: R507

(R125/R143a (50/50)).

Senyawa organik Miscellaneous berada dalam seri 600, nomor yang

diberikan dalam urutan numerik, misalnya, R600a, isobutane, dan senyawa

R134aHuruf kecil menunjukkan isomertertentu (perumusan molekul)

Jumlah atom-atom florin (F)

Jumlah atom-atom hidrogen (H)+1Jumlah atom-atom karbon (C)-1

Pendinginan

R404AHuruf besar menunjukkan komposisi

tertentu, i.e. % komponen

Penomoran secara urut menunjukkancampuran komponen tapi bukan bagian

dari unsur pokok

400 seri menujunkkan campuran zeotropik

Pendinginan

21

anorganik dalam seri 700. Nomor Identifikasi dibentuk dengan

menambahkan massa molekul relatif komponen untuk 700.

Contoh: R717 sesuai dengan amonia yang memiliki massa

molekul 17.

2.13. Refrigerant Blends dan meluncur.

Banyak refrigeran HFC adalah campuran atau campuran dari dua atau

lebih bahan kimia individu. Campuran dapat azeotropes, azeotropes dekat

atau zeotropes.

Azeotropes menunjukkan titik didih tunggal, tegasnya pada suatu

tekanan tertentu, namun demikian mereka mungkin dibuat sebagai zat

tunggal. Refrigeran azeotropik pertama adalah CFC, R502, sehingga

penggunaan campuran refrigeran bukanlah hal baru. Dimana titik didih

bervariasi di seluruh proses tekanan konstan mendidih, bervariasi

penguapan dan kondensasi suhu yang ada dalam proses perubahan fasa.

R407C adalah zeotrope paling banyak digunakan. Mengacu pada

angka 3,5, bentuk siklus uap terkenal kompresi refrigeran tidak berubah,

seperti yang ditunjukkan. Konstan P1, penguapan, dan P2 proses tekanan

kondensasi yang diwakili oleh garis horizontal, tetapi garis-garis temperatur

konstan sekarang miring. Suhu di mana dimulai kondensasi disebut titik

embun, dinotasikan sini sebagai T2 (Dew). Sebagai kondensasi

berlangsung, suhu jatuh ke T2 (Bubble) sehingga suhu T2 titik embun 40 C

sesuai dengan suhu titik gelembung sekitar 34 C. Suhu penguapan selama

22

proses perubahan dari T1 (Evaporator Inlet) untuk T1 (Dew), sebagai

komponen lebih ringan dari campuran, R32 dan R125, menguap

preferentially ke R134a, sehingga cairan yang tersisa menjadi R134a kaya,

titik didih bertahap meningkat sampai semua cairan menguap. Catatan

bahwa ini tidak berarti bahwa komponen mendidih lebih ringan dan

meninggalkan R134a cair pada akhir proses. Pergeseran komposisi selama

proses ini terbatas dan cukup kecil. superheat lebih lanjut kemudian terjadi

setelah penguapan selesai, meningkatkan suhu untuk Ts, suhu pada inlet

hisap kompresor.

Suhu luncur dapat digunakan untuk keuntungan dalam meningkatkan

kinerja pabrik dengan desain yang benar dari penukar panas. Masalah yang

terkait dengan campuran adalah bahwa kebocoran refrigerant bisa

mengakibatkan perubahan proporsi komponen dalam campuran.

Namun, perubahan kecil dan memiliki efek yang dapat diabaikan

terhadap kinerja. Rekomendasi berikut berlaku untuk penggunaan

campuran:

Peralatan harus selalu dibebankan dari fase cair, atau konsentrasi

komponen akan salah.

Ingress udara harus dihindari.

Kolam yang memiliki suhu yang besar meluncur, lebih besar dari 5 K,

tidak boleh digunakan dengan evaporator jenis banjir.

23

Beberapa campuran memperlihatkan meluncur kurang dari 2 K, dan

ini disebut 'dekat azeotropes'. Untuk tujuan praktis mereka mungkin

diperlakukan sebagai zat tunggal. Contoh: R404A dan R410A.

Banyak senyawa hidrokarbon yang cocok digunakan sebagai refrigran,

khususnya dipakai pada industri perminyakan dan petrokimia, dapat dilihat

pada tabel 2.7 dibawah ini.

Penomoran Nama kimia Rumus kimia

50 Methane CH4

170 Ethane C2H6

290 Propane C3H8

600 n-butane CH3CH2CH2CH3

600a Isobutane CH(CH3)3

1150 Ethylene CH2=CH2

1270 Propylene CH3CH=CH2

Tabel 2.7 : Refrigeran hidrokarbon

2.14. Analisa sistem kompresi uap

2.14.1 Siklus Carnot

Siklus carnot secara thermodinamika bersifat reversible secara skema

siklus mesin kalor Carnot diperlihatkan pada gambar 2.8 berikut ini :

Kondensor

Evaporator

Kalor dari sumber bersuhu tinggi

Kerja1 4

Kalor ke penguap (lingkungan) bersuhu rendah

3Kerja2

Kompresor Turbin

24

Gambar 2.8 : skema Mesin Carnot

Mesin Carnot menerima energi kalor pada suhu tinggi merubah

sebagian menjadi kerja dan kemudian mengeluarkan sisanya sebagai kalor

pada suhu yang lebih rendah. Siklus refrigerasi Carnot merupakan kebalikan

dari siklus mesin Carnot. Karena siklus refrigerasi menyalurkan energi dari

suhu rendah menuju suhu yang lebih tinggi siklus refrigerasi membutuhkan

kerja luar untuk mendapatkan kerja. Diagram peralatan, diagram entalpi

suhu dari siklus refrigerasi diperlihatkan pada gambar 2.9 berikut ini :

1 4

2 3

Kerja Bersih

Suhu (oK)

Entropi (Kj/kg K)

Kondensor

Evaporator

Kalor menuju lingkungan yang bersuhu tinggi

Kerja4 1

Kalor dari sumber bersuhu rendah

2Kerja3

Katup Ekspansi Kompresor

25

Proses siklus refrigerasi carnot :

1-2 Kompresi adiabatik

2-3 Pelepasan kalor isotermal

3-4 Ekspansi adiabatik

4-1 Pemasukan kalor isothermal

Gambar 2.9 : Siklus Refrigerasi Carnot dan Diagram suhu Entropi

Tujuan utama sistem refrigerasi Carnot adalah proses 4-1 penyerapan

dari sumber bersuhu rendah. Seluruh proses lainnya pada siklus tersebut

dibuat sedemikian rupa sehingga energi bersuhu rendah dapat dikeluarkan

kelingkungan yang bersuhu yang lebih tinggi.

2.14.2 Siklus kompresi uap teoritis.

Siklus teoritis mengasumsikan bahwa :

1. Uap refrigeran yang keluar dari evaporator dan masuk kompresor

merupakan uap jenuh pada tekanan dan temperatur penguapan.

2. Refrigeran keluar kondensor dan masuk kea lat ekspansi berupa cairan

jenuh pada tekanan dan temperatur pengembunan.

4 1

3 2

Kerja Bersih

Suhu (oK)

Entropi (Kj/kg K)

K)

Kondensor

Evaporator Kompresor

KatupEkspansi

4

1

23

26

Gambar 2.10 : Skema Siklus Kompresi Uap

Beberapa proses yang bekerja pada siklus refrigerasi :

1. Proses kompresi

Proses kompresi berlangsung dari titik 1 ke titik 2 pada siklus

teoritis diasumsikan refrigeran tidak mengalami perubahan kondisi

selama mengalir di jalur hisap. Pada proses ini uap refrigeran pada

tekanan evaporasi dikompresi sampai pada tekanan kondensasi.

Proses kompresi diasumsikan isentropik sehingga pada diagram

tekanan entalpi, titik 1 dan titik 2 berada pada satu garis entropi

Entalpi (kJ/ kg)

3

Tekanan(kPa)

2

4 1Penguapan

Pengembunan 2

3

4 1

22

Entropy (kJ/ kgK)

Suhu(oK)

27

konstan. Pada titik 2 uap refrigeran berada pada kondisi superheat.

Proses kompresi memerlukan kerja luar, entalpi uap naik yaitu dari

h1 ke h2. besarnya kenaikan ini sama dengan besarnya kerja

mekanis yang dilakukan pada uap refrigeran.

2. Proses kondensasi

Proses 2-2 dan 2-3 terjadi di kondensor. Uap panas

refrigeran yang keluar dari kompresor di dinginkan sampai pada

temperatur kondensasi dan kemudian dikondensasikan. Titik 2

adalah kondisi refrigeran yang keluar dari kompresor. Pada titik 2

refrigeran berada pada kondisi uap jenuh pada tekanan dan

temperatur kodensasi. Jadi prose 2-2 merupakan proses

pendinginan sensible dari temperatur keluar kompresor menuju

temperatur kondensasi. Proses ini terjadi pada tekanan konstan,

jumlah panas yang di pindahkan selama proses ini adalah beda

entalpi antara titik 2 dan titik 2.

Proses 2-3 adalah proses kondensasi uap didalam kondensor.

Proses kondensasi terjadi pada tekanan konstan. Jumlah panas

yang dipindahkan selama proses ini adalah beda entalpi antara 2-

3. Besarnya panas total yang dikeluarkan di kondensor adalah

jumlah antara panas yang dikeluarkan pada proses 2-2 ditambah

panas yang dikeluarkan pada proses 2-3. Panas total ini berasal

dari panas yang diserap oleh refrigeran yang menguap didalam

28

evaporator dan panas yang masuk karena adanya kerja mekanis

pada kompresor.

3. proses ekspansi

proses ekspansi berlangsung dari titik 3 ke titik 4, pada siklus

standar diasumsikan tidak terjadi perubahan kondisi cairan

refrigeran yang mengalir di dalam jalur cairan sampai ke throttling

device. Kondisi refrigeran masuk ke alat pengontrol dinyatakan

oleh titik 3, pada proses ini terjadi penurunan tekanan refrigeran

dari tekanan kondensasi titik 3 menjadi tekanan evaporasi titik 4.

Pada waktu cairan di ekspansi melalui alat ekspansi ke

evaporator, temperatur refrigeran juga turun dari temperatur

kondensasi ke temperatur evaporasi, hal ini disebabkan oleh

terjadinya penguapan sebagian cairan refrigeran selama proses

ekspansi. Proses 3-4 merupakan proses ekspansi adiabatik dimana

entalpi fluida tidak berubah disepanjang proses. Refrigeran pada

titik 4 berada pada kondisi campuran cair-uap.

4. proses evaporasi

proses 4-1 adalah proses penguapan refrigeran pada

evaporator atau disebut juga efek refrigerasi (RE). proses ini

berlangsung pada temperatur dan tekanan tetap.