modul -2 thermodinamika
DESCRIPTION
thermodinamikaTRANSCRIPT
Evaporasi
Ekspansi
Kondensasi
Kompresi
Dampak RefrigerasiKerja
Masukan
h ( kJ/Kg )
P ( Kg/Cm2)
Tek
anan
Ab
s (
ba
r )
3,5
8,5
1
22' 33'
44'
340C
1512 42 48
650CTitik Kritis
Cai
r Je
nu
h
Uap
jen
uh
.
04/12/23 2
Gbr.6. Diagram P-h
1-2 : Proses Kompresi, Kompresor menghisap uap refrigeran dari evaporator dan dikompresikan. Didalam kompresor ini tekanannya dinaikan untuk memudahkan pencairan kembali. selama proses kompresi berlangsung temperatur naik.
2-3 : Proses Kondensasi,
uap refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi masuk dalam kondensor yang didinginkan dengan udara atau air pendingin sehingga refrigeran melepaskan panas laten pengembunan dan mengalami perubahan fasa dari uap ke cair. Selama proses ini tekanan dan temperatur refrigeran tetap.
04/12/23
3
Refrigeran cair bertemperatur dan bertekanan tinggi masuk ke dalam katup ekspansi dan keluar berupa kabut yang disemprotkan, dimana temperature dan tekanannya rendah.
4-1 : Proses Penguapan,Kabut refrigeran masuk ke dalam evaporator yang disemprotkan dengan udara atau air sehingga kabut refrigeran berubah menjadi uap dengan mengambil panas penguapan dari udara atau air tadi sehingga air atau udara yang keluar dari evaporator menjadi dingin
04/12/23
4
h1 - h4
Cop = h2 - h1
04/12/23
5
COP = Coef,of Perfmance h1 = entalpi keluar evaporator
(kJ/kg) h4 = entalpi masuk evaporator
(kJ/kg)
Kalor yang diserap EvaporatorAdalah sejumlah kalor yang akan diserap oleh evaporator , Pada proses 4-1. Proses ini dihitung dengan persamaan :
qe = h1 – h4
Dimana : qe = efek refrigerasi (kJ/kg)h1 = entalpi keluar evaporator (kJ/kg)h4 = entalpi masuk evaporator (kJ/kg)
b. Kerja yang diperlukan untuk kompresi (kalor kompresi)
Kerja kompresi terhadap satu kilogram refrigeran yang mengalir sama dengan kenaikan entalpi yang terjadi selama proses ke 1 dan 2, sehingga :
qk = h2 – h1
Dimana :qk = kalor kompresi (kJ/kg) h2 = entalpi keluar kompresor (kJ/kg)h1 = entalpi masuk kompresor (kJ/kg)
04/12/23
6
Dari kesetimbangan energi, maka kalor yang akan dilepaskan oleh kondensor besarnya adalah sama dengan penjumlahan antara kalor yang diserap oleh evaporator dan kalor yang diperlukan kompresi, sehingga :
qc = h2 – h3Dimana :qc = kalor yang dilepaskan
kondensor (kJ/kg)h2 = entalpi masuk kondensor (kJ/kg)h3 = entalpi keluar kondensor (kJ/kg)
04/12/23
7
Kalor yang dilepaskan kondensor (kalor kondensasi)
Qac = m . ( h1 – h4 )
Dimana :Qac = kapasitas refrigerasi (kW)m = laju aliran massa refrigeran (kg/s)h1 = entalpi keluar evaporator (kJ/kg)h4 = entalpi masuk evaporator (kJ/kg)
04/12/23
8
KAPASITAS REFRIGERASI
1.KompresorBerfungsi untuk menaikkan dan
mengalirkan tekanan gas refrigeran yang selanjutnya dicairkan didalam kondensor
2.Kondensor
Berfungsi mencairkan gas refrigeran, kemudian refrigeran cair diuapkan dengan menyemprotkannya melalui katub expansi.
04/12/23
9
3.Evaporator
Berfungsi untuk menguapkan cairan bahan pendingin ( refrigeran ) menjadi gas dengan mengambil atau menyerap kalor dari udara yang ada disekitarnya.
4.Katub expansi
Berfungsi untuk menyemprotkan refrigeran cair sehingga menjadi uap kedalam evaporator yang bertekanan rendah.
04/12/23
10
Suatu daur kompresi uap standar dengan R-22,
temperatur penguapan 30oC dan temperatur
pengembunan -10 oC hitunglah:a.Kerja kompresib. Dampak refrigerasic. Kalor yang dilepas pada kondensord. COP
04/12/23
11
Sebuah kompresi uap standar dengan R-22dengan temperatur pengembunan 40oC temperatur evaporasi -20oC,Berapa:
a. Laju aliran Volumeb. Daya kompresorc. Fraksi uap pada titik 4
04/12/23
12
Duar refrigerasi carnot
04/12/23
13
Kond
Evap
TurbinComp
T
K
S(kJ/kgK)
1
32
4
W net
refrigerasi
Pompa kalor carnot menggunkan peralatan yang sama dengan yg digunakan pada sistem refrigerasi. Tetapi tujuan untuk mengeluarkan kalor pada suhu tinggi.Faktor prestasi = Q yg dilepas dari daur/ kerja yg diperlukanKoef.prestasi
=T1(s1-s4) / (T2-T1)(s1-s4) = T1/ T2-T1
= T2/T2-T1 = T2/T2-T1 – T2-T1/T2-T1 + 1 = T1/ T2-T1 + 1
Cop=Jml hasil yg diinginkan / jml pengeluaran = Refrigerasi yang bermanfaat/kerja bersih.
04/12/23 14
Pompa kalor carnot
04/12/23
15
1-1`: Kompresi basah Kerugian;terjadinya pembilasan minyak
pelumas dari dinding silinder oleh cairan shg mempercepat kerusakan.
2-2`: Kompresi kering,jika uap jenuh yg masuk kompresor dan dikompresi akan membentuk siklus empat persegi daur carnot.
Pada titik 2 akan lebih tinggi temperatur pengembunan,oleh karena itu refrigeran meninggalkan komp. Dalam keadaan uap panas lanjut( super heated horn)
04/12/23
16
04/12/23
17
04/12/23
18
1. Terangkan proses kerja dari mesin pendingin yang saudara pahami.
2. Suatu mesin pendingin yang menggunakan R-22 sebagai refrigeran bekerja pada suhu pengembunan 40 oC dan suhu penguapan -10 oC. Jika terjadi siklus ideal, tentukan : a. efek pendinginan b. laju aliran massa amonia (dalam kg/menit
per ton pendinginan) c. langkah piston per menit per ton pendinginan d. kebutuhan tenaga (Hp) per ton pendinginan e. COP f. panas yang dilepaskan dari kondensor per
menit per ton pendinginan.
Soal-1
04/12/23
19
Suatu sistem pembekuan pangan membutuhkan kapasitas sebesar 20 ton pendinginan pada suhu evaporator -35 oC dan suhu kondensor 22 oC. Refrigeran yang digunakan adalah Freon 22 dan mengalami pendinginan lanjut sebesar 3 oC saat keluar dari kondensor serta pemanasan lanjut sebesar 4 oC saat keluar dari evaporator. Proses kompresi yang terjadi adalah isentropik. Kompresor yang digunakan mempunyai 6 silinder dengan stroke sama dengan bore dan bekerja pada 1500 rpm. Tentukan : a. efek pendinginan b. laju aliran massa refrigeran per menit c. langkah piston teoritik per menit d. tenaga teoritik (Hp) e. COP f. panas yang dilepas dari kondensor
SOAL-4
04/12/23
20
Suatu mesin pendingin kompresi uap dengan refrigeran R-22 beroperasi pada suhu evaporasi –20 oC dan suhu kondensasi 35 oC.Tentukan suhu refrigeran yang memasuki kondensor,Tentukan debit aliran yang diperlukan untuk mendapatkan kapasitas pendinginan 2 ton refrigerasi (1 ton ref.=1357 W).Hitung COP mesin tersebut
SOAL 5
04/12/23
21
Sebuah sistem pendingin dengan siklus kompresi uap standar yang menggunakan refrigeran tipe R-22 diketahui mempunyai suhu kondensasi 35oC. Apabila setelah melalui katup ekspansi tekanannya turun sebesar 933.45 kPa, dan jika diketahui laju aliran refrigeran sebesar 0.315 kg/s tentukan:
•Suhu proses evaporasi•Kebutuhan daya kompresi dan kapasitas refrigerasi yang dihasilkan (dalam kW).•COP dari sistem
Test FormatipSoal -1
04/12/23
22
Sebuah sistem pendingin dengan siklus kompresi uap standar yang menggunakan refrigeran tipe amonia diketahui beroperasi pada suhu kondensasi 34oC dan suhu evaporasi -30 oC. Jika diketahui laju aliran refrigeran sebesar 0.3 kg/s, dan diasumsikan bahwa kompresor bekerja secara adiabatik, tentukan:
•Kapasitas refrigerasi yang dihasilkan•Tekanan hisap dan tekanan buang kompresor•Suhu refrigeran yang keluar dari kompresor•Kebutuhan daya kompresi.•COP
SOAL-2
Siklus Kompresi Uapdan Multi Tingkat
04/12/23
23
: Sistim refrigerant dengan dua atau lebih
bagian atau sisi tekanan rendah. Bagian sisi tekanan rendah dari sistim
refrigerant adalah katup expansi dengan kompresor.
Sistim refrigerant dengan dua atau lebih tingkat tekanan kompresor
Sistim refrigerant dengan beberapa evaporator dan kompresor
04/12/23
24
Siklus kompresi multi tingkat
Penggunaan sistim ini biasanya pada suatu tempat dengan beberapa variasi kebutuhan seperti:
. Super market / mall:Coold storage:
daging,ikan,sayurlemari penyimpan: Es Cream.dll
. Kapal Ikan :Coold storage, penyimpan Es,
Area pencuci ikan .dll
04/12/23
25
Sistim bertekanan banyak dapat ditemui dalam berbagai produksi seperti pabrik es Cream atau pabrik pendidngin susu. dimana evaporator bekerja pada temperatur -35oC .
sementara evaporator lain bekerja pada temperatur 20 oC kemudian evaporator bekerja pada suhu rendah -20 oC
Bahasan selanjutnya akan membahas sistim bertekanan banyak yang mempunyai tekanan rendah dan tekanan tinggi.
Fungsi yang umum terdapat pada sistim bertekanan banyak adalah pemisahan gas cetus(flas gas) dan melakukan inter cooling.
04/12/23
26
Tanki flas tank dan inter cooler terdapat pada hampir semua sistim bertekanan banyak. Satu kompresor dan satu evaporator akan berfungsi seperti gambar: .. Katup penurunan tekan mentrotel gas cetus dari tekanan menengah ke tekanan evaporator. Trotel ini diperlukan karena tidak ada kompresor yang tersedia dengan tekanan hisap yang tinggi.
Perhitungan2 akan menunjukan bahwa tangki cetus tidak memperbaiki pretasi sistim.
Satu-satu nya alasan penggunaan tanki cetus adalah untuk menjaga agar gas cetus tetap berada didalam ruangan mesin dan tidak dikirim ke evaporator.
04/12/23
27
Gas cetus di dalam tabung /pipa evaporator dan dalam pipa hisap yang panjang tidak melakukan kerja pendinginan, tetapi memperbesar penurunan tekanan .
04/12/23
28
Pada banyak situasi, satu kompresor melayani dua evaporator yang berlainan suhu. Hal ini pada industri yang memerlukan refrigerasi suhu rendah untuk suatu proses dan juga melakukan pengkondisian udara untuk beberapa ruang. Seperti terlihat pada gambar berikut:
04/12/23
29
04/12/23
30
SATU KOMPRESSOR DUA EVAPORATOR
Untuk mengatasi kelemahan sistim diatas maka dipasang sebuah katup penurun tekanan yang dipasang setelah evaporator yang bersuhu lebih tinggi mengatur tekanan dan mempertahankan suhu pada evaporator AC.
Dipandang dari sudut daya, sistim-sistim tersebut secara praktis sama saja .tetapi untuk pengoperasian evaporator yang bersuhu tinggi secara lebih sempurna, maka sistim dibawah ini banyak disukai.
04/12/23
31
04/12/23
32
SATU KOMPRESSOR DUA EVAPORATOR
Kompresi dua tingkat dengan intercooling dan pemisahan gas cetus, seringkali merupakan cara idial untuk melayani satu evapotaor ber suhu rendah.
Sistim ini memerlukan daya yang lebih sedikit dari pada sistim kompresi tunggal.hal ini dapat terlihat seperti gambar dibawah ini
04/12/23
33
04/12/23
34
Sistim ini bekerja pada suhu yang berbeda dan hal ini umum pada industri pendinginan susu hewan dan pembuatan es krim.
Hal ini dapat terlihat pada gambar dibawah ini.
04/12/23
35
04/12/23
36
04/12/23
37
04/12/23
38
Hitunglah daya yang diperlukan untuk menekan 1,2 kg/det amonia dari keadaan uap jenuh,bertekanan 80 kPa menjadi 1000 kPa. a.Dengan kompresi satu tingkat. b.Dengan kompresi dua tingkat yang
dilengkapi dengan intercooling oleh cairan refrigerant bertekanan 300 kPa.
04/12/23
39
Gambar tanki flas tank untukmemisahkan gas selama proses ekspansi
Inter cooling
04/12/23
40
24
1
5
air
1
3
4
6
Ke kompresor
Ke evaporator
Kesemibangan kalor :w6 h6+S2h2=W4h4
W6(316 kJ/kg)+1,2 kg/s(1588kJ/kg)=W4(1450 kJ/kg)
Keseimbangan massa:W6 +1.2 = W4 ; Sehingga W4 = 1,346 kg/s
Inter cooling amonia dengan cairan refrigeran menurunkan kebutuhan daya dari 468 menjadi 453,2 kW
04/12/23
41
h=1450 J/kg
6
h=316 kJ/kg
h=1588 kJ/kg
1,2 kg/s
Dari condensor
2
4
Tanpa inter cooling.proses 1-2 dan 2-3
Dgn inter cooling proses 1-2,2-4 dan 4-5
h2-h1, kJ/kg 1588-1410 1588-1410
h3-h2, kJ/kg 1800-1588
h5-h4, kJ/kg 1628-1450
Laju alir,kg/s 1-2 1,2 1,2
2 ke 3 1,2
4 ke 5 1,346
Kebutuhan daya kW, 1ke 2
213,6 213,6
2ke 3 254,4
4 ke 5 239,6
total 468 453,2
04/12/23 42
Hitunglah daya yang dibutuhkan oleh kedua kompresor dalam sistim amaonia yang melayani 250 kW evaporator pada suhu –25oC.Sistim ini mengunakan dua tingkat kompresi dengan inter cooling dan pemisah gas cetus. Suhu pengembunan 35 oC
04/12/23
43
SOAL-2
Pada suatu sistim amonia. Satu evaporator diperlukan untuk 180 kW refrigerasi pada suhu –30oC dan evaporator yang lain 2000 kW pada suhu 5oC
04/12/23
44
SOAL-3