penyelesaian soal mid

TEKNIK PENDINGIN Prepared by

Mechanical Engineering Department, USU Himsar AMBARITA

1

Penyelesaian

Soal Ujian Mid Semester

Nama matakuliah : TKM 306 Teknik Pendingin

Dosen : DR.Eng Himsar AMBARITA

Tgl ujian : 11 Oktober 2010

Waktu/Sifat : 120 menit / Boleh Buka Buku

1. Jawaban Pertanyaan

a. Benar, uap refrigerant keluar akan dikompres oleh kompressor sehingga suhunya naik. Kenaikan suhu

inilah yang memungkinkan energi dalam bentuk panas dibuang di kondensor.

b. Benar, setelah melewati kompressor, keadaan uap refrigerant adalah superheat. Jika diekspansi secara

adiabatik (entalpi konstant) maka pada diagram P-h, garis itu tidak akan bersinggungan dengan garis

uap jenuh (tidak akan mencair).

c. Benar, saat masuk kondensor fasa refrigeran adalah uap dan keluar kondensor adalah cair. Karena

volume fasa uap lebih besar daripada fasa cair, maka laju aliran volume masuk akan lebih besar

daripada laju aliran volume keluar kondensor.

d. Benar, semakin rendah tekanan kondensor akan menggeser titik 3 (sama dengan titik 4 pada SKU

single stage) semakin ke sebelah kiri. Hal ini akan memperbesar 41 hh − atau memperbesar efek

refrigerasi.

e. R243 (C=3, H=3, F=3) dan R152 (C=2, H=4, F=2)

f. Kategori sebuah Refrigerant B3 artinya: Bersifat Racun dan Mudah Terbakar.

2. Penghematan SKU R134a dengan single dan double stages.

Dik: eQ& = 100 kW, TE=-140C, Tk=48

0C, 9,0=sη , =tott 8× 30 = 240 hours, harga listrik Rp. 1000/kWh

Dit: Biaya single dan double stages.

Penyelesaian:

Diagram P-h utk kedua jenis tingkatan digambarkan pad gambar berikut:

1

2s

3

4s5

6 78

9

2's

6'

Tk=480C

P (kPa)

Te= -140CPE=170.74

Pk=1252,7

Pi=462 2a

2'a

h (kJ/kg)

4a

xx−1



2

Entalpi yang perlu dicari ditampilkan pada tabel berikut, dan yang langsung didapat dari tabel

sifat telah dimasukkan.

No. h s No. h s

1 390.33 1.7367 5 268.49 X

2s 1.7367 6 268.49 X

s2′ 1.7367 7

3 8 X

4s s3

9 X

Cat: tanda X menyatakan tidak perlu dicari.

Perhitungan pertama akan dilakukan untuk yang single stage:

a. Single stage.

Pada diagram P-h di atas, yang merupakan siklus ideal (isentropik) untuk single stage adalah: 1- 2’s- 5

-6 – 7. Karena kompresi bukan isentropik (dinyatakan soal dengan efisiensi = 0,9), maka titik 2’s akan

bergeser ke titik 2’a, dengan katalain siklusnya menjadi: 1- 2’a- 5 -6 – 7. Entalpi masing-masing titik ini

harus dicarai. Urutan perhitungannya adalah sebagai berikut:

� Hitung sh2′ dengan menginterpolasi sebanyak 2 kali, pada tabel superheat antara temperatur

saturasi 46,320C dan 52,43

0C untuk mencari entropi yang sama s1=s2= 1,7367.

s h T

1.7226 426.51

1.7367 431.1364

1.7571 437.83

46.32

48 sh2′ = 432.0243

1.7347 433.69

1.7367 434.3656

1.7691 445.31

52.43

� Hitung kerja kompresor isentropik, kerja kompressor aktual, dan h2 aktual

Kerja kompresor isentropik : 12 hhW sks −=& = 41,694 kJ/kg

Kerja kompresi aktual : ==s

ks

k

WW

η& 46,327 kJ/kg

Entalpi di titik 2 aktual : 12 hhWk −= ′& , maka =′2h 436.657 kJ/kg

� Hitung COP, dan Kerja kompressor

63,212

61 =−

−=

′

′

hh

hhCOP

3863,2

100===

COP

QW e

k kW

� Biaya operasi tiap bulan adalah

Biaya = 38× 240× Rp. 1000 = Rp. 9.120.000

b. Double stage

� Hitung tekanan antara 462=×= kei PPp kPa

� Hitung 87 , hh , dan

7s

Interpolasi antara 120C (442,89 kPa) dan 14

0C (472,76 kPa). Didapat:



3

2144,4067 =h , 721,17 =s , 218.03748 =h

� Hitung pembagian laju aliran massa x

875 )1( hxhxh −+= didapat 268,0=x

� Hitung sh2 pada tabel superheat yang mempunyai 73672 =s .

Interpolasi 2 kali antara 400 kPa dan 600 kPa, didapat 410.42912 =sh

� Hitung ah2 (aktual) dengan menggunakan efisiensi isentropik = 0,9.

12 hhW sks −=& = 20.09907 ==

s

ksk

WW

η& 22.3323

⇒−= 12 hhW ak& =ah2

412.6623 � Hitung as2 dengan menginterpolasi (2x) tabel super heat yang mempunyai =ah2 412.6623 di

antara tekanan 400 kPa dan 600 kPa.

h s P 404.78 1.7263

412.6623 1.753657

414 1.7583

400

462 as2 =1.744603

410.67 1.7178

412.6623 1.724449

418.97 1.7455

600

� Hitung 3s dan 3h

asxxss 273 )1( −+= =⇒ 3s 1.7383 ahxxhh 273 )1( −+= =⇒ 3h 410.9343

� Hitung sh4dengan menginterpolasi (2x) tabel superheat antara temperatur saturasi 46,32

0C dan

52,430C untuk mencari entropi yang sama dengan 1,7383. Didapat:

sh4=432.5536

� Hitung ah4

(aktual) dengan menggunakan efisiensi isentropik =0,9.

Didapat: ah4 = 434.9557 � Hitung COP siklus 2 stage.

124,3)())(1(

))(1(

3412

81 =−+−−

−−=

hhxhhx

hhxCOP

aa

� Hitung kerja kompressor total

32124,3

100===

COP

QW e

k kW

� Biaya operasi tiap bulan adalah

Biaya = 32× 240× Rp. 1000 = Rp. 7.628.000



4

3. Proses pendinginan udara.

Dik: 5,01 =V m3/s, T1=30

0C, dan RH=80%, T2=80

0C.

Proses pendinginan digambarkan pada diagram psikometrik di bawah ini. Pada grafik terlihat bahwa proses

pengembunan (terjadinya titik-titik air) dimulai sejak temperatur 260C.

1

2

300C8

0C

w = 21,5 g/ kg

h1=85,5kJ/kg

260C

h2=25

kJ/kg

w = 6,6 g/ kg

1'

a. Rasio kelembaban setelah didinginkan

Pada gambar dapat dilihat rasio kelembaban setelah didinginkan adalah w = 6,6 gr/kg udara.

b. Laju aliran air yang menetes

Laju aliran massa udara harus dihitung dulu dengan mencari volume spesifik udara

� Hitung volume spesifik udara di titik 1

( )888,0

6078,11=

+=

p

wRTv m3/kg.

� Hitung laju aliran massa udara

563,011 ==

v

Vma& kg/s

� Hitung laju aliran massa air yang menetes.

waamwmwm +=

21, atau 389,8=wm& gr/s

c. Laju pendinginan yang dialami udara

ewwaaqhmhmhm ++=

)2(21

Pada persamaan ini )2(wh adalah entalpi air pada temperatur saturasi 80C (sesuai yang disebutkan soal).

Pada tabel termodinamik di dapat = 33,62 kJ/kg. Dengan menggunakan nilai ini dan angka entalpi udara

pada grafik didapat,

783,33=eq& kW



5

4. Soal gabungan

Penyelesaian: Tetesan air yang jatuh dari pipa terbuka yang ada di sekitar kondensor adalah beban yang

seharusnya berada di evaporator di dalam ruangan. Karena hal ini terjadi di luar ruangan, maka beban ini

adalah kerugian yang sia-sia. Untuk menghitung kerugian ini, hal pertama yang harus dilakukan adalah

mencari beban pendinginan yang dapat dihitung dari jumlah aliran air per jam.

a. Perhitungan beban pendingin pada pipa yang tidak terisolasi

Meskipun tidak ada blower yang mengalirkan udara melalui permukaan luar pipa tidak terisolasi ini

(seperti pada koil di evaporator), sebenarnya terjadi aliran udara yang diakibatkan konveksi alamiah.

Jika dimisalkan aliran udara akibat konveksi alamiah ini adalah am& , maka proses pendinginan udara

yang terjadi dapat ditampilkan pada diagram psikometrik di bawah ini.

0

2

� Hitung laju aliran udara dengan menggunakan hukum kesetimbangan massa air pada proses

pendinginan:

waa mwmwm += 21

Dimana 083333,013600

300=×=

cc

gr

s

ccmw gr/s (Laju aliran massa air yang terbentuk)

083333,05,55,24 +×=× aa mm

004386,0=am kg/s.

� Hitung beban pendinginan dengan menggunakan hukum kekekalan energi:

ewwaa qhmhmhm ++= )2(21

Dimana 02,21)2( =wh kJ/kg (entalpi cair jenuh air pada temperatur air 50C)

eq+××+×=× − 02,2110083333,019004386,095004386,0 3

332,0=eq& kW.

Catatan: Inilah beban yang terbuang sia-sia di pipa yang tidak terisolasi. Selanjutnya beban ini

dikonversi ke kerja kompresor dengan mencari COP siklus.

b. Perhitungan COP siklus untuk mengetahui kerja kompresor akibat beban terbuang pada pipa yang

tidak



6

terisolasi.

� Gambarkan diagram PH siklus

s = 1,7337

� Hitung COP siklus

4,312

41 =−

−=

hh

hhCOP

� Hitung kerja Kompresor untuk akibat kerugian beban 332,0=eq& kW.

0975,0=⇒= k

k

e WW

qCOP

&kW

c. Hitung total kerugian energi selama 1 bulan untuk 100 AC.

unitmonth

day

day

hWE ktotal 100208 ×××=

1560=totalE kWh/bulan

d. Hitung kerugian uang perbulan

1000.RpERugi total ×=

=Rugi Rp. 1.560.000/bulan

Selama 1 tahun = Rp. 18.720.000

e. Jika kerugian ini dibandingkan dengan membeli AC baru 1PK yang harganya sekitar 3 juta rupiah per

unit. Kerugian akibat instalasi ini setara dengan 6 unit AC baru setiap tahun.

penyelesaian soal mid

Documents