teori dasar heat pump
DESCRIPTION
Ada smua me di dalamTRANSCRIPT
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 1/29
A. Pengertian Pompa Kalor
Pompa kalor (heat pump) adalah mesin yang memindahkan panas dari satu
lokasi (atau sumber) ke lokasi lainnya menggunakan kerja mekanis. Sebagian
besar teknologi pompa kalor memindahkan panas dari sumber panas yang
bertemperatur rendah ke lokasi bertemperatur lebih tinggi. Contoh yang paling
umum adalah lemari es, freezer, pendingin ruangan, dan sebagainya.
Pompa panas pada dasarnya adalah sebuah refrigerator yang digunakan
untuk memompa energi termal dari tandon dingin (udara dingin) ke tandon
panas (udara panas). Tandon panas merupakan sistem ideal dengan kapasitor
panas yang demikian besar sehingga dapat menyerap atau memberikan panas
tanpa perubahan temperatur yang berarti.
Sistem pompa kalor itu tidak hanya berfungsi untuk mendinginkan atau
mempertahankan temperatur sumber kalor yang rendah. Tetapi juga dapat
mengalirkan energi kalor ke suatu benda atau penyerap kalor untuk menaikkan
temperatur atau mempertahankan temperaturnya pada tingkat yang tinggi
secara baik. Dalam ilmu termodinamika, refrigerator dan pompa kalor (heat
pump) relatif sama. Perbedaannya, terletak hanya pada proses kerjanya. Mesin
kalor adalah alat yang berfungsi untuk mengubah energi panas menjadi energi
mekanik. Misalnya pada mesin mobil, energi panas hasil pembakaran bahan
bakar diubah menjadi energi gerak mobil. Tetapi, dalam semua mesin kalor
kita ketahui bahwa pengubahan energi panas ke energi mekanik selalu disertai
pengeluaran gas buang, yang membawa sejumlah energi panas. Dengan
demikian, hanya sebagian energi panas hasil pembakaran bahan bakar yang
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 2/29
diubah ke energi mekanik. Contoh lain adalah dalam mesin pembangkit tenaga
listrik ; batu bara atau bahan bakar lain dibakar dan energi panas yang
dihasilkan digunakan untuk mengubah wujud air ke uap. Uap ini diarahkan ke
sudu - sudu sebuah turbin, membuat sudu - sudu ini berputar. Akhirnya energi
mekanik putaran ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik. Pada
banyak penggunaan, untuk mesin yang sama dapat dipakai sebagai refrigerator
dan juga sebagai pompa kalor. Pada beberapa situasi, baik efek pendinginan
pada satu tingkat temperatur maupun efek pemanasan pada temperatur lain bisa
saja dinginkan, dan dengan demikian sistem akan beroperasi serentak sebagai
mesin refrigerasi dan sebagai pompa kalor.
Pompa kalor bisa disamakan dengan mesin kalor yang beroperasi dengan
cara terbalik. Satu tipe yang paling umum dari pompa kalor dengan
menggunakan sifat fisik penguapan dan pengembunan suatu fluida yang
disebut refrigeran. Pada aplikasi sistem pemanasan, ventilasi, dan pendingin
ruangan, pompa kalor merujuk pada alat pendinginan kompresi-uap yang
mencakup saluran pembalik. Beberapa jenis pompa kalor dengan sumber panas
udara tidak bekerja dengan baik setelah temperatur jatuh di bawah -5 oC.
Diagram sederhana pompa kalor dengan siklus pendinginan uap
bertekanan (vapor-compression refrigeration) :
1. Pengembunan dengan melepaskan panas
2. Saluran yang mengalami pelebaran
3. Penguapan dengan menyerap panas
4. Kompresor
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 3/29
Gambar 1. Siklus Pompa Kalor Sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin
B. Cara Kerja
Berdasarkan pada hukum kedua termodinamika, panas tidak bisa secara
spontan mengalir dari sumber bertemperatur rendah ke lokasi bertemperatur
tinggi; suatu kerja dibutuhkan untuk melakukan ini. Pompa kalor berbeda
dalam hal bagaimana mereka mengaplikasikan kerja tersebut untuk
memindahkan panas, namun pada dasarnya pompa kalor adalah mesin kalor
yang bekerja secara terbalik. Mesin kalor membuat energi mengalir dari lokasi
yang lebih panas ke lokasi yang lebih dingin, menghasilkan fraksi dari proses
tersebut sebagai kerja. Kebalikannya, pompa kalor membutuhkan kerja untuk
memindahkan energi termal dari lokasi yang lebih dingin ke lokasi yang lebih
panas.
Sejak pompa kalor menggunakan sejumlah kerja untuk memindahkan
panas, sejumlah energi yang dibuang ke lokasi yang lebih panas mengandung
kalor yang lebih tinggi dari pada sejumlah kalor yang diambil dari sumber
dingin. Satu tipe pompa kalor bekerja dengan mengeksploitasi sifat fisik
penguapan dan pengembunan fluida yang disebut refrigran. Fluida yang
bekerja, pada keadaan gasnya, diberi tekanan dan disirkulasikan menuju sistem
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 4/29
dengan kompresor. Pada satu sisi dari kompresor, di mana gas dalam keadaan
panas dan bertekanan tinggi, didinginkan di penukar panas yang disebut
kondenser, hingga fluida itu mengembun pada tekanan tinggi. Refrigeran yang
telah mengembun melewati alat penurun tekanan yang dapat dilakukan dengan
memperluas volume saluran (memperlebar saluran atau memperbanyak
cabang), atau juga bisa dengan penghambat berupa turbin. Lalu, refrigeran
yang berbentuk cair masuk ke sistem yang ingin didinginkan. Dalam proses
pendinginan itu, refrigeran mengambil panas sehingga refrigeran kembali
menguap dan sistem menjadi dingin.
Dalam sistem seperti ini, sangat penting bagi refrigeran untuk mencapai
suhu tinggi ketika diberi tekanan, karena panas sulit bertukar dari fluida dingin
ke lokasi yang lebih panas secara spontan. Dalam hal ini, refrigeran harus
bersuhu lebih tinggi dari temperatur penukar panas. Dengan kata lain, fluida
harus bertekanan rendah jika ingin mengambil kalor dari suatu sistem dan
menguap, dan fluida harus bertekanan tinggi jika ingin membuang kalor dan
mengembun. Hal ini sesuai dengan persamaan gas ideal yang menyatakan
bahwa temperatur berbanding lurus dengan tekanan. Jika hal ini tercapai,
efisiensi tertinggi akan tercapai.
1. Contoh penggunaan pompa kalor
Lemari es (Refrigerator) dapat dipandang sebagai mesin kalor yang bekerja
terbalik. Mesin kalor mengambil panas dari sebuah wadah panas,
mengubahnya sebagian menjadi usaha mekanik, dan membuang selebihnya
ke sebuah wadah dingin. Akan tetapi refrigerator mengambil panas dari
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 5/29
wadah dingin, kompresornya memberikan input usaha mekanik, dan panas
dibuang ke wadah panasnya yakni dilingkungan sekitarnya. Bila untuk
menjalankan suatu alat pendingin tidak diperlukan usaha, koefisien kerja
(panas yang diambil dibagi oleh usaha yang dilakukan ) akan menjadi tak
berhingga. Pengalaman membuktikan bahwa selalu diperlukan usaha untuk
memindahkan panas dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih
panas. Ungkapan negatif ini membawa kita kepada ungkapan lain hukum
kedua Termodinamika, yaitu : ”Tidak mungkin ada proses yang hasilnya
hanya memindahkan panas dari benda yang lebih dingin ke benda yang
lebih panas ”.
2. Tinjauan hukum kedua termodinamika tentang mesin kalor
”Tidak mungkin bagi sebuah mesin panas yang bekerja secara siklis untuk
tidak menghasilkan efek lain selain menyerap panas dari suatu tandon dan
melakukan sejumlah usaha-usaha yang ekivalen”. Pernyataan tersebut
merupakan hasil eksperimen tentang rumusan Kelvin – Planck atau rumusan
mesin kalor untuk hukum kedua termodinamika. Penyertaan kata ”siklis”
dalam rumusan ini merupakan hal yang penting karena mengubah panas
seluruhnya menjadi usaha dalam proses yang non siklus, merupakan hal
yang mungkin. Gas ideal yang mengalami ekspansi isotermis dapat
melakukan hal ini. Namun, setelah ekspansi itu, gas tidak berada dalam
keadaan awalnya. Untuk mengembalikan gas ke keadaan awalnya, usaha
harus dilakukan pada gas , dan sejumlah panas yang akan dibuang.
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 6/29
C. Refrigerant
Refrigeran adalah zat yang mengalir dalam mesin pendingin (refrigerasi)
atau mesin pengkondisian udara (AC). Zat ini berfungsi untuk menyerap panas
dari benda atau udara yang didinginkan dan membawanya kemudian
membuangnya ke udara sekeliling di luar benda/ruangan yang didinginkan.
Pemilihan refrigeran pada mesin pendingin merupakan faktor yang
menentukan karena dapat mempengaruhi efisiensi dari mesin itu sendiri. Unit-
unit refrigerasi banyak dipergunakan untuk daerah temperatur yang luas, dari
unit untuk keperluan pendinginan udara sampai refrigerasi. Untuk unit
refrigerasi tersebut diatas, hendaknya dapat dipilih jenis refrigeran yang paling
sesuai dengan jenis kompresor yang dipakai dan karakteristik
thermodinamikanya yang antara lain meliputi temperatur penguapan dan
tekanan penguapan serta temperatur pengembunan dan tekanan pengembunan.
Sifat-Sifat Refrigeran yang Wajib :
1. Tekanan penguapan harus cukup tinggi. Sebaiknya refrigeran memiliki
temperatur pada tekanan yang lebih tinggi, sehingga dapat dihindari
kemungkinan terjadinya vakum pada evaporator dan turunnya efisiensi
volumetrik karena naiknya perbandingan kompresi.
2. Tekanan pengembunan yang tidak terlampau tinggi. Apabila tekanan
pengembunannya terlalu rendah, maka perbandingan kompresinya menjadi
lebih rendah, sehingga penurunan prestasi kondensor dapat dihindarkan,
selain itu dengan tekanan kerja yang lebih rendah, mesin dapat bekerja lebih
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 7/29
aman karena kemungkinan terjadinya kebocoran, kerusakan, ledakan dan
sebagainya menjadi lebih kecil.
3. Kalor laten penguapan harus tinggi. Refrigeran yang mempunyai kalor laten
penguapan yang tinggi lebih menguntungkan karena untuk kapasitas
refrigerasi yang sama, jumlah refrigeran yang bersirkulasi menjadi lebih
kecil.
4. Volume spesifik ( terutama dalam fasa gas ) yang cukup kecil. Refrigeran
dengan kalor laten penguapan yang besar dan volume spesifik gas yang
kecil ( berat jenis yang besar ) akan memungkinkan penggunaan kompresor
dengan volume langkah torak yang lebih kecil. Dengan demikian untuk
kapasitas refrigerasi yang sama ukuran unit refrigerasi yang bersangkutan
menjadi lebih kecil. Namun, untuk unit pendingin air sentrifugal yang kecil
lebih dikehendaki refrigeran dengan volume spesifik yang agak besar.
5. Koefisien prestasi harus tinggi. Dari segi karakteristik thermodinamika dari
refrigeran, koefisien prestasi merupakan parameter yang terpenting untuk
menentukan biaya operasi.
6. Konduktivitas termal yang tinggi. Konduktivitas termal sangat penting
untuk menentukan karakteristik perpindahan kalor.
7. Viskositas yang rendah dalam fasa cair maupun fasa gas. Dengan turunnya
tahanan aliran refrigeran dalam pipa, kerugian tekanannya akan berkurang.
8. Konstanta dielektrika dari refrigeran yang kecil, tahanan listrik yang besar,
serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik. Sifat-sifat
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 8/29
tersebut dibawah ini sangat penting, terutama untuk refrigeran yang akan
dipergunakan pada kompresor hermetik.
9. Refrigeran hendaknya stabil dan tidak bereaksi dengan material yang
dipakai, jadi juga tidak menyebabkan korosi.
10. Refrigeran tidak boleh beracun dan berbau merangsang.
11. Refrigeran tidak boleh mudah terbakar dan mudah meledak.
12. Murah. Ekonomis
Sebaiknya refrigeran menguap pada tekanan sedikit lebih tinggi dari pada
tekanan atmosfir. Dengan demikian dapat dicegah terjadinya kebocoran udara
luar masuk sistem refrigeran karena kemungkinan adanya vakum pada seksi
masuk kompresor (pada tekanan rendah). Selain itu dapat dicegah turunnya
efisiensi volumetrik karena naiknya perbandingan kompresi, yang dapat
disebabkan karena berkurangnya tekanan dibagian tekanan rendah. Itulah
sebabnya mengapa titik didih refrigeran merupakan salah satu faktor yang
sangat penting. Boleh dikatakan bahwa refrigeran yang memiliki titik didih
rendah biasannya dipakai untuk keperluan operasi pendinginan temperatur
rendah (refrigerasi), sedangkan refrigeran yang memiliki titik didih tinggi
digunakan untuk keperluan pendinginan temperatur tinggi (pendinginan udara).
Jadi titik didih refrigeran merupakan indikator yang menyatakan apakah
refrigeran dapat menguap pada temperatur rendah yang diinginkan, tetapi pada
tekanan yang tidak terlalu rendah. Dari segi termodinamika R12, R22, R500,
R502, ammonia dan sebagainya dapat dipakai untuk daerah temperatur yang
luas, dari keperluan pendinginan udara sampai ke refrigerasi.
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 9/29
D. Faktor Prestasi
Faktor prestasi adalah perbandingan antara kalora yang dilepaskan dengan
kalora yang diperlukan. Daerah dipanaskan lanjut akan berada di sebelah kanan
garis uap jenuh pada daerah pemanasan lanjut. Gas tekanan tetap pertama kali
akan sedikit turun ke arah kanan dan kemudian tegak lurus garis spesifik
konstan akan miring ke atas ke arah kanan garis volume spesifik yang lebih
tinggi akan ditentukan pada tekanan jenuh tersebut. Prestasi pompa kalor
dinyatakan dengan faktor prestasi bila induk prestasi didefinisikan sebagai
jumlah komoditi yang diinginkan dibagi dengan jumlah pengeluaran faktor
prestasi :
Sebenarnya semua sistem refrigerant adalah pompa kalor, karena sistem
tersebut menyerap energi kalor pada tingkat suhu yang rendah dan
membuangnya setingkat suhu yang tinggi akan tetapi diantara pemakaian
sistem refrigerator telah dikembangkan suatu sistem yang memanfaatkan kalor
yang dilepaskan di kondensor untuk pemanasan. Jadi tidak dibuang ke
atmosfer. Ada kegunaan tertentu dimana pompa kalor melakukan pendinginan
sekaligus pemanasan dalam waktu yang bersamaan ini adalah sesuatu keadaan
yang menguntungkan.
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 10/29
E. Diagram P-H dan T-S untuk Heat pump
1. Diagram P-H
Gambar 2. Diagram P-HSumber : http://refrigerasi dari sistem pengkondisian udara.blogspot.com
Daur kompressi uap standar pada diagram suhu-entropi pada gambar di atas.
Proses-proses yang yang membentuk daur kompressi uap standar adalah :
a. Proses 1-2 :Kompressi Adiabatik dan reversible, dari uap jenuh menuju
tekanan kondensor.
b. Proses 2-3 : Pelepasan kalor reversible pada tekanan konstan,
menyebabkan penurunan panas lanjut (desuperheating) dan
pengembunan refrigran.
c. Proses 3-4 : Ekspansi tidak reversible pada enthalpi konstan, dari cairan
jenuh menuju tekanan evaporator.
d. Proses 4-1 : Penambahan kalor reversible pada tekanan tetap, yang
menyebabkan penguapan menuju uap jenuh.
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 11/29
2. Diagram T-S
Gambar 3. Diagram T-SSumber : http://refrigerasi dari sistem pengkondisian udara.blogspot.com
Dengan bantuan diagram enthalpi-tekanan, besaran yang penting dalam
daur kompressi uap dapat diketahui. Besaran-besaran ini adalah kerja
kompressi, laju pengeluaran kalor, dampak refrigrasi, koefisien prestasi
(COP), laju aliran massa untuk setiap kilowatt refrigrasi, dan daya
perkilowatt refrigrasi.
Kerja kompressi merupakan perubahan enthalpi pada proses 1-2 pada
gambar diatas atau h1-h2. hubungan ini diturunkan dari persamaan aliran
energi yang mantap (steady flow of energi).
h1 + q = h2 + w
Dengan perubahan energi kinetik dan energi potensial diabaikan, karena
dalam kompressi adiabatik perpindahan kalor q nilainya nol, kerja w sama
dengan h1-h2. Perbedaan enthlpi merupakan besaran negatif, yang
menunjukkan bahwa kerja diberikan pada sistem. Walaupun kompressor
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 12/29
tersebut dari jenis torak, dimana alirannya terputus-putus, tidak mantap,
tetapi proses 1-2 masih menyatakan kerja kompressor.
Pelepasan kalor dalam kilojoule per kilogram adalah perpindahan kalor
dari refrigran pada proses 2-3, yaitu h3-h2. Pengetahuan ini juga berasal dari
persamaan aliran energi yang mantap, dimana energi kinetik, energi
potensial, dan kerja dikeluarkan. Harga h3-h2 negatif menunjukkan bahwa
kalor dikeluarkan dari refrigran.
Dampak refrigrasi dalam kilojoule per kilogram adalah kalor yang
dipindahkan dari proses 4-1, atau h1-h4. Besarnya harga bagian ini sangt
penting diketahui karena proses ini merupakan tujuan utama dari seluruh
sistem.
F. Jenis jenis Heat Pump
1. Pompa kalor paket (package heat pump) dengan daur reversible.
Pompa kalor jenis ini selama berlangsung proses pemanasan, katup akan
mengatur sendiri sehingga gas buang bertekanan tinggi dari kompressor
pertama mengalir ke penukar kalor didalam arus udara yang dikondisikan.
Pada proses pengembunannya refrigran tersebut melepaskan kalor
memanaskan udara, kemudian refrigran mengalir ke bagian alat ekspansi
dan uap air diarahkan ke jalur isap kompressor. Jenis ini mencakup unit-unit
rumah tinggal dan komersil, berukuran kecil yang mampu memanaskan
ruangan pada musim dingin dam mendinginkannya di musim panas.
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 13/29
Gambar 4. Pompa kalor paket (package heat pump)Sumber : http://lyricsdigger.info/s/heat%20pump%20package
2. Pompa kalor dengan kondensor bundel ganda (double bundle condensor)
Selama masa dingin, bangunan-bangunan membutuhkan kalor untuk sona-
sona bagian yang terletak di bagian pinggir, sedangkan sona bagian dalam
tidak dipengaruhi oleh kondisi luar, dan selalu membutuhkan pendinginan.
Satu jenis pompa kalor yang bersumber dari dalam ( internal source heat
pump) yang memompa kalor yang mempunyai kondensor yang berbundel
ganda atau double bundle condensor. Dimana menara pendinginan
mendinginkan air untuk salah satu bundel dan air pemanas untuk coil. Sona
luar mengalir untuk bundel yang lain.
Gambar 5. Pompa kalor dengan kondensor bundel gandaSumber : http://www.made-in-china.com/products-search/ /Shell_And_Tube.html
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 14/29
3. Pompa kalor tidak terpusat (desentriliset heat pump)
Sistem dapat memompa kalor dari sona-sona pembangunan yang
membutuhkan pendinginan ke sona lain yang membutuhkan penghangatan.
Unit-unit pompa kalor ini tersedia dalam bentuk yang disesuaikan dengan
ruang plafon, ruang-ruang dengan peralatan yang kecil atau sebagai konsole
ruangan.
Gambar 6. Pompa kalor tidak terpusat (Disentriliset heat pump)Sumber : http://industri.iklanmax.com/water-cooled-chiller-brine-chiller-chiller-2.html
4. Pompa kalor industri
Penggunaan pompa kalor saat ini diarahkan pada pemanasan dan
pendinginan bangunan. Salah satu contoh penggunaan pompa kalor industri
adalah sebuah konsentrator sari buah. Sari buah atau juice yang harus dibuat
konsentrat pada suhu rendah untuk melindungi cita rasanya. Memasuki alat
penguap air yang bekerja dibawah tekanan atmosfer. Kalor untuk penguapan
didapat dengan pengembunan refrigran.
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 15/29
Contoh lainnya adalah sebuah pompa kalor yang memompa kalor ke
pendidih ulang atau boiler sebuah destilasi. Kondensor harus didinginkan
pada suhu rendah dan reboiler menerima kalor pada suhu tinggi.
Gambar 7. Pompa kalor industrySumber : http://industri.iklanmax.com/water-cooled-chiller-brine-chiller-chiller-2.html
G. Bagian Bagian Utama Heat Pump
1. Kompresor
Gambar 8. Kompresor Sumber : http://industri.iklanmax.com/water-cooled-chiller-brine/chiller-2.html
Kompresor adalah jantung dari sistem tata udara, Kompresor berguna
untuk menghisap uap refrigeran dari ruang penampung uap. Ketika di dalam
penampung uap, tekanannya diusahakan agar tetap rendah, supaya
refrigeran senantiasa berada dalam keadaan uap dan bersuhu rendah. Lalu
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 16/29
ketika di dalam kompresor, tekanan refrigeran dinaikkan sehingga
memudahkan pencairannya kembali. Energi yang diperlukan untuk
kompresi diberikan oleh motor listrik yang menggerakkan kompresor.
Jumlah refrigeran yang bersirkulasi dalam siklus refrigerasi tergantung pada
jumlah uap yang dihisap masuk ke dalam kompresor .
Dua jenis utama dari kompresor :
a. Kompresor positif, dimana gas di hisap masuk kedalam silinder dan
dikompresikan sehingga terjadi kenaikan tekanan.
b. Kompresor non positif, dimana gas yang dihisap masuk dipercepat
alirannya oleh sebuah impeler yang kemudian mengubah energi kinetik
untuk menaikkan tekanan.
2. Kondensor
Gambar 9. Kondensor
Sumber : http://industri.iklanmax.com/water-cooled-chiller-brine/chiller-2.html
Kondensor berguna untuk pengembunan dan pencairan kembali uap
refrigeran. Uap refrigeran yang bertekanan dan bersuhu tinggi pada akhir
kompresi dapat dengan mudah dicairkan dengan mendinginkannya dengan
air pendingan (dengan udara pendingin pada sistem dengan pendinginan
udara) yang ada pada suhu normal. Dengan kata lain, uap refrigeran
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 17/29
menyerahkan panasnya (kalor laten pengembunan) kepada air dingin di
dalam kondensor, sehingga mengembun dan menjadi cair. Jadi karena air
pendingin menyerap panas dari refrigeran, maka ia akan menjadi panas pada
waktu keluar dari kondensor. Selama refrigeran mengalami perubahan
dari fasa uap ke fasa cair, dimana terdapat campuran refrigeran dalam fasa
uap dan cair, tekanan (tekanan pengembunan) dan suhunya (suhu
pengembunan) konstan. Kalor yang dikeluarkan dari dalam kondensor
adalah jumlah kalor yang diperoleh dari udara yang mengalir melalui
evaporator. Uap refrigeran menjadi cair sempurna didalam kondensor,
kemudian dialirkan kedalam melalui pipa kapiler /katup ekspansi.
3. Evaporator
Gambar 10. Evaporator Sumber : http://www.diytrade.com/china/4/products/2715158/A_C_Evaporator.html
Tekanan cairan refrigeran yang diturunkan pada katup ekspansi,
didistribusikan secara merata kedalam pipa Evaporator oleh distributor
refrigeran , pada saat itu refrigeran akan menguap dan menyerap kalor dari
udara ruangan yang dialirkan melalui permukaan luar dari pipa evaporator.
Cairan refrigeran diuapkan secara berangsur-angsur karena menerima kalor
sebanyak kalor laten penguapan, selama proses penguapan itu, di dalam pipa
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 18/29
akan terdapat campuran refrigeran dalam fasa cair dan gas. Suhu penguapan
dan tekanan penguapan dalam keadaan konstan pada saat itu terjadi.
Evaporator adalah penukar kalor yang memegang peranan paling penting di
dalam siklus refrigerasi, yaitu mendinginkanmedia sekitarnya.
Evaporator ini berfungsi untuk menguapkan gas/uap refrigerant yang
bertemperatur dan bertekanan rendah. Bila udara melewati evaporator
menjadi dingin sampai temperatur tekanan dibawah pengembunan, uap air
akan mengembun dan menempel pada sirip evaporator dalam bentuk
tekanan air. Bila pada saat ini temperatur sirip sampai dibawah 0° C, tetesan
air akan berubah menjadi es.
Bentuk dan konstruksi evaporator tidak berbeda dari kondensor , tapi
fungsi kedua – duanya berlainan.Pada kondensor panas zat pendingin harus
dikeluarkan, agar terjadi perubahan bentuk zat pendingin dari gas ke cair .
4. Katup Ekspansi
Gambar 11. Katup Ekspansi Sumber : http://rieztiecute.blogspot.com/
Untuk menurunkan tekanan dari refrigeran cair (yang bertekanan tinggi)
yang dicairkan di dalam kondensor, agar dapat mudah menguap, maka
dipergunakan alat yang dinamakan katup ekspansi atau pipa kapilar. Katup
ekspansi ini dirancang untuk suatu penurunan tekanan tertentu. Katup
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 19/29
ekspansi yang biasa dipergunakan adalah katup ekspansi termostatik yang
dapat mengatur laju aliran refrigeran , yaitu agar derajat super panas uap
refrigeran di dalam evaporator dapat diusahakan konstan. Dalam penyegar
udara yang kecil, dipergunakan pipa kapiler sebagai pengganti katup
ekspansi.
Cairan refrigeran mengalir ke dalam evaporator, tekanannya turun dan
menerima kalor penguapan dari udara, sehingga menguap secara
berangsurangsur. Selanjutnya, proses siklus tersebut di atas terjadi secara
berulang-ulang.
Jenis katup ekspansi yang paling popular untuk sistem refrigasi adalah
katup berkendali lanjut panas, yang biasa disebut dengan katup ekspansi
termostatik. Katup ekspansi termostatik mengatur laju aliran refrigeran cair
yang besarnya sebanding dengan laju penguapan di dalam evaporator.
Katup ekspansi mengatur supaya evaporator dapat selalu bekerja
sehinga diperoleh efisiensi siklus refrigerasi yang maksimal. Apabila beban
pendinginan turun, atau apabila katup expansi membuka lebih lebar, maka
refrigeran didalam evaporator tidak menguap sempurna, sehingga refrigeran
yang terisap masuk ke dalam kompresor mengandung cairan. Apabila hal
tersebut terjadi dalam waktu cukup lama, sebagian uap akan mencair
kembali, dan katup kompresor akan mengalami kerusakan.
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 20/29
H. Jenis Jenis Perpindahan Kalor dan Arah Aliran Perpindahan Panas
Bila dua benda atau lebih terjadi kontak termal maka akan terjadi aliran
kalor dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur
lebih rendah, hingga tercapainya kesetimbangan termal.
Proses perpindahan panas ini berlangsung dalam 3 mekanisme, yaitu :
konduksi, konveksi dan radiasi.
1. Konduksi
Konduksi adalah proses perpindahan kalor melalui zat tertentu yang
berfungsi sebagai penghantar, tanpa diikuti perpindahan zat tersebut. Dalam
konduksi, kalor dipindahkan dari satu sistem ke sistem yang lain melalui
rambatan kalor di dalam sebuah penghantar atau konduktor dari satu ujung
ke ujung lain yang suhunya berbeda. Jadi, dalam proses perpindahan kalor
melalui konduksi perlu adanya medium penghantar atau konduktor kalor.
Konduksi dapat terjadi akibat adanya perbedaan suhu di antara ujung yang
satu dengan ujung lain dari suatu konduktor. Arah hantaran kalor (konduksi)
dari tempat bersuhu tinggi ke tempat bersuhu rendah.
Proses perpindahan kalor secara konduksi bila dilihat secara atomik
merupakan pertukaran energi kinetik antar molekul (atom), dimana partikel
yang energinya rendah dapat meningkat dengan menumbuk partikel dengan
energi yang lebih tinggi.
Sebelum dipanaskan atom dan elektron dari logam bergetar pada posisi
setimbang. Pada ujung logam mulai dipanaskan, pada bagian ini atom dan
elektron bergetar dengan amplitudi yang makin membesar. Selanjutnya
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 21/29
bertumbukan dengan atom dan elektron disekitarnya dan memindahkan
sebagian energinya. Kejadian ini berlanjut hingga pada atom dan elektron di
ujung logam yang satunya. Konduksi terjadi melalui getaran dan gerakan
elektron beban.
Gambar 12. Perpindahan Panas KonduksiSumber : http://rieztiecute/perpindahan panas.blogspot.com/
Bila T2 dan T1 dipertahankan terus besarnya, maka kesetimbangan
termal tidak akan pernah tercapai, dan dalam keadaan mantap/tunak (stedy
state), kalor yang mengalir persatuan waktu sebanding dengan luas
penampang A, sebanding dengan perbedaan temperatur T dan berbanding
terbalik dengan lebar bidang x
Q/t = H A T/x
q = - k A (T1 - T2 ) / L
Untuk penampang berupa bidang datar : k adalah kondutivitas termal
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 22/29
Gambar 13. Perpindahan Panas Konduksi Pada Bidang Datar Sumber : http://rieztiecute/perpindahan panas.blogspot.com/
Konduktivitas termal untuk beberapa bahan :
Gambar 14. Konduktivitas termalSumber : http://rieztiecute/perpindahan panas.blogspot.com/
Untuk susunan beberapa bahan dengan ketebalan L1, L2,, ... dan
konduktivitas masing-masing k 1, k 2,, ... adalah :
q = A (T1 - T2 )
(L1/k 1)
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 23/29
Gambar 15. Perpindahan Panas Konduksi Pada Bahan TebalSumber : http://rieztiecute/perpindahan panas.blogspot.com
2. Konveksi
Perpindahan kalor secara konveksi terjadi akibat adanya aliran partikel-
partikel medium penghantar panas. Sehingga kalor dipindahkan melalui
aliran partikel-partikel medium. Sebagai contoh, panas yang dipindahkan
dari dasar panci tempat memasak air ke permukaan air di atasnya
dipindahkan secara konveksi. Terjadinya aliran partikel-partikel medium
akibat adanya perbedaan massa jenis medium di tempat yang bersuhu tinggi
dengan massa jenis medium di tempat bersuhu rendah. Tempat yang
menerima kalor volumenya akan bertambah dan menyebabkan kerapatan
massa atau massa jenisnya berkurang, sedangkan di tempat yang belum
menerima kalor volumenya belum bertambah, sehingga kerapatannya tetap.
Akibatnya, partikel-partikel dari medium yang bermassa jenis rendah akan
cendrung berpindah ke tempat yang lebih tinggi dan partikel medium yang
bermassa jenis besar akan cendrung mendesak ke bawah. Hasilnya adalah
terjadinya aliran partikel-partikel medium dari tempat yang bersuhu tinggi
ke tempat yang bersuhu rendah. Pada saat bersamaan, kalor dibawa
(dipindahkan) dari tempat bersuhu tinggi ke tempat bersuhu rendah. Arah
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 24/29
aliran konveksi adalah dari medium yang bermassa jenis kecil (bersuhu
tinggi) ke medium yang bermassa jenis besar (bersuhu rendah).
Gambar 16. Perpindahan Panas KonveksiSumber : http://rieztiecute/perpindahan panas.blogspot.com
Apabila kalor berpindah dengan cara gerakan partikel yang telah dipanaskan
dikatakan perpindahan kalor secara konveksi. Bila perpindahannya
dikarenakan perbedaan kerapatan disebut konveksi alami (natural
convection) dan bila didorong, misal dengan fan atau pompa disebut
konveksi paksa (forced convection).
Besarnya konveksi tergantung pada :
a. Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A).
b. Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (T).
Persamaan umum konveksi :
q = h*A* (T2 – T1)
Keterangan :
q = Laju perpindahan panas konveksi (W)
A = Luas penampang (m2)
h = koefisien perpindahan kalor konveksi (W/m0C)
(T2 – T1) = Perubahan suhu (0C)
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 25/29
3. Radiasi
Radiasi adalah proses perpindahan kalor tanpa melibatkan medium,
meskipun radiasi juga dapat terjadi jika ada medium. Kalor yang
dipancarkan ke segala arah di dalam ruang tanpa perlu adanya penghantar.
Sebagai contoh, kalor yang dipancarkan sinar matahari sampai ke bumi
secara radiasi di dalam ruang hampa, sampai akhirnya masuk lapisan
atmosfer bumi paling luar (atas) dan terus turun sampai pada kita setelah
menjalar di dalam udara. Meskipun sinar matahari menjalar di dalam udara,
tetapi sinar matahari (kalor) itu tidak merambat melalui udara. Dengan kata
lain, udara tidak menghantarkan kalor dari sinar matahari ke bumi.
Gambar 17. Perpindahan Panas RadiasiSumber : http://rieztiecute/perpindahan panas.blogspot.com
Persamaan umum radiasi :
q = e A s (Ts4 - Tsur
4)
Keterangan :
q = laju perpindahan kalor
e = emisivitas termal
A = luas permukaan
s = Konstanta Steven-Boltzman
(Ts4 - Tsur4) = Beda temperatur
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 26/29
Arah aliran Perpindahan Panas
1. Counter current flow (aliran berlawanan arah)
Penukar panas jenis ini, kedua fluida ( panas dan dingin ) masuk penukar
panas dengan arah berlawanan, mengalir dengan arah berlawanan dan keluar
pada sisi yang berlawanan . Temperatur fluida dingin yang keluar penukar
panas (Tcb ) lebih tinggi dibandingkan temperatur fluida panas yang keluar
penukar panas ( Thb ), sehingga dianggap lebih baik dari alat penukar panas
aliran searah (Co- Current ).
Gambar 18. Aliran berlawanan arahSumber : http://ismantoalpha.blogspot.com/2009/12/kondensor.html
2. Paralel flow/co current flow (aliran searah)
Pertukaran panas jenis ini, kedua fluida ( dingin dan panas ) masuk pada sisi
penukar panas yang sama, mengalir dengan arah yang sama, dan keluar
pada sisi yang sama pula. Karakter penukar panas jenis ini, temperatur
fluida dingin yang keluar dari alat penukar panas ( Tcb ) tidak dapat
melebihi temperatur fluida panas yang keluar dari alat penukar panas (Thb),
sehingga diperlukan media pendingin atau media pemanas yang banyak.
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 27/29
Gambar 19. Aliran parallelSumber : http://ismantoalpha.blogspot.com/2009/12/kondensor.html
3. Cross flow (aliran silang)
a. Aliran fluida panas dalam pipa yang terpisah tidak ada pencampuran dari
aliran fluida..
b. Aliran fluida dingin adalah campuran selama melalui penukar kalor.
c. Temperatur dari fluida campuran ini akan unifrom (sama rata), selama
melintasi setiap bagian yang akan bervariasi harga dalam arah aliran,
misalnya unit pendingin dari sestem refrigerant.
Gambar 20. Aliran silangSumber : http://ismantoalpha.blogspot.com/2009_12_04_archive.html
4. Cross counter flow (aliran silang berlawanan)
Jenis adalah aliran yang arahnya silang dan berlawanan.
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 28/29
I. Gambar Instalasi
Gambar 21. Perpindahan Panas Konduksi Pada Bahan TebalSumber : http://rieztiecute/perpindahan panas.blogspot.com
Keterangan :
T1 = Temperatur Udara Masuk
T2 = Temperatur Udara Keluar
T3 = Temperatur Air sebelum eveporator dari imer SIO
T4 = Temperatur Air sesudah eveporator ke flow meter
T5 = Temperatur Refrigerant sesudah compressor
T6 = Temperatur Refrigerant sebelum compressor
T7 = Temperatur Refrigerant sesudah evaporator
T8 = Temperatur Refrigerant sebelum evaporator
T9 = Temperatur Refrigerant masuk kondensor
T10 = Temperatur Refrigerant keluar kondensor
7/16/2019 Teori Dasar Heat Pump
http://slidepdf.com/reader/full/teori-dasar-heat-pump 29/29
Gambar 22. Heat PumpSumber : Laboratorium mesin mesin fluida
Keterangan :
1. Kondensor, sebagai alat pengembunan refrigeran
2. Pipa refrigerant, untuk mensikluskan refrigerant dalam system pengujian
3. Meja, untuk tempat alat uji
4. Bagan siklus pengkondisian, mengetahui posisi temperature yang diukur
5. Wattermeter, indikator daya compressor dan fun
6. Termokopel, mengukur temperature diberbagai tempat dalam system
7. Tuning indikator, mengarahkan pembacaan temperatur pada setiap titik
8. Flowmeter, mengukur debit aliran air dalam sistem
9. Saklar pengatur beserta lampu-lampu indicator
10. manometer, mengukur beda tekanan dlam pipa
11. katup pengatur debit aliran, untuk mengatur besar debit aliran
12. exhaust pipe, saluran buang system
13. Reservoir, sebagai tempat penampungan air yang akan disirkulasikan