SIKLUS REFRIGERASI IDEAL :Siklus Carnot

Siklus Refrigerasi Carnot

Tahap-tahap siklus refrigerasi Carnot

1-2 : Kompresi tanpa friksi dan tanpa transfer panas.

2-3 : Rejeksi panas sementara refrigeran mempertahankan temperatur konstan.

3-4 :Ekspansi mesin tanpa friksi dan tanpa transfer temperatur.

4-1 : Penyerapan panas sementara refrigeran mempertahankan temperatur konstan.

Karena proses 1-2 dan 3-4 adalah tanpa friksi, maka proses bersifat reversibel.

Karena tidak ada panas yang ditransfer ke lingkungan maka proses bersifat adiabatik.

Proses REVERSIBEL-ADIABATIK berlangsung pada konstan entropy.

Sehingga pada proses Carnot terdiri dari 2 proses konstan entropy dan 2 proses konstan temperatur.

Grafik Entropy-Temperatur pada Siklus Carnotqr = panas terejeksi, qa = panas terabsorbsi

Contoh soal :Dalam suatu siklus refrigerasi Carnot, diperoleh data-

data temperatur dan entropy sebagai berikut:T1 = 250 K, T2 = 300 Ks2 = 1.2 kJ/ kg. K; s3 = 0.9 kJ/ kg. KBerapakah besarnya panas terabsorbsi dan panas

terejeksi tiap kg refrigeran yg disirkulasi dalam siklus tersebut ?

Siklus Carnot pada diagram Tekanan-Enthalpy

Siklus Carnot pada diagram Temperatur-Entropy

Proses 4-1 :refrigeran mengalami evaporasi pada T konstan. Evaporasi berhenti pada point 1 dimana beberapa cairan masih bercampur dengan uap.

Proses 1-2: Kompresi isentropik ke tekanan tinggi, pada point 2, uap jenuh.

Proses 2-3: Kondensasi tekanan konstan dan juga temperatur konstan. Kondensasi berhenti pada cairan jenuh, point 3.

Proses 3-4: ekspansi isentropik, menghasilkan campuran uap dan cairan point 4.

Efisiensi Refrigerasi

Efisiensi refrigerasi dinyatakan dengan ‘coeficient of performance’ (COP) dan didefinisikan sebagai jumlah energi yang diinginkan dibagi dengan jumlah energi yang dikeluarkan.

Pada siklus Carnot:

Kualitas Refrigeran

Contoh soal :Sebuah plant refrigerasi sebagaimana terlihat pada

gambar beroperasi dengan siklus Carnot. Refrigeran yang digunakan adalah amonia dan bersirkulasi dengan laju alir 0.32 kg/s (42.3 lb/min). Temperatur kondensasi adalah 30 oC dan temperatur evaporasi adalah -10 oC.

Hitung :a.Enthalpy pada semua point pada siklusb.Kecepatan refrigerasic.Power yg diperlukan oleh kompresord.Power yang dikeluarkan oleh mesine.Kecepatan panas yg direjeksi pada kondensorf.COP.

Siklus Refrigerasi Carnot dan Siklus Refrigerasi StandarProses kompresi pada siklus Carnot disebut dengan wet compression karena terjadi secara sempurna pada daerah campuran dengan cairan.Masalah yang timbul pada sistim kompresi tersebut :- Dengan recripocating compressor, cairan pada dinding silinder akan mengurangi efektivitas lubrikasi.-Jika droplet cairan tetap tidak tervaporasi pada akhir kompresi, cairan yang tidak dpt terkompresi menyebabkan volume clearance terbatas dan dapat merusak valve.- Kesulitan dlm pengendalian fraksi cairan pada point 1 untuk memberikan uap saturasi pada point 2 setelah kompresi

Pada dry compressor, uap masuk ke dalam kompresor pada kondisi jenuh pada point 1’. Selanjutnya kompresi berjalan pada point 2’ pada daerah uap lewat jenuh.

Keuntungannya : Efek refrigerasi meningkat dari (h1-h4) menjadi (h1’-h4).

Kerugiannya : Kerja kompresi meningkat dari (h2-h1) menjadi (h2’-h1’).

Akibatnya: peningkatan kapasitas sekitar 13.1% sedangkan penambahan kerja sebesar 20% sehingga akhirnya akan menurunkan COP.

Hal lain yang perlu dipertimbangkan adalah perubahan ekspansi valve menjadi ekspansi engine.

Pada expansion valve :

Pada expansion engine akan terjadi perubahan diagram tekanan-enthalpy sebagai berikut :

Pengaruh perubahan dari expansion valve menjadi expansion engine :

- Kebutuhan power meningkatDari contoh ditemukan peningkatan power sebesar 8.5%

- Efek refrigerasi menurun.terjadi penurunan efek refrigerasi sebesar 1.4%.

Dari revisi terhadap siklus Carnot, terbentuk suatu siklus refrigerasi standar :

Siklus tersebut mempunyai 4 proses sbb:1-2 : kompresi konstan entropy ke tekanan kondensasi.2-3 : desuperheating dengan tekanan konstan dan kondensasi ke cairan jenuh.3-4 : ekspansi dengan konstan enthalpy melalui expansion valve ke tekanan rendah.4-1 : evaporasi tekanan konstan ke uap jenuh.

Refrigeran masuk kompresor sebagai uap. Pada poin 1-2 : Uap dikompresi pada entropy konstan dan

meninggalkan kompresor pada kondisi uap superheated.Pada point 2-3 dan 3-4:

Uap superheated melalui kondensor , mengalami pendinginan pertama dan menghilangkan uap jenuh dan selanjutnya uap terkondensasi menjadi cairan dengan menghilangkan panas tambahannya pada tekanan dan temperatur konstan.

Pada point 4-5: Cairan refrigeran melalui katub ekspansi dimana tekanan menurun dan menyebabkan evaporasi dan auto refrigerasi, menghasilkan campuran uap dan cairan pd T dan P rendah. Campuran cairan dan uap dingin kemudian melalui koil evaporator dan diuapkan secara sempurna dengan mendinginkan udara panas (yang akan direfrigerasi) dan menghasilkan uap refrigeran kembali ke kompresor pada point 1.

Contoh soal :Sebuah sistim refrigerasi dengan R-22 mempunyai kapasitas

refrigerasi 150 kW (42.6 tons refrigerasi) beroperasi pada siklus refrigerasi standar dengan temperatur evaporasi -5oC dan temperatur kondensasi 35oC.

Hitung:a. Tekanan evaporasi dan kondensasib. Enthalpy pada tiap point pada siklus tsbc. Laju alir massa R-22 yg disirkulasi dalam sistimd. Laju alir volume yg terukur pada komressore. Power yg diperlukan kompresorf. COP

Rasio COP refrigerasi standar dan COP Carnot