PENDAHULUAN

Perkembangan siklus refrigerasi dan perkembangan mesin refrigerasi(pendingin) merintis jalan bagi pertumbuhan dan penggunaan mesin(p g ) j g p p ggpenyegaran udara (air conditioning). Teknologi ini dimulai olehserangkaian penemuan sebagai berikut: Cagniard de la Tour (Perancis, 1823) yang melakukan penelitian

tentang keadaan kritis dan gas etertentang keadaan kritis dan gas eter. Humphrey Dary dan asistennya M.Faraday (Inggris, 1824),

merupakan orang pertama yang berhasil menemukan caramencairkan gas ammonia.g

Prinsip dasar silus refrigerasi dikembangkan oleh N.L.S. Carnot(Perancis, 1824).

Selanjutnya Joseph Mc.Creaty (Amerika, 1897), yang pertamab t i t l i di i di i i i d ( imembuat instalasi pendingin yang dinamai mesin pencuci udara (air

washer), yaitu suatu sistem pendingin yang mempergunakanpercikan air.

Sedangkan Dr Willis Hariland Carier (Amerika 1906) dan kemudian Sedangkan Dr. Willis Hariland Carier (Amerika, 1906) dan kemudiandipatenkan pada tahun 1911, membuat alat pengatur temperatur dankelembaban udara.

Konsep Dasar Pendinginan

K di i t t d t di hi Kondisi suatu zat dapat dipengaruhidengan cara mempengaruhi sifat zat yangdimilikinya.dimilikinya.

Sifat adalah karakteristik yang dimiliki olehzat, yang dapat ditentukan besarnyay g yseperti tekanan, temperatur, rapat massadan volume spesifik, kalor spesifik, entalpi,entropi dan sifat cair-uap dari suatuentropi, dan sifat cair-uap dari suatukeadaan.

Sifat dapat dipengaruhi (dirobah) dengan Sifat dapat dipengaruhi (dirobah) dengancara pemberian energi kepada zat berupapanas atau kerja.

Konsep Dasar PendinginanSifat zat yang berhubungan denganperubahan panas dipengaruhi beberapaperubahan panas dipengaruhi beberapahal: Sifat Termodinamika ( Tekanan,

Temperatur, Suhu, Rapat Massa,Volume Spesifik Massa Spesifik)

Entalpi dan Entropi Entalpi dan Entropi Perubahan Tingkat Keadaan Proses termodinamika Mekanisme perpindahan panasp p p

Sifat TermodinamikaTekanan dan Temperatur

Tekanan terukur atau tekanan relatif adalah tekanan yang diukur berdasarkan tekananatmosfir Tekanan ini bisa lebih besar (tekanan positif) atau lebih kecil (tekanan negatifatmosfir. Tekanan ini bisa lebih besar (tekanan positif) atau lebih kecil (tekanan negatifatau vakum) dari tekanan atmosfir. Sedangkan tekanan absolut atau tekanan mutlakatau tekanan sebenarnya adalah merupakan jumlah dari tekanan atmosfir dan tekananterukur Apabila tekanan terukur negatif maka tekanan mutlak adalah tekanan atmosfirterukur. Apabila tekanan terukur negatif maka tekanan mutlak adalah tekanan atmosfirdikurangi tekanan terukur.

Sifat TermodinamikaSifat Termodinamika

0F = 32 + (9/5 . 0C) ( )0R = 9/5 . 0K

Rapat massa, volume spesifik,kalor spesifikR t ( ) did f i ik b iRapat massa (ρ) didefenisikan sebagai massafluida per satuan volume pada temperatur dantekanan tertentu Rapat massa pada suatu titiktekanan tertentu. Rapat massa pada suatu titikditulis dalam bentuk matematis :

Rapat massa, volume spesifik, kalor spesifikSebalikn a ol me spesifik ( ) adalah ol meSebaliknya, volume spesifik (v) adalah volumeyang diisi oleh satu satuan massa. Rapat massadan volume spesifik saling berkaitan satu samap glain. Kalor spesifik, adalah jumlah energi yangdiperlukan untuk menaikkan temperatur satusatuan massa bahan tersebut sebesar 1 K Olehsatuan massa bahan tersebut sebesar 1 K. Olehkarena itu besaran ini dipengaruhi oleh caraproses berlangsung dan cara kalor yangdilepaskandilepaskan.

Dua besaran yang umum adalah kalor spesifikDua besaran yang umum adalah kalor spesifikpada volume konstan (cv) dan kalor spesifik padatekanan konstan (cp).

Entalpi dan EntropiEntalpi dan EntropiEntalpi adalah jumlah kalor yang diberikan atauEntalpi adalah jumlah kalor yang diberikan ataudilepaskan per satuan massa yang ditimbulkan melaluiproses dengan tekanan tetap dan meniadakan kerjayang dilakukan Dalam analisa termodinamikayang dilakukan. Dalam analisa termodinamika,kombinasi energi dalam (U) dan kerja aliran (pV) atau U+ pV sering terjadi, kombinasi ini diberi simbol (H), makadengan demikian :dengan demikian :

H = U + pVp

bila ditulis per satuan massa akan berbentuk :

h = u + pv

Perubahan Tingkat KeadaanPerubahan Tingkat KeadaanTelah diketahui bahwa zat memiliki beberapa fasaTelah diketahui bahwa zat memiliki beberapa fasa,misalnya air (H2O) dapat berbentuk cairan, gas (uapair) atau padat (es). Fasa didefenisikan sebagaisejumlah zat yang seluruhnya bersifat homogen Jadisejumlah zat yang seluruhnya bersifat homogen. Jadibila suatu sistem mempunyai susunan kimia dankeadaan fisik yang merata (uniform), maka zat itudapat dikatakan terdiri dari satu fase Bila beberapadapat dikatakan terdiri dari satu fase. Bila beberapafasa terdapat bersamaan maka tiap fasa dipisahkansatu sama lain oleh permukaan batas fase. Dalam tiapfase suatu zat dapat dimiliki temperatur dan tekananfase, suatu zat dapat dimiliki temperatur dan tekananyang berbeda beda. Didalam termodinamika kondisiseperti ini dikatakan zat tersebut mempunyai beberapatingkat keadaan Tiap tingkat keadaan dapattingkat keadaan. Tiap tingkat keadaan dapatdinyatakan dalam sifat makroskopik yang mudahdiamati.

Perubahan Tingkat KeadaanPerubahan Tingkat Keadaan

Sif t if t t di ik t di i d iSifat-sifat termodinamika terdiri dari :

Sif t I t if Sifat Intensif. Sifat yang tidak tergantung pada massa zat, seperti : Tekanan Temperatur massa jenisseperti : Tekanan, Temperatur, massa jenis, volume jenis, entalpi jenis, entropi jenis, dll.

Sifat Ekstensif. Sifat zat yang tergantung pada massa zatSifat zat yang tergantung pada massa zat, seperti : massa, volume, dll. Sifat ekstensif per satuan massa akan menjadi sifat intensif. j

Proses TermodinamikaProses Termodinamika Proses Reversibel dan Ir reversibel Proses Reversibel dan Ir-reversibel

Proses reversibel adalah suatu proses yang setelahberlangsung, arahnya dapat dibalik kembali ke kondisisemula tanpa meninggalkan bekas pada sistem dansemula tanpa meninggalkan bekas pada sistem danlingkungan, atau suatu proses yang jika arahnya dibalikakan tetap melalui lintasan yang sama (berimpit), begitupula sebaliknya dengan proses ir-reversibel.pula sebaliknya dengan proses ir reversibel.

Proses Volume Konstan (isovolum atau isokoris) Volume spesifik akhir = volume spesifik awal prosesVolume spesifik akhir = volume spesifik awal proses. Misalnya : Pendinginan uap air jenuh di dalam sebuahtangki tertutup

Proses Tekanan KonstanTekanan akhir sistem = tekanan mula-mula (isobaris).Misalnya :Misalnya : Ekspansi gas nitrogen di dalam silinderberpiston :

Proses AdiabatisProses adiabatik adalah suatu proses dimana tidak ada panasyang dipindahkan dari atau ke sistem sepanjang prosesyang dipindahkan dari atau ke sistem sepanjang prosesberlangsung, jadi Q = 0. Proses ini dapat terjadi bila padapembatas sistem diberi sekat (isolator) penahan aliran panas. Namun walaupun sistem tidak disekat, asalkan laju energi total di d l i t j h l bih b dib di k d idi dalam sistem jauh lebih besar dibandingkan dengan energiyang dimasukkan atau dikeluarkan ke lingkungannya dalambentuk panas, maka proses masih dapat dikatakan adiabatik.

Proses Energi Dalam KonstanProses perubahan keadaan sistem tanpa perpindahan panasProses perubahan keadaan sistem tanpa perpindahan panasdan tanpa kerja (u2 = u1).

Proses isotermis, T = c, n = 1 , , Proses isobaris, P = c

P i l Proses isovolume, v = c Proses adiabatis, n = k = cp/cv

Proses politropis, n = n

Mekanisme Perpindahan PanasMekanisme Perpindahan Panas Konduksi

Konduksi adalah difusi energi akibat dari pergerakan acakl k lmolekuler.

qx adalah fluks panas, laju perpindahan panas dalam arah x per satuan luasq adalah fluks panas, laju perpindahan panas dalam arah x per satuan luasyang tegak lurus pada arah perpindahan dan sebanding dengan gradientemperatur (dT/dx) pada arah itu. Tanda minus menunjukkan konsekuensipada kenyataannya bahwa panas dipindahkan dari temperatur tinggi kep y y p p p ggrendah. Sedangkan simbol k menunjukkan arti sifat transport yang dikenalsebagai konduktifitas termal dan merupakan karakteristik material dinding.

Konveksi KonveksiKonveksi didefenisikan sebagai difusi energi akibat daripergerakan acak molekuler ditambah perpindahan energi daripergerakan makroskopik (fluida)pergerakan makroskopik (fluida).

Perpindahan panas konveksi sebagai perpindahan energi terjadi dalam fluidaakibat dari efek kombinasi dari konduksi dan pergerakan kasar fluida. q”

d l h fl k k k i d l h b di l d b dadalah fluks panas konveksi, adalah perbandingan luas dengan perbedaantemperatur antara permukaan dan fluida untuk masing-masing Ts dan T∞.Sedangkan h, koefisien perpindahan panas, tergantung pada dimensipermukaan kecepatan aliran sifat primer fluida (μ ρ cp k) sifat sekunderpermukaan, kecepatan aliran, sifat primer fluida (μ, ρ, cp, k), sifat sekunder(kecepatan suara, koefisien volumetrik ekspansi), percepatan gravitasi danperbedaan temperatur.

Radiasi RadiasiRadiasi adalah perpindahan energi oleh gerakangelombang elektromagnetik. Pada perpindahan panas konduksi dan konveksimemerlukan adanya media, sedangkan padaperpindahan panas radiasi tidak diperlukan dan padap p p p pruang hampapun proses ini dapat terjadi.

Persamaan diatas disebut juga dengan hukum Stefan-Boltzman, dengan σ = 5,67x10-8

W/m2 K4 Permukaan dimaksud adalah sama denganW/m2.K4. Permukaan dimaksud adalah sama denganpermukaan benda hitam (sebagai radiator ideal). Jikafluks panas diemisikan dari permukaan nyata arau riil :p p yq” = ε . σ . Ts4

dengan :ε : sifat radiatif permukaan (emisivitas) atau sifat yangmenunjukkan seberapabesar efisien permukaan untuk mengemisikan bilabesar efisien permukaan untuk mengemisikan biladibandingkan padaradiator ideal.