BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Latar...
Transcript of BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Latar...
2.1 Latar Belakang
Pengkondisian udara pada kendaraan mengatur mengenai kelembaban, pemanasan
dan pendinginan udara dalam ruangan. Pengkondisian ini bertujuan bukan saja sebagai
penyejuk ruangan dalam arti secara umum juga memberikan
sehingga mampu mengurangi keletihan pengendara yang efeknya untuk meningkatkan
keamanan bagi pengendara itu sendiri. Sistem pengkondisian udara pada kendaraan
umumnya terdiri dari evaporator, kompresor, kondensor, receiver drie
dilengkapi elemen pemanas yang tergabung menjadi satu dalam evaporator housing, seperti
terlihat pada gambar berikut :
Gambar 2.1 Instalasi Pengkondisian Udara Pada Kendaraan
BAB II
LANDASAN TEORI
Pengkondisian udara pada kendaraan mengatur mengenai kelembaban, pemanasan
dan pendinginan udara dalam ruangan. Pengkondisian ini bertujuan bukan saja sebagai
penyejuk ruangan dalam arti secara umum juga memberikan kenyamanan yang lebih besar,
sehingga mampu mengurangi keletihan pengendara yang efeknya untuk meningkatkan
keamanan bagi pengendara itu sendiri. Sistem pengkondisian udara pada kendaraan
evaporator, kompresor, kondensor, receiver drier dan kadang
dilengkapi elemen pemanas yang tergabung menjadi satu dalam evaporator housing, seperti
terlihat pada gambar berikut :
Gambar 2.1 Instalasi Pengkondisian Udara Pada Kendaraan
Pengkondisian udara pada kendaraan mengatur mengenai kelembaban, pemanasan
dan pendinginan udara dalam ruangan. Pengkondisian ini bertujuan bukan saja sebagai
kenyamanan yang lebih besar,
sehingga mampu mengurangi keletihan pengendara yang efeknya untuk meningkatkan
keamanan bagi pengendara itu sendiri. Sistem pengkondisian udara pada kendaraan
dan kadang-kadang
dilengkapi elemen pemanas yang tergabung menjadi satu dalam evaporator housing, seperti
2.2 Komponen Utama
Secara umum terdapat beberapa komponen
pada kendaraan, seperti terlihat pada gambar berikut :
Gambar 2.3 Komponen
2.2.1 Kompresor
Fungsi kompresor adalah meningkatkan tekanan refrigeran agar mampu
mencapai saluran-saluran dan komponen
memakai kompresor torak
kemudahan mendapatkannya dan bany
pada kendaraan.
Pada kompresor torak terdapat silinder, di mana torak bergerak bolak
dalamnya. Gerakan ini diperoleh dari gerak putar engkol yang digerakkan mesin. Saat
langkah hisap, torak bergerak ke b
silinder tepatnya antara puncak torak dengan kepala silinder. Sehingga katup hisap
terbuka dan refrigeran terhisap masuk ke dalam silinder. Pada langkah tekan torak
bergerak ke atas dan memampatkan refrigera
Secara umum terdapat beberapa komponen utama dalam system pengkondisian udara
pada kendaraan, seperti terlihat pada gambar berikut :
Gambar 2.3 Komponen- komponen Utama dari Sistem
Fungsi kompresor adalah meningkatkan tekanan refrigeran agar mampu
saluran dan komponen-komponen lainnya. Kaji eksperimental ini
memakai kompresor torak (Reciprocating Compressor), Pemilihan ini didasarkan
kemudahan mendapatkannya dan banyak dipakai dalam system pengkondisian udara
Pada kompresor torak terdapat silinder, di mana torak bergerak bolak
dalamnya. Gerakan ini diperoleh dari gerak putar engkol yang digerakkan mesin. Saat
langkah hisap, torak bergerak ke bawah sehingga terjadi penurunan tekanan di dalam
silinder tepatnya antara puncak torak dengan kepala silinder. Sehingga katup hisap
terbuka dan refrigeran terhisap masuk ke dalam silinder. Pada langkah tekan torak
bergerak ke atas dan memampatkan refrigeran uap, kemudian mendorong uap
utama dalam system pengkondisian udara
Fungsi kompresor adalah meningkatkan tekanan refrigeran agar mampu
komponen lainnya. Kaji eksperimental ini
Pemilihan ini didasarkan
ak dipakai dalam system pengkondisian udara
Pada kompresor torak terdapat silinder, di mana torak bergerak bolak-balik di
dalamnya. Gerakan ini diperoleh dari gerak putar engkol yang digerakkan mesin. Saat
awah sehingga terjadi penurunan tekanan di dalam
silinder tepatnya antara puncak torak dengan kepala silinder. Sehingga katup hisap
terbuka dan refrigeran terhisap masuk ke dalam silinder. Pada langkah tekan torak
n uap, kemudian mendorong uap
refrigeran melalui katup tekan demikian seterusnya siklus ini berlangsung.
Kompresor jenis ini dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar
2.2.2 Kondensor
Kondensor berfungsi mencairkan uap refrigeran bertekanan dan bertemperatur
tinggi dari kompresor dengan melepaskan kalor laten pengembunan. Pada komponen
ini, bila beban kalor dibawah rata
maka sekitar dua pertiga bagian atas kondensor akan terdiri dari uap panas refrigeran
sedangkan satu per tiga bagian bawah terdiri dari refrigeran cair. Konstruksi kondensor
yang dipakai dalam alat uji terbuat dari bahan aluminium yang dibuat berbelok
dengan dipasangi sirip-
gambar berikut :
Referigeran hose connections
Aluminium tabung
Outlet
refrigeran melalui katup tekan demikian seterusnya siklus ini berlangsung.
Kompresor jenis ini dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.4 Kompresor Torak Silinder
Kondensor berfungsi mencairkan uap refrigeran bertekanan dan bertemperatur
tinggi dari kompresor dengan melepaskan kalor laten pengembunan. Pada komponen
ini, bila beban kalor dibawah rata-rata kemampuan pengkondisian udara yang dipakai,
ertiga bagian atas kondensor akan terdiri dari uap panas refrigeran
sedangkan satu per tiga bagian bawah terdiri dari refrigeran cair. Konstruksi kondensor
yang dipakai dalam alat uji terbuat dari bahan aluminium yang dibuat berbelok
-sirip dari aluminium. Komponen ini dapat dilihat seperti pada
Service valve
Referigeran hose
connections
Fins
Aluminium tabung Inlet
refrigeran melalui katup tekan demikian seterusnya siklus ini berlangsung.
Kondensor berfungsi mencairkan uap refrigeran bertekanan dan bertemperatur
tinggi dari kompresor dengan melepaskan kalor laten pengembunan. Pada komponen
rata kemampuan pengkondisian udara yang dipakai,
ertiga bagian atas kondensor akan terdiri dari uap panas refrigeran
sedangkan satu per tiga bagian bawah terdiri dari refrigeran cair. Konstruksi kondensor
yang dipakai dalam alat uji terbuat dari bahan aluminium yang dibuat berbelok-belok
Komponen ini dapat dilihat seperti pada
Gambar 2.5 Kondensor Tipe fin and tube
2.2.3 Evaporator
Evaporator adalah alat penukar kalor di dalam siklus pengkondisian udara yang
berfungsi mendinginkan media di sekitarnya. Evaporator dapat dibagi dalam beberapa
golongan sesuai dengan keadaan refrigeran yang ada di dalamnya, seperti jenis
ekspansi kering, jenis setengah basah dan jenis basah. Evaporator yang dipakai dalam
peralatan pengujian adalah jenis pengujian setengah basah yaitu evaporator yang selalu
terdapat refrigeran cair dalam pipa penguapannya dan biasanya refrigeran dimasukkan
dari bagian bawah koil evaporator. Pemilihannya berdasarkan pada kemudahan
memperoleh di pasaran dan banyak dipakai dalam pengkondisian udara dalam
kendaraan. Evaporator ini dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar
2.2.4 Receiver drier
Komponen ini dipasang pada saluran cair bertekanan tinggi antara kondensor
dan katup ekspansi. Berfungsi untuk menyerap kelembaban, menyaring material asing
yang ikut bersirkulasi dalam sistem dan menampung kelebihan refrigeran.
Konstruksinya berupa tabung
bawah permukaannya. Di dalamnya terdapat zat pengering (desiccant) yang berguna
menyerap dan menghilangkan uap air yang ada di dalam refrigeran. Secara umum zat
Inlet
Fins
Gambar 2.5 Kondensor Tipe fin and tube
Evaporator adalah alat penukar kalor di dalam siklus pengkondisian udara yang
berfungsi mendinginkan media di sekitarnya. Evaporator dapat dibagi dalam beberapa
golongan sesuai dengan keadaan refrigeran yang ada di dalamnya, seperti jenis
jenis setengah basah dan jenis basah. Evaporator yang dipakai dalam
peralatan pengujian adalah jenis pengujian setengah basah yaitu evaporator yang selalu
terdapat refrigeran cair dalam pipa penguapannya dan biasanya refrigeran dimasukkan
koil evaporator. Pemilihannya berdasarkan pada kemudahan
memperoleh di pasaran dan banyak dipakai dalam pengkondisian udara dalam
Evaporator ini dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.6 Evaporator fin and tube
Komponen ini dipasang pada saluran cair bertekanan tinggi antara kondensor
dan katup ekspansi. Berfungsi untuk menyerap kelembaban, menyaring material asing
yang ikut bersirkulasi dalam sistem dan menampung kelebihan refrigeran.
Konstruksinya berupa tabung besi atau aluminium yang dilas pada bagian atas dan
bawah permukaannya. Di dalamnya terdapat zat pengering (desiccant) yang berguna
menyerap dan menghilangkan uap air yang ada di dalam refrigeran. Secara umum zat
Aluminium tabung
Evaporator adalah alat penukar kalor di dalam siklus pengkondisian udara yang
berfungsi mendinginkan media di sekitarnya. Evaporator dapat dibagi dalam beberapa
golongan sesuai dengan keadaan refrigeran yang ada di dalamnya, seperti jenis
jenis setengah basah dan jenis basah. Evaporator yang dipakai dalam
peralatan pengujian adalah jenis pengujian setengah basah yaitu evaporator yang selalu
terdapat refrigeran cair dalam pipa penguapannya dan biasanya refrigeran dimasukkan
koil evaporator. Pemilihannya berdasarkan pada kemudahan
memperoleh di pasaran dan banyak dipakai dalam pengkondisian udara dalam
Komponen ini dipasang pada saluran cair bertekanan tinggi antara kondensor
dan katup ekspansi. Berfungsi untuk menyerap kelembaban, menyaring material asing
yang ikut bersirkulasi dalam sistem dan menampung kelebihan refrigeran.
besi atau aluminium yang dilas pada bagian atas dan
bawah permukaannya. Di dalamnya terdapat zat pengering (desiccant) yang berguna
menyerap dan menghilangkan uap air yang ada di dalam refrigeran. Secara umum zat
ini terbuat dari silica gel. Pada bagian a
yang berguna untuk memeriksa tingkat dan kondisi dari pengisian refrigeran.
Komponen yang umum dipakai ditunjukkan sebagai berikut :
Gambar 2.7 Receiver drier dan bagiannya
2.3 Refrigeran
In
Filter pads
ini terbuat dari silica gel. Pada bagian atas receiver terdapat kaca penduga (sight glass)
yang berguna untuk memeriksa tingkat dan kondisi dari pengisian refrigeran.
Komponen yang umum dipakai ditunjukkan sebagai berikut :
Gambar 2.7 Receiver drier dan bagiannya
Tampak atas
Driyer
tas receiver terdapat kaca penduga (sight glass)
yang berguna untuk memeriksa tingkat dan kondisi dari pengisian refrigeran.
Refrigeran adalah substansi yang dipakai dalam system pengkondisian udara,
refrigeran yang akan dibicarakan di sini adalah refrigeran primer yaitu refrigeran yang
dipakai dalam system, bukan refrigeran sekunder yang berperan sebagai media pada
perpindahan panas dari obyek pendinginan.
Persyaratan refrigeran ideal antara lain :
1. Tekanan penguapan harus cukup tinggi
Sebaiknya refrigeran memiliki temperatur penguapan pada tekanan yang lebih tinggi,
sehingga dapat dihindari kemungkinan terjadinya vakum pada evaporator dan turunnya
efisiensi volumetric karena naiknya perbandingan kompresi.
2. Tekanan pengembunan yang tidak terlampau tinggi
Apabila tekanan pengembunan rendah, maka perbandingan kompresinya menjadi lebih
rendah sehingga penurunan prestasi kompresor dapat dihindarkan. Selain itu, dengan
tekanan kerja yang lebih rendah, mesin dapat lebih aman karena kemungkinan terjadinya
kebocoran, kerusakan, ledakan dan sebagainya.
3. Kalor laten penguapan harus tinggi
Refrigeran yang memiliki kalor laten penguapan yang tinggi lebih menguntungkan
karena kapasitas refrigerasi yang sama, jumlah refrigeran yang bersirkulasi lebih kecil.
4. Volume spesifik (terutama dalam fase gas) yang cukup kecil.
Refrigerasi yang memiliki kalor laten penguapan yang tinggi lebih menguntungkan
karena kapasitas refrigerasi yang sama, jumlah refrigeran yang bersirkulasi lebih kecil.
5. Koefisien prestasi harus tinggi.
6. Koefisien prestasi harus tinggi.
Sifat ini mempengaruhi kinerja penukar kalor (evaporator dan kondensor). Refrigeran
dengan konduktivitas termal tinggi, lebih diinginkan dalam suatu refrigerasi. Sebab dapat
menghasilkan kinerja penukar kalor yang baik (pada beda temperatur yang kecil antara
penukar kalor yang baik) pada beda temperatur yang kecil antara penukar kalor
(refrigeran) dan lingkungan, mampu menghasilkan laju perpindahan panas yang besar.
7. Viskositas yang rendah dalam fase cair maupun fase gas
8. Refrrigeran dengan viskositas rendah lebih baik dalam system refrigerasi, karena dalam
alirannya refrigeran akan mengalami tahanan yang kecil. Hal tersebut akan memperkecil
rugi aliran dalam pipa.
9. Refrigeran tidak beracun dan berbau merangsang
10. Refrigeran tidak mudah terbakar dan mudah didapat
Prinsip kerja dan kondisi refrigeran dari sistem pengkondisian udara pada kendaraan,
ditunjukkan seperti gambar berikut :
Gambar 2.2 Kondisi Refrigeran di Setiap Komponen
Refrigeran uap bertekanan rendah dihisap kompresor melalui katup hisap (suction
valve), lalu dikompresi menjadi refrigeran uap bertekanan tinggi dan dikeluarkan melalui
katup buang (discharge valve) menuju kondensor, kalor dari refrigeran uap akan diserap
oleh udara yang dilewatkan pada sirip-sirip kondensor, sehingga refrigeran berubah fase
Condensor
Evapora
Receiver drier
Expansion Valve
Compresor
High Pressure Vapor
High Pressure Liquid
Low Pressure Liquid
Low Pressure Vapor
Condensor
Evaporator
Receiver drier
Expansion Valve
Compresor
High Pressure Vapor
High Pressure Liquid
Low Pressure Liquid
Low Pressure Vapor
menjadi cair namun tetap bertekanan tinggi. Sebelum, memasuki katup ekspansi,
refrigeran terlebih dahulu dilewatkan suatu penyaring (filter drier). Refrigeran cair
bertekanan rendah yang keluar dari katup ekspansi kemudian memasuki evaporator. Di
sini terjadi penyerapan kalor dari udara yang dilewatkan pada sirip-sirip evaporator,
sehingga refrigeran berubah fase menjadi refrigeran uap. Selanjutnya memasuki
kompresor melalui sisi hisap, demikian ini berlangsung.
2.4 Analisa Sistem Kompresi Uap
Siklus kompresi uap merupakan siklus yang paling banyak digunakan dalam siklus
refrigerasi. Siklus refrigerasi menyalurkan energi dari suhu rendah menuju suhu yang lebih
tinggi siklus refrigerasi membutuhkan kerja luar untuk mendapatkan kerja. Diagram
peralatan, diagram entalpi suhu dari siklus refrigerasi diperlihatkan pada gambar 2.8 berikut
ini :
Kerja
4 1
2
3
Kerja
Kalor dari sumber bersuhu rendah
Compresor
Katup Ekspansi
Kalor menuju lingkungan yang bersuhu tinggi
Kondensor
Evaporator
Proses siklus refrigerasi carnot :
1-2 Kompresi adiabatic
2-3 Pelepasan kalor isotermal
3-4 Ekspansi adiabatic
4-1 Pemasukan kalor isotermal
4 1
3
Suhu ( 0 K)
Entropi (Kj/kg K)
2
Gambar 2.8 Siklus Refrigerasi Carnot Dan Diagram Suhu Entropi Refrigerasi Carnot (Ref. 5
Hal 179)
Tujuan utama system refrigerasi Carnot adalah proses 4-1 penyerapan dari sumber
bersuhu rendah. Seluruh proses lainnya pada siklus tersebut dibuat sedemikian rupa sehingga
energi bersuhu rendah dapat dikeluarkan ke lingkungan yang bersuhu lebih tinggi
2.4.1 Siklus Kompresi Uap Teoritis
Siklus teoritis mengasumsikan bahwa :
1. Uap refrigeran yang keluar dari evaporator dan masuk kompresor merupakan uap
jenuh pada tekanan dan temperatur penguapan.
2. Refrigeran keluar kondensor dan masuk ke alat ekspansi berupa cairan jenuh pada
tekanan dan temperatur pengembunan
1
4
2 3
Katup
Ekspansi
Kompresor
Kondensor
Evaporator
Entalpi (kJ/ kg)
Tekanan
(kPa)
Ekspansi
Penguapan
2
Kompresi
Pengembunan 2’
22” 2
4
3
1 1 4
2 2’
3
Entropy (kJ/ kg K)
Suhu ( 0K )
Gambar 2.9 Skema Siklus Kompresi Uap, Diagram Tekanan Entalpi Dan
Suhu Entropi (Ref. 5 Hal 187)
Beberapa proses yang bekerja pada siklus refrigerasi :
1. Proses kompresi
Proses kompresi berlangsung dari titik 1 ke titik 2. Pada siklus teoritis diasumsikan
refriguran tidak mengalami perubahan kondisi selama mengalir di jalur hisap. Pada
proses ini uap refrigeran pada tekanan evaporasi dikompresi sampai pada tekanan
kondensasi. Proses kompresi diasumsikan isentropic sehingga pada diagram tekanan
entalpy, titik 1 dan titik 2 berada pada satu garis entropy konstan. Pada titik 2 uap
refrigeran berada pada kondisi superheat. Proses kompresi memerlukan kerja luar,
entalpy uap naik yaitu dari h1 ke h2. Besarnya kenaikan ini sama dengan besarnya kerja
mekanis yang dilakukan pada uap refrigeran.
2. Proses kondensasi
Proses 2-2’ dan 2’-3 terjadi di kondensor. Uap panas refrigeran yang keluar dari
kompresor didinginkan sampai pada temperatur kondensasi dan kemudian
dikondensasikan.
Titik 2 adalah kondisi refrigeran yang keluar dari kompresor. Pada titik 2’ refrigeran
berada pada kondisi uap jenuh pada tekanan dan temperatur kondensasi. Jadi proses 2 –
2’ merupakan proses pendinginan sensible dari temperatur keluar kompresor menuju
temperatur kondensasi. Proses ini terjadi pada tekanan konstan. Jumlah panas yang
dipindahkan selama proses ini adalah beda entalpi antara titik 2 dan 2’. Proses 2’ – 3
adalah proses kondensasi uap di dalam kondensor. Proses kondensasi terjadi pada
tekanan konstan. Jumlah panas yang dipindahkan selama proses ini adalah beda entalpi
antara 2’-3. Besarnya panas total yang dikeluarkan di kondensor adalah jumlah antara
panas yang dikeluarkan pada proses 2 – 2’ ditambah panas yang dikeluarkan pada proses
2’- 3. Panas total ini berasal dari panas yang diserap oleh refrigeran yang menguap di
dalam evaporator dan panas yang masuk karena adanya kerja mekanis pada kompresor.
3. Proses ekspansi
Proses ekspansi berlangsung dari titik 3 ke titik 4. Pada siklus standar
diasumsikan tidak terjadi perubahan kondisi cairan refrigeran yang mengalir di dalam
jalur cairan sampai ke throttling device. Kondisi refrigeran masuk ke alat pengontrol
dinyatakan oleh titik 3. Pada proses ini terjadi penurunan tekanan refrigeran dari tekanan
kondensasi titik 3 menjadi tekanan evaporasi titik 4.
Pada waktu cairan diekspansikan melalui alat ekspansi ke evaporator, temperatur
refrigeran juga turun dari temperatur kondensasi ke temperatur evaporasi. Hal ini
disebabkan oleh terjadinya penguapan sebagian cairan refrigeran selama proses ekspansi.
Proses 3-4 merupakan proses ekspansi adiabatic di mana entalpi fluida tidak berubah di
sepanjang proses. Refrigeran pada titik 4 berada pada kondisi campuran cair-uap.
4. Proses Evaporasi
Proses 4-1 adalah proses penguapan refrigeran pada evaporator atau disebut juga
efek refrigerasi (RE). Proses ini berlangsung pada temperatur dan tekanan tetap.
2.4.2 Siklus Kompresi Uap Nyata
Siklus kompresi uap sebenarnya (nyata) berbeda dari siklus teoritis.
Perbedaan ini muncul karena adanya asumsi-asumsi yang ditetapkan di dalam
siklus standar. Pada siklus nyata terjadi pemanasan lanjut uap refrigeran yang
meninggalkan evaporator sebelum masuk ke kompresor. Pemanasan lanjut ini
terjadi akibat tipe peralatan ekspansi yang digunakan atau dapat juga karena
penyerapan panas di jalur masuk antara evaporator dan kompresor. Refrigeran cair
sebenarnya juga mengalami subcooling sebelum masuk alat ekspansi. Perbedaan
siklus kompresi uap yang sebenarnya (nyata) terjadi dengan siklus teoritis dapat
dilihat pada gambar 2.10
Siklus nyata
Tekanan (kPa)
Bawah dingin
2
3
3’
2’ Penurunan tekanan
Siklus standar
Gambar 2.10 Perbandingan Antara Siklus Standar Dan Siklus Nyata Pada Diagram
Tekanan Entalpi (Ref.5 Hal 191)
2.5 Persamaan Matematika Siklus Kompresi Uap
2.5.1 Persamaan Energi Aliran Steady
Di dalam kebanyakan sistem refrigerasi. Laju aliran massa tidak berubah dari
waktu ke waktu (kalaupun ada hanya perubahan kecil), karena itu laju aliran dapat
steady. Di dalam sistem yang dilukiskan secara simbolis dalam gambar 2.11.
Keseimbangan energinya dapat dinyatakan sebagai berikut :
besarnya energi yang masuk bersama aliran di titik 1 ditambah dengan besarnya
energi yang ditambahkan berupa kalor dikurangi dengan besarnya energi yang
ditambahkan berupa kalor dikurangi dengan besarnya energi yang meninggalkan
sistem pada titik 2 sama dengan besarnya perubahan energi di dalam volume kendali.
Ungkapan matematik untuk keseimbangan energi ini adalah dirumuskan sebagai
berikut :
θddE
Wgzv
hmQgzv
hm =−
++−+
++
••
2
2
221
2
11
22 (Ref. 5 hal 20)
q [W]
h2
h1 •
m
•
m
E [J]
1•
2•
v1
z2
W [W] Z1 V2
Gambar 2.11 Keseimbangan Energi Pada Sebuah Volume Atur
Yang Sedang Mengalami Laju Aliran Steady (Ref. 5 Hal 20)
dimana :
•
m = Laju aliran massa refrigeran [kg/s]
h = Entalpi [J/kg]
v = Kecepatan [m/s]
z = Ketinggian [m]
g = Percepatan gravitasi = [9,81 m/s2]
Q = Laju aliran energi dalam bentuk kalor [W]
W = Laju aliran energi dalam bentuk kerja [W]
E = Energi dalam sistem [J]
Oleh karena dibatasi pada masalah proses aliran steady. Maka tak ada perubahan
harga E terhadap waktu, karena itu dE/dθ = 0, dan persamaan energi aliran steady
menjadi :
Wgzv
hmQgzv
hm +
++=+
++
••
2
2
221
2
11
22 …..(Ref. 5 hal 21)
2.5.2 Proses Kompresi
Proses kompresi dianggap berlangsung secara adiabatic artinya tidak ada
panas yang dipindahkan baik masuk ataupun keluar system. System refrigerasi yang
menggunakan proses reversible dapat dihubungkan dengan perubahan entropy, di
mana hukum kedua Thermodinamika mengharuskan produksi entropy berharga
positif. Pendekatan ini memungkinkan penentuan performansi yang terbaik dari
system dengan berbagai idealisasi sebagai berikut :
• Aliran stasioner pada tingkat keadaan stasioner
• Perubahan energi kinetik dan energi potensial diabaikan
• Laju energi dalam bentuk kalor juga diabaikan
Keseimbangan energi memungkinkan penghubung masukan kerja W = ∆h dengan
perubahan kenaikan entalpi di dalam kompresor, sehingga kerja kompresi dapat
dirumuskan sebagai berikut :
( )12 hhW −=
sedangkan daya kompresor merupakan hasil kali antara kerja kompresi dengan laju
aliran massa refrigerant :
( )12 hhmWc ref −=•
(Ref. 5 hal21)
dimana :
W = kerja kompresi [kJ/kg]
Wc = Daya kompresor [kW]
h1 = Entalpi refrigeran pada titik 1 [kJ/kg]
h2 = Entalpi refrigeran pada titik 2 [kJ/kg]
refm•
= Laju aliran massa refrigeran [kg/s]
2.5.3 Proses Evaporasi dan Kondensasi
Pada proses evaporasi dan kondensasi perubahan energi kinetik dan energi
potensial diabaikan sehingga harga v2/2 dan g.z pada titik 1 dan titik 2 dianggap 0,
serta dalam proses tersebut tidak ada kerja yang dilakukan oleh kompresor maka W =
0. Sehingga laju aliran kalor pada proses evaporasi (kapasitas pendinginan)
dirumuskan sebagai berikut :
( )41 hhmQe ref −=•
….(Ref. 5 hal21)
dimana :
Qe = Laju perpindahan kalor evaporasi (kapasitas pendinginan) [kW]
h1 = Entalpi refrigeran pada titik 1 [kJ/kg]
h4 = Entalpi refrigeran pada titik 4 [kJ/kg]
refm•
= Laju aliran massa refrigeran [kg/s]
laju aliran kalor pada proses kondensasi (kapasitas pengembunan) dirumuskan
sebagai berikut :
( )32 hhmQ refk −=•
…(Ref. 5 hal 21)
dimana :
Qk = Laju perpindahan kalor kondensasi (kapasitas pengembunan) [kW]
h2 = Entalpi refrigeran pada titik 2 [kJ/kg]
h3 = Entalpi refrigeran pada titik 3 [kJ/kg]
refm•
= Laju aliran massa refrigeran [kg/s]
2.5.4 Throttling Process
Proses ini terjadi pada pipa kapiler atau pada katup ekspansi. Pada proses ini
tidak ada kerja yang dilakukan atau ditimbulkan sehingga W = 0. Perubahan energi
kinetik dan potensial dianggap nol. Proses dianggap adiabatic sehingga Q = 0.
Persamaan energi aliran menjadi :
h3 = h4 [kJ/kg] ….(Ref.5 hal 21)
2.5.5 Efek Refrigerasi
Efek refrigerasi adalah besarnya kalor yang diserap oleh refrigeran dalam
evaporator pada proses evaporasi, dirumuskan sebagai berikut :
RE = h1- h4 .(Ref. 5 hal 187)
Di mana :
RE = Efek refrigeran [kJ/kg]
h1 = Entalpi refrigeran pada titik 1 [kJ/kg]
h4 = Entalpi refrigeran pada titik 4 [kJ/kg]
2.5.6 Koefisien Prestasi
Koefisien prestasi dari sistem refrigerasi adalah perbandingan besarnya
panas dari ruang pendingin (efek refrigerasi) dengan besarnya kerja yang dilakukan
kompresor. Koefisien prestasi (COP) dirumuskan sebagai berikut :
12
41
hh
hhCOP
−
−= ….(Ref. 5 hal187)
2.5.7 Perhitungan Laju Aliran Massa Refrigeran
Laju aliran massa refrigeran dihitung dengan memanfaatkan laju aliran
fluida keluaran evaporataor. Di sini evaporator dianggap sebagai alat penukar kalor
yang berperan menyerap panas dari ruangan maupun penyuplai udara dingin dari
luar ruangan. Perpindahan kalor yang terjadi pada evaporator menunjukkan adanya
beda suhu antara fluida panas dan fluida dingin pada waktu masuk maupun keluar
dari evaporator. Berdasarkan asumsi di atas maka proses perhitungannya sebagai
berikut : (Ref 2 hal 42)
1. Kalor Yang Diserap Refrigeran Pada Evaporator
( )( )( )masukcmasukh
udaraevapudaraudara
evapudaraudaraevapudara
TTT
xAxVM
TxCPxMQ
−=∆
=
∆=
ρ ……(Ref. 3 hal 490)
di mana :
Mudara = laju aliran massa udara (kg/dt)
CPudara = Panas jenis udara (kj/kg. oC)
Vudara = kecepatan udara (m/dt)
ρudara = massa jenis udara (kg/m3)
∆T = beda suhu rata-rata penukar kalor (oC)
Th masuk = suhu panas masuk evaporator (oC)
Tc masuk = suhu dingin masuk evaporator (oC
2. Laju Aliran Massa Refrigeran Pada Evaporator
εxQQ
evaporatorh
QM
evapudaraevapref
ref
ref
=
∆=
…….(Ref. 3 hal 501)
di mana :
Mref = laju aliran massa refrigeran (Kg/dt)
Qref evap= kalor yang diterima udara pada evaporator (KJ/dt)
ε = efektivitas perpindahan kalor
3. Efektivitas Perpindahan Kalor Pada Evaporator
imumkalornperpindahaLaju
nyatakalornperpindahalaju
Q
Q
MAX
max==
•
•
ε
(Ref.3 hal 498)
( ) ( )
( ) ( )4993.Re/)(.
4993.Re/)(.
halfdtKJTTCQ
halfdtKJTTCQ
masukcmasukhcMAX
keluarhmasukhh
−=
−=•
•
Ch = laju aliran kapasitas panas per detik (KW/oC)
Cc = laju aliran kapasitas dingin per detik (KW/oC)
Th masuk = suhu panas masuk evaporator (oC)
Th keluar = suhu panas keluar evaporator (oC)
Tc masuk = suhu dingin masuk evaporator (oC)