BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Latar...

18
2.1 Latar Belakang Pengkondisian udara dan pendinginan udara dala penyejuk ruangan dalam arti sehingga mampu menguran keamanan bagi pengendara umumnya terdiri dari evapor dilengkapi elemen pemanas terlihat pada gambar berikut : Gambar 2.1 Insta BAB II LANDASAN TEORI a pada kendaraan mengatur mengenai kelemba am ruangan. Pengkondisian ini bertujuan buk i secara umum juga memberikan kenyamanan y ngi keletihan pengendara yang efeknya untu a itu sendiri. Sistem pengkondisian udara rator, kompresor, kondensor, receiver drier dan yang tergabung menjadi satu dalam evaporator : alasi Pengkondisian Udara Pada Kendaraan aban, pemanasan kan saja sebagai yang lebih besar, uk meningkatkan pada kendaraan n kadang-kadang r housing, seperti

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)