sistem refrigerasi pada industri
Transcript of sistem refrigerasi pada industri
Babar Priyadi M.H.L2C008020
PENDINGINAN KOMPRESI UAP
Pendinginan kompresi uap adalah salah satu dari banyak siklus pendingin tersedia yang
banyak digunakan. Metode ini merupakan yang paling banyak digunakan untuk AC
bangunan umum yang besar, rumah-rumah pribadi, hotel, rumah sakit, bioskop, restoran dan
mobil. Metode ini juga digunakan dalam kulkas domestik dan komersial, gudang skala besar
untuk penyimpanan makanan dan daging, truk dan mobil pendingin, dan sejumlah layanan
komersial dan industri lainnya. kilang minyak , petrokimia, pabrik pengolahan kimia, dan
pemrosesan gas alam adalah salah satu dari banyak jenis industri yang sering memanfaatkan
sistem yang besar-pendingin kompresi uap. Pendinginan dapat didefinisikan sebagai
menurunkan suhu ruang tertutup dengan membuang panas dari ruang itu dan
memindahkannya di tempat lain. Sebuah perangkat yang melakukan fungsi ini juga bisa
disebut sebagai heat pump .
Deskripsi sistem
Sistem pendingin kompresi-uap menggunakan cairan sirkulasi refrigerant sebagai media
yang menyerap dan menghilangkan panas dari ruang yang akan didinginkan dan kemudian
menolak panas di tempat lain. Gambar 1 menggambarkan, sistem satu-tahap-kompresi uap.
Semua sistem tersebut memiliki empat komponen: kompresor , sebuah kondensor , katup
ekspansi (juga disebut expansion valve), dan sebuah evaporator. Sirkulasi refrigerant
memasuki kompresor di kondisi termodinamika dikenal sebagai uap jenuh dan dikompresi
dengan tekanan yang lebih tinggi, menghasilkan temperatur yang lebih tinggi juga. Uap panas
yang dikompresi ini kemudian di kondisi termodinamika dikenal sebagai uap superheated dan
berada pada suhu dan tekanan di mana dapat terkondensasi oleh air pendingin air atau udara
pendingin. Uap panas yang disalurkan melalui kondensor di mana didinginkan dan
terkondensasi menjadi cair dengan mengalir melalui koil atau tabung dengan air dingin atau
udara dingin yang mengalir di kumparan atau tabung. Di sinilah beredar refrigerant menolak
panas dari sistem dan menolak panas yang terbawa oleh salah satu air atau udara.
Refrigerant cair kental, dalam keadaan termodinamik yang dikenal sebagai cair jenuh ,
yang selanjutnya disalurkan melalui sebuah katup ekspansi di mana tiba-tiba mengalami
pengurangan tekanan. Pengurangan tekanan itu hasil penguapan flash adiabatik dari bagian
refrigeran cair. Efek dari penguapan flash adiabatik adalah menurunkan suhu pendingin
campuran uap dan cair ke tempat itu lebih dingin dari suhu ruang tertutup untuk didinginkan.
Campuran dingin ini kemudian disalurkan melalui koil atau tabung dalam evaporator. Kipas
bersirkulasi udara hangat dalam ruang tertutup di koil atau tabung membawa cairan
refrigerant dingin dan campuran uap. Udara hangat itu menguapkan bagian cair dari
campuran refrigeran dingin. Pada saat yang sama, udara bersirkulasi didinginkan dan dengan
demikian menurunkan suhu ruang tertutup dengan suhu yang diinginkan. evaporator
menyerap refrigerant bersirkulasi dan menghilangkan panas yang kemudian ditolak di
kondensor dan dialihkan di tempat lain oleh air atau udara yang digunakan dalam kondensor.
Untuk melengkapi siklus pendinginan , uap refrigerant dari evaporator adalah lagi sebuah uap
jenuh dan diarahkan kembali ke kompresor.
Gambar 1. Pendinginan kompresi uap
Analisis termodinamika
Termodinamika siklus kompresi uap dapat dianalisis pada suhu versus entropi diagram
seperti digambarkan pada Gambar 2. Pada titik 1 dalam diagram, refrigerant beredar
memasuki kompresor sebagai uap jenuh. Dari titik 1 ke titik 2, uap adalah isentropically
dikompresi (yaitu, dikompresi pada entropi konstan) dan keluar kompresor sebagai
superheated uap.
Dari titik 2 ke titik 3, uap superheated berjalan melalui bagian dari kondensor yang
menghilangkan superheated dengan pendingin uap. Antara titik 3 dan titik 4, uap berjalan
melalui sisa kondensor dan terkondensasi menjadi cair jenuh. Proses kondensasi terjadi pada
tekanan pada dasarnya konstan.
Gambar 2. Diagram temperature-entropi
Antara poin 4, dan 5 refrigeran cair jenuh melewati katup ekspansi dan tiba-tiba
mengalami penurunan tekanan. Proses itu menghasilkan penguapan flash adiabatik dan auto-
refrigerasi dari sebagian cairan (biasanya, kurang dari setengah). Proses penguapan Flash
adiabatik adalah isenthalpic (yaitu, terjadi pada konstan entalpi ).
Antara poin 5, dan 1, perjalanan refrigerant dingin dan sebagian menguap melalui koil
atau tabung dalam evaporator di mana ia benar-benar menguap oleh udara hangat dari sebuah
kipas yang bersirkulasi di koil atau tabung dalam evaporator. Evaporator ini beroperasi pada
tekanan dasarnya konstan. Refrigerant uap jenuh yang dihasilkan kembali ke inlet kompresor
pada titik 1 untuk kembali ke siklus termodinamika.
Perlu dicatat bahwa pembahasan di atas didasarkan pada siklus refrigerasi kompresi uap-ideal
yang tidak memperhitungkan item dunia real account seperti penurunan tekanan geser pada
sistem, ireversibilitas internal sedikit selama kompresi uap refrigeran, atau non-ideal gas
perilaku (jika ada).
Keuntungan sistem kompresi uap
1. Sangat matang teknologi
2. Relatif murah
3. Efisiensi hingga 60% dari batas teoritis carnot
Kekurangan
Penggunaan refrigerant yaitu freon yang dapat menyebabkan kerusakan lapisan ozon.
Kesimpulan
Metode pendinginan kompresi uap merupakan yang paling banyak digunakan untuk AC
bangunan umum yang besar, rumah-rumah pribadi, hotel, rumah sakit, bioskop, restoran dan
mobil. Metode ini juga digunakan dalam kulkas domestik dan komersial, gudang skala besar
untuk penyimpanan makanan dan daging, truk dan mobil pendingin, dan sejumlah layanan
komersial dan industri lainnya. Kilang minyak , petrokimia, pabrik pengolahan kimia, dan
pemrosesan gas alam adalah salah satu dari banyak jenis industri yang sering memanfaatkan
sistem yang besar-kompresi uap pendingin. Metode ini menggunakan cairan sirkulasi
refrigerant sebagai media yang menyerap dan menghilangkan panas dari ruang yang akan
didinginkan dan kemudian menolak panas di tempat lain. Refrigerant yang digunakan adalah
freon atau CFC. Digunakan freon karena stabilitas dan sifat keamanan freon yaitu tidak
mudah terbakar dan tidak beracun.Keuntungan metode ini adalah teknologi yang digunakan
matang, relatif murah, effisiensinya hingga 60% dari batas teoritis carnot. Kekurangan
metode ini adalah digunakannya freon sebagai refrigerant karena freon berpengaruh besar
dalam pemanasan global.
REFRIGERASI ABSORPSI
INTRODUKSI
Karena sistem refrigerasi yang paling sering ditemukan adalah yang menggunakan
kompresor, metodemetode refrigerasi lain menjadi jarang dikenal. Namun, di antara banyak tipe yang
kurang dikenal, mungkin sekali ada yang praktis dan layak dipakai, sekaligus ekonomis. Salah
satunya adalah sistem refrigerasi absorpsi yang dikembangkan oleh Ferdinand Carré dari Perancis,
yang kemudian mendapat paten di Amerika Serikat pada tahun 1860. Pada tahuntahun pertama abad
ke-20, refrigerasi absorpsi mendapat perhatian yang cukup luas dari masyarakat, sampai pada tahun
1915, ketika kompresor amonia tenaga listrik diperkenalkan dan diterima dengan baik. Pada
perkembangan selanjutnya, perkembangan sistem kompresi menjadi fokus penelitian, dan sistem
absorpsi secara praktis mulai ditinggalkan, kecuali untuk penggunaan rumah tangga sampai akhir
1930. Setelah itu, sebuah perusahaan telah membuat sistem pendinginan absorpsi dengan kapasitas 5
sampai 20 ton. Perusahaan lain menjual unit 3 ton dan 5 ton yang terus dikembangkan sejak Perang
Dunia II sampai 25 ton. Pihak lain ada yang melakukan perubahan desain dan membangung sistem
dengan kapasitas sampai 3600 ton.
Siklus refrigerasi absorpsi adalah proses refrigerasi yang memanfaatkan dua jenis fluida dan
sejumlah kecil masukan kalor, bukan masukan listrik seperti di sistem refrigerasi kompresi uap yang
lebih sering dikenal. Baik siklus refrigerasi kompresi uap maupun siklus refrigerasi absorpsi
melakukan proses penyerapan lingkungan melalui penguapan refrigeran pada temperatur rendah dan
pelepasan kalor pada kondensasi refrigeran pada tekanan yang lebih tinggi. Pada kedua jenis siklus,
terdapat perbedaan pada cara menciptakan perbedaan tekanan dan mendorong terjadinya sirkulasi
refrigeran. Pada siklus kompresi uap, digunakan kompresor mekanis tenaga listrik untuk menekan
refrigeran sehingga bertekanan tinggi. Pada siklus absorpsi, fluida sekunder penyerap refrigeran, atau
yang disebut absorban, digunakan untuk mendorong sirkulasi refrigeran. Absorpsi uap refrigeran oleh
cairan absorban secara teoretis didasarkan pada Hukum Raoult, yang mengatakan bahwa pada
temperatur tertentu, perbandingan tekanan parsial dari komponen yang mudah berubah fasa (cair-gas)
dalam suatu larutan terhadap tekanan uap dari komponen tersebut pada kondisi murni, pada
temperatur yang sama identik dengan fraksi mol pada larutan. Fraksi mol larutan sama dengan jumlah
mol komponen dibagi dengan jumlah total mol yang ada.
Hukum Raoult hanya dapat diaplikasikan pada larutan ideal yang gaya gaya intermolekuler
antara partikel di dalam larutannya sama. Karena di dunia ini tidak ada larutan ideal, muncul deviasi
dari Hukum Raoult, positif atau negatif. Deviasi positif terjadi ketika tekanan yang ditinjau lebih
besar dari hasil perhitungan, dan sebaliknya, deviasi negatif terjadi ketika tekanan yang ditinjauh lebih
kecil dari hasil perhitungan. Kombinasi yang diinginkan untuk refrigerasi absorpsi yang efektif adalah
yang memiliki deviasi negatif yang besar, sehingga hanya dibutuhkan sedikit absorban untuk
mensirkulasikan sistem. Semakin sedikit absorban yang digunakan, semakin kecil jumlah masukan
kalor yang dibutuhkan, yang berarti peningkatan efisiensi sistem. Mesin refrigerasi absorpsi sudah
tersedia secara komersial sekarang dalam dua tipe dasar. Yang paling banyak digunakan adalah sistem
amonia-air, dengan amonia (NH3) sebagai refrigeran dan air (H2O) sebagai absorban. Tipe ini
biasanya digunakan untuk aplikasi di bawah 0°C. Tipe yang lain adalah airlithium bromida dan air-
lithium klorida, dengan air sebagai refrigeran. Tipe yang terakhir ini biasa digunakan untuk aplikasi
di atas 0°C (titik beku air).
SIKLUS REFRIGERASI ABSORPSI
Pada dasarnya, sistem refrigerasi absorpsi tidak jauh berbeda dengan sistem kompresi uap.
Perbedaan yang paling besar hanya ada pada kompresor yang telah digantikan dengan mekanisme
absorpsi yang kompleks, yang terdiri dari absorber, pompa, generator, regenerator/heat exchanger,
katup, dan sebuah rectifier/separator (Gambar 1).
Pada sistem NH3-H2O, setelah tekanan NH3 ditingkatkan oleh gabungan komponenkomponen
tersebut (hanya ini fungsi dari komponen komponen itu), NH3 kemudian didinginkan dan
dikondensasikan di dalam kondenser dengan melepas kalor ke sekitar. Kemudian, amonia melewati
katup ekspansi sehingga tekanannya turun ke tekanan evaporasi, dan menyerap kalor dari tempat yang
ingin didinginkan ketika terjadi proses penguapan di evaporator. Tidak ada hal yang baru di bagian
ini. Keunikan sistem refrigerasi absorpsi ada di bagian ini: Setelah uap amonia keluar dari evaporator
dan masuk ke absorber, tempat terjadinya reaksi dan pelarutan untuk membentuk NH3 . H2O. Ini
adalah reaksi eksotermik, sehingga terjadi pelepasan kalor pada proses ini. Jumlah NH3 yang dapat
larut di dalam H2O berbanding terbalik dengan temperaturnya. Maka, pendinginan absorber penting
untuk menjaga temperaturnya serendah mungkin, sehingga memaksimalkan jumlah NH3 yang larut di
dalam air. Larutan NH3 . H2O, yang kaya dengan NH3, kemudian dipompakan ke generator.
Kalorkemudian dimasukkan ke dalam larutan dari sumber panas untuk menguapkan sebagian larutan.
Uap yang dihasilkan yang kaya akan NH3, kemudian melewati rectifier/separator, yang memisahkan
uap NH3 dengan H2O. Air yang dipisahkan dikembalikan ke generator. Uap NH3 murni yang
bertekanan tinggi kemudian melanjutkan perjalanannya dalam siklus. Sedangkan larutan panas NH3 .
H2O dalam regenerator yang kandungan NH3- nya lemah, kemudian dilewatkan ke regenerator/heat
exchanger untuk memindahkan kalor ke larutan kaya NH3 yang datang dari absorber. Larutan yang
miskin NH3 tadi diteruskan ke absorber untuk kembali dilarutkan dengan uap NH3 murni yang keluar
dari evaporator. Yang perlu dicatat adalah keberadaan cooling water. Ini beda dengan chilled water,
yakni air yang berputar pada siklus tata udara yang didinginkan oleh evaporator. Cooling water adalah
air yang berasal dari cooling tower. Fungsinya adalah untuk
1. menyerap kalor kondensasi saat uap NH3 melewati kondensator dan
2. menyerap kalor yang dikeluarkan pada proses absorpsi eksotermik antara uap NH3 dan air
yang terjadi absorber. Perlu diingat bahwa semakin dingin absorber, semakin banyak uap
NH3 yang dapat larut ke dalam air.
SIKLUS ABSORPSI DUA-TAHAP (DOUBLE-EFFECT)
Penambahan regenerator pada sistem absorpsi satu tahap belum cukup untuk menjadikan
koefisien performa (COP) melewati batas ambang satu. Contoh: jumlah kalor yang dibutuhkan untuk
memanaskan satu kilogram refrigeran pasti lebih dari jumlah kalor yang diserap ketika satu kilogram
refrigeran itu diuapkan di evaporator. Pada perkembangan berikut dari refrigerasi absorpsi, untuk
meningkatkan koefisien performa tersebut, ditemukan siklus refrigerasi absorpi dua-tahap (double-
effect absorption refrigeration cycle) (Gambar 2).
Dengan refrigeran air dan absorban lithium bromida, dua generator digunakan. Satu, pada
temperatur dan tekanan tinggi, yang dipanaskan oleh sumber panas eksternal; dua, pada temperatur
dan tekanan rendah, yang dipanaskan oleh kalor hasil kondensasi uap yang dihasilkan dari generator
pertama. Kondensat dari kedua generator masuk ke dalam evaporator. Siklus ini bekerja dengan
tekanan yang sangat rendah di evaporator untuk menjaga temperatur penguapan air tetap rendah.
ABSORPSI VS. KOMPRESI
Di sini akan dipaparkan kesimpulan dari keuntungan-keuntungan menggunakan sistem
absorpsi dibanding sistem kompresi.
1. Hanya refrigeran dan absorban yang bergerak, sehingga operasi siklus tenang dan tahan lama.
Motor pompa, mesin, atau turbin yang digunakan lebih kecil dibanding yang digunakan pada
sistem kompresi untuk kapasitas yang sama.
2. Sistem absorpsi biasanya didesain untuk menggunakan uap, baik padatemperatur tinggi,
maupun temperatur rendah. Buangan dari komponen yang lain dapat kembali digunakan.
Tidak dibutuhkan daya listrik, meskipun biasanya pompa yang digunakan didorong oleh
motor.
3. Unit refrigerasi absorpsi dapat dioperasikan pada tekanan dan temperatur evaporator yang
lebih kecil, dengan penurunan yang kecil. Pada sistem kompresi, penurunan tekanan
evaporator mengakibatkan penurunan kapasitas sistem secara signifikan.
4. Pada beban refrigerasi yang lebih kecil, unit absorspi memiliki efisiensi yang sama besarnya
dengan kapasitas penuh. Pengendalian variasi beban dilakukan dengan pengaturan jumlah
refrigeran dan absorban yang disirkulasikan di dalam sistem.
5. Jika refrigeran tidak sepenuhnya diuapkan di evaporator, tidak terjadi efek yang buruk selain
membuat sistem sedikit tidak stabil secara temporer. Namun, pada sistem kompresor, hal itu
dapat membahayakan kompresor dan membutuhkan pengukuran preventif yang mendalam.
6. Unit absorpsi dapat dibuat dengan kapasitas lebih besar dari 1000 ton— nilai kapasitas
terbesar dari unit kompresor. Dengan pengecualian untuk aplikasi rumah tangga, secara
umum sistem absorpsi butuh ruang lebih besar. Namun, unit dapat diletakkan di luar ruangan
dan disusun vertikal sehingga membutuhkan area tanah yang lebih kecil dan tidak perlu
penutup.
7. Persyaratan ruang dan kontrol otomatik lebih ringan pada sistem absorpsi pada desain
temperatur evaporator yang semakin rendah.
REFERENSI
American Society of Heating, Refrigeration, and Air Conditioning Engineers. 1993. ASHRAE Fundamentald
Handbook, SI-edition. Georgia: ASHRAE, pp. 1.20-1.25
Cengel, Yunus A. dan M.A. Boles. 2007. Thermodynamics: An Engineering Approach, 6th ed (SI Units). New
York: McGraw-Hill, hlm. 647-649
Jordan, Richard C. dan G.B. Priester. 1956. Refrigeration and Air Conditioning, 2th ed. New Jersey: Prentice-
Hall, hlm. 367- 375
Gambar:
http://www.acr-news.com/news