Termodinamika II FST USD Jogja
TERMODINAMIKA II Semester Genap TA 2007/2008
Siklus Kompresi Uap Ideal
Termodinamika II FST USD Jogja
(A Simple Vapor-Compression Refrigeration Cycle) Mempunyai 4 komponen dan 4 proses. 1. Compressor: mengkompresi uap menjadi uap bertekanan tinggi 2. Condenser: mengembunkan uap tekanan tinggi menjadi cairan tekanan tinggi 3. Katup ekspansi (Expansion Valve) : menurunkan tekanan cairan menjadi bertekanan rendah 4. Evaporator: menerima kalor dari medium bersuhu rendah terjadi penguapan
Environment QH Condenser
Expansion Valve
Win Compressor Evaporator QL
Refrigerated Space
4 – Proses Pada Siklus Kompresi Uap Ideal Process 1-2 Isentropic Compression Process, s=const.: Compressor, sat.vap superheat vapor Process 2-3 P = const. Heat Rejection Process: Condenser, superheat vapor sat.liquid Process 3-4 Throttling Process, h=const.: Expansion Valve, sat. liquid mixture Process 4-1 P = const. Heat Addition Process : Evaporator, Mixture sat. vapor
Sketsa Alat
T-s Diagram
Termodinamika II FST USD Jogja
Environment
P2
T
QHH Q
2
2
Condenser Condenser
3
3 Expansion Expansion Valve Valve
Compressor Compressor
QH
4 QLL Q Refrigerated Refrigerated Space Space
P1
Winin W
4 Evaporator Evaporator
Win
1
QL
1
s
P-h Diagram T-s Diagram T
P-h Diagram
P
P2 2 Win
2
P2
3
P1
QH
Termodinamika II FST USD Jogja
QH
3
Win 1
4
P1
4
QL
1
QL s
h4= h3
h1
h
h
Pendinginan rumah dengan AC (airconditioner)
Pemanasan Rumah dengan Heat Pump Heating at 20 oC
Environment
40 oC
Termodinamika II FST USD Jogja
50
QH
QH
oC
Condenser
Expansion Valve
Wi
Evaporator
10 oC
30
QL
Condenser
oC
80 oC
Compresso r 15 oC
Expansion Valve
Wi
n
-20 oC
Evaporato r
QL
-10 oC
Out dooe space
Air Conditioned, 25oC
80 oC
Compresso 0 r oC
n
KOMPONEN DARI MESIN REFRIGERASI
CONDENSER
Termodinamika II FST USD Jogja
Merupakan sebuah alat penukar kalor dimana refrijeren melepas kalor ke medium pendingin seperti air atau udara. Refrijeren yang berada pada keadaan uap superpanas melepas kalor sehingga berubah menjadi cair (liquid refrigerant)
KOMPONEN DARI MESIN REFRIGERASI
EXPANSION VALVE
Termodinamika II FST USD Jogja
Refrijeren berekspansi sehingga tekanannya turun. Keadaan Refrijeren berubah dari liquid menjadi campuran cair jenuh dan uap (a saturated liquid-vapor mixture)
KOMPONEN DARI MESIN REFRIGERASI
EVAPORATOR
Termodinamika II FST USD Jogja
Merupakan sebuah alat penukar kalor dimana refrijeren menyerap kalor dari benda yang didinginkan (ruang pendingin). Refrijeren yang berada pada keadaan campuran cair jenuh & uap menyerap kalor sehingga berubah menjadi uap
KOMPONEN DARI MESIN REFRIGERASI
COMPRESSOR
Termodinamika II FST USD Jogja
Merupakan sebuah alat untuk menaikkan tekanan dan temperatur refrijeren dari tekanan dan temperatur rendah menjadi tekanan dan temperatur tinggi. Temperatur Refrijeren menjadi lebih tinggi dari temperatur medium pendingin (lingkungan) sehingga kalor yang diserap di evaporator dapat dibuang
Termodinamika II FST USD Jogja
Analisis Mesin Refrigerasi
Clossed System Hukum I termodinamika : ??? cyclic process
Q - W = U + KE + PE QL output yang diinginkan COPR = = input yang dibutuhkan Wnet, in
Q-W =0
QH - QL = Win
QL COPR = QH QL
=
1 QH 1 QL
Termodinamika II FST USD Jogja
Analisis Mesin Refrigerasi
Open System
Hukum I termodinamika : ??? 0
h 2 h1 Q Win = m
h 2 h1 Win = m
Analisis Mesin Refrigerasi
Termodinamika II FST USD Jogja
Open System
Hukum I termodinamika : ??? 0
h 3 h2 Q H W = m
h 3 h2 Q H = m
Termodinamika II FST USD Jogja
Analisis Mesin Refrigerasi
Open System
Hukum I termodinamika : ??? 0 0
h 4 h3 Q W = m
h 4 = h3
Termodinamika II FST USD Jogja
Analisis Mesin Refrigerasi
Open System Hukum I termodinamika : ??? 0
h1 h4 Q L W = m
h1 h4 Q L = m
Termodinamika II FST USD Jogja
CONTOH Sebuah refrigerator menggunakan fluida kerja R-134a dan beroperasi dengan siklus kompresi uap ideal antara 0,14 MPa dan 0,8 MPa. Laju aliran massa refrigerant 0,05 kg/s. a. Gambarkan siklusnya dalam diagram T-s dan P-h. b. Hitung laju perpindahan kalor dari ruang pendingin c. Hitung daya kompresor d. Hitung kalor yang dibuang ke lingkungan e. Hitung COP – nya.
PENYELESAIAN T
T-s Diagram
Environment
P2
Q H
2
Win 3
0.8 MPa
Condenser 3
P1
Expansion Valve
0.14 MPa
QL
Compressor
4
Win
1
Evaporator
1
4
2
QL
mdot = 0.05 kg/s
Termodinamika II FST USD Jogja
Refrigerated Space
R-134a Property Table
s
State 1 sat. vap. @ P1 = 0.14 MPa → h1 = hg@0,14 MPa = 236,04 kJ/kg, s1 = sg@0,14 MPa = 0.9322 kJ/kg-K State 2 P2 = 0.8 MPa and s2 = s1 = 0.9322 kJ/kg-K,
h2 = 272,05 kJ/kg (interpolasi) State 3 sat.liq. @ P3 = P2= 0.8 MPa, h3 = hf@P3 = 93,42 kJ/kg State 4 h4 = h3 = 93,42 kJ/kg (Throttling Process)
PENYELESAIAN (b) Evaporator , w 0 Q L ,in m h1 h4 0,05 236,04 - 93,42 7,13 kW 4
1
Evaporator
(c) Compressor, q 0 Win m h2 h1 0,05 272,05- 236,04 1.80 kW QL
2
Termodinamika II FST USD Jogja
Compressor
(d) Condenser, w 0 Q H ,out m h2 h3 , 0,05 272,05- 93,42 8,93 kW Q
3
Q L 7,13kW (e) COP 3.96 Win 1,80kW
H
Condenser
1
2
Win
Cara lain dengan diagram P-h P
P-h Diagram
3
2
QH
Termodinamika II FST USD Jogja
P2 Win
P1
4
h4= h3
QL
1
h1
h
h
Termodinamika II FST USD Jogja
3
4
h4 = h3
2
1
h1 h2
PR
Termodinamika II FST USD Jogja
Sebuah refrigerator menggunakan fluida kerja HFC 134a dan beroperasi dengan siklus kompresi uap ideal antara 0,14 MPa dan 0,9 MPa. Laju aliran massa refrigerant 0,05 kg/s. a. Gambarkan siklusnya dalam diagram T-s dan P-h. b. Hitung laju perpindahan kalor dari ruang pendingin c. Hitung daya kompresor d. Hitung kalor yang dibuang ke lingkungan e. Hitung COP – nya. Kerjakan dengan dua cara yaitu : 1. Menggunakan Tabel sifat-sifat HFC 134a 2. Menggunakan P-h diagram HFC 134a