5
BAB II DASAR TEORI
2.1 Refrigeran Refrigeran adalah suatu media (fluida) perambat panas yang menyerap panas dengan menguapkan pada temperatur dan tekanan rendah serta melepaskan panas dengan jalan mengembunkannya pada temperatur yang dan tekanan yang tinggi. Jadi refrigeran yang ada pada sistem (refrigeration cycle) mudah mengalami perubahan phase dari cair menjadi gas maupun sebaliknya. Tabel 2.1 Potensi yang Dimiliki Oleh Refrigeran Hydrocarbon Dan Halocarbon Compatibility Refrigerant
ODP
GWP
Flammable?
Toxic?
with system
Other issues
material CFC
HCFC
High
High
No
No
Good
Low
High
No
No
Good
out Zero
High
No
No
HFC
Hydrocarbon
Will be phased
Zero
Very
Yes
No
Yes
Yes
Needs different
Moisture
oil
contamination in
and
filter
and
drier, some seal
system
are
problems
serious problem
a
Good
low Zero
Zero
Cannot copper
Ammonia
use
Toxicity restricts use significantly
components
Sumber: Agarwal R.S, Refrigeration Appliances Using Hydrocarbon Refrigerants, Hal 1-2
5
6
Perlu diketahui bahwa tidak ada refrigeran yang dapat bekerja secara sempurna (ideal) pada semua tingkat keadaan. Namun demikian kita perlu mengetahui sifat refrigeran ideal adalah sebagai berikut: 1. Tekanan evaporasi yang positif yaitu harus mempunyai temperatur penguapan pada tekanan yang lebih besar dari tekanan atmosfir, sehingga dapat menghindarkan dari kemungkinan terjadinya kevakuman pada evaporator dan memudahkan penditeksian bila terjadi kebocoran refrigeran dari sistem. 2. Mempunyai tekanan kondensasi yang rendah yaitu refrigeran harus mempunyai tekanan pengembunan yang rendah, sehingga perbandingan kompresinya menjadi lebih rendah menyebabkan daya kompresor juga lebih rendah. Selain itu dengan tekanan kerja yang lebih rendah, system dapat bekerja lebih aman karena kemungkinan terjadinya kebocoran, kerusakan, ledakan dan sebagainya menjadi lebih kecil. 3. Panas laten penguapan yang tinggi yaitu panas yang diserap per satu satuan masa refrigeran di evaporator lebih besar bila refrigeran mempunyai panas laten penguapan yang besar dan sebaliknya. Atau dengan kata lain refrigeran yang mempunyai panas laten penguapan yang tinggi lebih menguntungkan karena untuk kapasitas refrigerasi yang sama, jumlah refrigeran yang bersirkulasi menjadi lebih kecil. 4. Volume spesifik (terutama fase gas) yang cukup kecil yaitu refrigeran yang kalor laten penguapan yang besar dan volume spesisifik gas yang kecil (berat jenis yang besar) akan memungkinkan penggunaan kompresor dengan volume langkah torak yang kecil. Dengan demikian untuk kapasitas refrigerasi yang sama ukuran unit refrigerasi akan menjadi lebih kecil. 5. Temperatur pembekuan yang rendah yaitu refrigeran harus mempunyai temperatur pembekuan yang rendah agar bisa digunakan untuk sistem refrigerasi suhu rendah. 6. Mempunyai konduktifitas thermal yang besar yaitu bila refrigeran mempunyai konduktifitas thermal yang besar, maka refrigeran tersebut
7
akan sangat mudah menghantarkan panas (karakteristik perpindahan kalornya baik). 7. Mempunyai sifat stabil dan tak mudah bereaksi selama refrigeran bersirkulasi dalam sistem tidak boleh mengalami perubahan sifat kimianya, dan tidak bereaksi dengan material yang dipakai serta menyebabkan korosi. 8. Mempunyai konstanta dielektrik yang kecil artinya tidak mudah menghantarkan listrik atau mempunyai sifat sebagai isolator, dan tidak menyebabkan korosi pada material isolator lilitan motor. Pada hal ini penting terutama untuk refrigeran yang akan digunakan pada kompresor hermetic. 9. Mempunyai temperatur kritis yang tinggi. 10. Tidak beracundan tidak menyebabkan iritasi. 11. Tidak mudah terbakar dan meledak sendiri. 12. Mudah dideteksi bila terjadi kebocoran. 13. Harga murah dan mudah didapat di pasaran 14. Dapat bercampur dengan pelumas dengan baik. 15. Tidak mudah larut dalam air.
2.2 Jenis-jenis Refrigeran Menurut standar ASHRAE, refrigeran di klasifikasikan kedalam beberapa kelompok sebagai berikut: Refrigeran primer: o Refrigerant Halocarbon compounds;
Refrigeran CFC
Refrigeran HCFC
Refrigeran HFC
o Refrigeran Hydrocarbon compounds o Refrigeran Inorganic Compounds o Refrigeran Azeotropes o Refrigeran Nitrogen Compounds o Refrigeran Oxygen Compounds
8
o Refrigeran Cyclic Organic Compounds o Refrigeran Unsaturated Organic Compounds o Refrigeran Sulfur Compunds Refrigeran Sekunder o Larutan Garam (Brine) o Larutan Anti Beku (Anti Freezes) Larutan
-
Air dengan glikol etilen
-
Air dengan glikol propilen
-
Air dengan kalsium klorida
o Air Refrigeran Dua Subastansi o Sistem Air-Amoniak o Sistem Air-Alkohol o Sistem LiBr-Air
2.2.1
Refrigeran Halocarbon Compounds Refrigeran halocarbon compounds adalah merupakan refrigeran yang
menggandung satu atau lebih unsur-unsur halogen seperti; Fluorine, Chlorine, dan Bromine. Refrigeran yang paling populer dari kelompok ini adalah R-11,R-12, dan refrigeran R-22. Beberapa refrigeran dari kelompok inin dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
9
Tabel 2.2 Penomeran Refrigeran Halocarbon No
Numerical designation
Chemical name
Chemical formula
1
11
Tricloromonofluoro methane
CCl3F
2
12
Dichlorodifluoro methane
CCl2F2
3
22
4
40
Methyl chloride
CH3Cl
5
114
Dichlorotetrafluoro ethane
CClF2CClF2
Monochlorodifluoro methane
CHClF2
Sumber: Arora C P, Refrigeration and Air Conditioning, hal. 141
2.2.2
Azeotropes Compounds Azeotrope merupakan refrigeran campuran antara dua jenis refrigeran
dimana hasil campuran tersebut tidak dapat diuraikan kembali dengan jalan distilasi, dan refrigeran hasil campuran tersebut mempunyai sifat yang berbeda dengan refrigeran penyusunya. Refrigeran azeotrope diantaranya:
R-500 yang merupakan campuran antara 73,8% berat refrigeran R-12 dengan 26,2% berat refrigeran R-152a
R-501 yang merupakan campuran antara 75% berat refrigeran R-22 dengan 25% berat refrigeran R-12
R-502 Merupakan Campuran antara 48,8% berat refrigeran R-22 dengan 51,2% berat refrigerant R-115
10
a. Refrigeran 12, R-12 (CFC-12) R-12 adalah refrigeran yang sangat aman, tidak korosif, tidak beracun, tidak dapat terbakar, dan tidak dapat meledak sendiri tetapi apabila berhubungan dengan api yang sedang menyala dapat membentuk gas yang sangat beracun. R-12 dapat bercampur dengan minyak pelumas dalam segala keadaan, sehingga tidak saja mempermudah mengalirkan minyak kembali ke kompresor. Dengan terbebasnya kondensor dan evaporator dari minyak, maka kemampuan perpindahan panas dari kedua alat tersebut dapat dipertahankan dengan baik. Pada R-12 mengandung senyawa CFC yang dapat merusak lapisan ozon dan oleh karena itu refrigeran ini dilarang untuk diproduksi kembali. b. Refrigerant R 134a (HFC 134a) Refrigerant R – 134a adalah refrigerant yang tergolong dalam HFC (hydroflourocarbon) karena refrigerant ini tidak mengandung chlorine. Refrigerant R 134a memiliki ancaman yang rendah terhadap penipisan lapisan ozon jika dibandingkan
dengan
refrigreant
yang
tergolong
dalam
HCFC
(Hydrochloroflourocarbon) dan yang tergolong dalam CFC (Chloroflourocarbon). Refrigerant R 134a adalah salah satu alternative pengganti R – 12 yang memiliki beberapa properti yang baik sebagai refrigerant, yaitu tidak beracun, tidak mudah terbakar dan stabil. Tetapi refrigerant R – 134a masi memiliki kelemahan yaitu potensi sebagai slah satu pemicu effect rumah kaca dengan nilai GWP (Global Warming Potensial) yang tinggi.
11
Gambar 2.1 Diagram P – h (R-134a) Sumber: http://organic-rankine-cycle.blogspot.com/2011_09_24_archive.html
c. Refrigeran hidrokarbon Refrigeran hidrokarbon merupakan refrigeran alternatif terbaik untuk menggantikan refrigeran sintetik (refrigeran lama), seperti refrigeran dari golongan CFC dan HCFC, karena disamping mempunyai performansi yang baik juga sangat ramah terhadap lingkungan (tidak menyebabkan pengikisan ozon / non ODP dan pemanasan global / non GWP). Contoh refrigeran yangtermasuk dalam kelompok Hidrokarbon adalah sebagai berikut: Tabel 2.3 Penomeran Refrigeran Hidrokarbon No
Numerical designation
Chemical name
Chemical formula
1
50
Methane
CH4
2
170
Ethane
CH3CH3
3
290
Propane
CH3CH2 CH3
4
600a
Isobutane
CH3CH2 CH2 CH3
Sumber: Arora C P, Refrigeration and Air Conditioning, hal 141
12
Hidrokarbon terbentuk secara alamiah yang dicapai dari penghalusan setelah destilasi. Refrigeran ini telah dipakai sejak lama, secara umum dipakai dalam industri yang berskala besar dan juga untuk mesin refrigerasi yang kecil. Hidrokarbon sangat baik dipakai untuk bahan pendingin dengan beberapa kriteria antara lain:
Dapat bekerja dengan baik, dengan capasitas yang baik serta efisien
Refrigeran hidrokarbon di perbolehkan untuk berbagai aplikasi dalam sistem refrigerasi, termasuk sebagai bahan perngganti refrigeran sintetik
Tidak merusak lingkungan dibandingkan dengan CFC, HCFC,dan HFC
Dapat digunakan pada pipa tembaga dan oli yang standar untuk mesin refrigerasi
Prosedur untuk kebersihanya sama dengan menggunakan R-12 maupun R22
Untuk penanganan dari mesin refrigerasi yang menggunakan refrigeran HC prosedurnya hampir sama dengan sistem yang menggunakan R-12 maupun R-22, tetapi letak perbedaannya adalah dari sisi keamannya karena refrigeran HC merupakan refrigeran yang mudah terbakar (flammable)
Disamping keunggulan lebih yang menjadi kekuatan dari bahan pendingin hidrokarbon, maka bahan pendingin ini juga memiliki kelemahan, peluang serta ancaman, yang tergambar dalam analisa SWOT berikut ini: Strengths (kekuatan/keunggulan):
Kalor laten (penyerapan panas) lebih tinggi
Penggunaan lebih irit
Ramah lingkungan
Kompatibel terhadap semua peralatan
Dapat diproduksi dalam negeri
13
Weaknesses (kelemahan):
Dapat terbakar (Flamable)
Opportunities (Peluang):
Adanya pembatasan / pelarangan bahan pendingin jenis CFC / HCFC/ HFC (Konvensi Wina, Protokol montreal, Protokol Kyoto, Keppres RI dan Permen Menperindag, Permeneg KLH, Permen Perindustrian)
Adanya keharusan untuk mendapatkan ISO 14001 bagi perusahaan – perusahaan
2.2.3
Refrigeran Musicool – 134 Refrigeran musicool adalah substansi perpindahan kalor yang ramah
lingkungan dengan bahan dasar hidrokarbon yang dirancang sebagai pengganti refrigeran sintetik kelompok halokarbon dan mempunyai sifat fisik, thermodinamika, serta yang lebih baik dari refrigeran halokarbon. (Gasdom.pertamina.com) Sifat fisika dan thermodinamika refrigeran musicool 134 dapat dilihat pada tabel di bawah ini:
Gambar 2.2 Diagram P – h (mc – 134) Sumber: http// gasdom.pertamina.com
14
Tabel 2.4 Sifat Fisika dan Thermodinamika Refrigeran unit
MC -134
HFC 134
Enthalpy liquid
kJ/kg
261
235
Enthalpy vapor
kJ/kg
601
412
Density, liquid
kg/m3
531
1207
Density vapor
kg/m3
12.90
32.35
Specific heat liquid
kJ/kg ˚K
2.53
1.42
Specific heat Vapor
kJ/kg ˚K
1.89
1.03
Viscosity liquid
µPa.s
128
195
Viscosity vapor
µPa.s
7.9
11.7
Thermal conductivity liquid
W/m.K
0.092
0.081
Thermal conductivity vapor
W/m.K
0.018
0.014
Saturated Pressure
Bar
5.7
6.7
Properties
Sumber: http// gasdom.pertamina.com
2.2.4
Kondisi Fisik Refrigeran Dalam Sistem Refrigeran yang berupa uap kering dan uap jenuh yang keluar dari evaporator
dikompresikan oleh kompresor sehingga tekanan dan temperaturnya menjadi naik atau mengalami peningkatan yang disebut dengan uap superpanas (super heat vapor), selanjutnya menuju kondensor. Dikondensor panas refrigeran dikeluarkan sehingga proses kondensasi dapat berlangsung, dimana uap super panas berubah menjadi cair jenuh pada tekanan konstan. Selanjutnya refrigeran cair jenuh ini menuju alat ekspansi, dan didalam alat ekspansi ini berlangsung proses ekspansi yaitu penurunan tekanan refrigeran menjadi tekanan rendah dan diikuti dengan penurunan temperatur refrigeran serta refrigeran dalam kondisi cair dan uap kabut.
15
Gambar 2.3 Diagram Mollier dan Keadaan Fisik Refrigeran Sumber : Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara, hal. 107
Refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur rendah ini menuju evaporator, di dalam evaporator berlangsung proses evaporasi (penguapan refrigeran) dengan jalan menyerap panas dari ruangan yang dikondisikan sehingga refrigeran berubah dari cair + uap menjadi uap jenuh, menyebabkan temperatur ruangan turun (dingin). 2.3 Definisi Mesin Pompa Kalor (heat pump) Mesin yang berfungsi untuk memindahkan panas dari satu lokasi (atau sumber) ke lokasi lainnya dengan proses daur siklus kompresi uap. Pada mesin kompresi uap terdapat dua bagian yang berfungsi sebagai penyerap kalor yang dimafaatkan sebagai penyejuk ruangan dan bagian pembuang kalor pada kondensor. Panas yang dihasilkan oleh proses pengembunan ini akan diserap oleh air yang akan merubah teperatur air menjadi lebih tinggi. (http://teknologi.kompasiana.com/terapan/2013/12/23/mesinpendin 620921.html)
16
2.4 Siklus Kompresi Uap Siklus daur kompresi uap merupakan daur yang banyak digunakan dalam sistem refrigerasi. Pada proses ini kompresor berkerja untuk menekan uap refrigeran kemudian diembunkan menjadi cairan lalu tekanannya di turunkan agar cairan tersebut dapat menguap kembali. Daur ini merupakan kebalikan dari mesin kalor, dimana energi disalurkan dari suhu rendah menuju suhu suhu yang lebih tinggi. Q out 2
3
evaporator
Wk
kompresor
katup ekspansi
kondensor
1 4 Qin
Gambar 2.4 Skematik Sistem Pendingin Siklus Kompresi Uap Standar
Daur kompesi uap dapat dilihat pada gambar 2.5 dan 2.6 T 3
2
4
1
s
Gambar 2.5 T – s Diagram Siklus Kompresi Uap Standar
17
P 2 3 4
1 h
Gambar 2.6 P – h Diagram Siklus Kompresi Uap Standar
Pada pompa kalor terdiri dari beberapa komponen utama, serta fungsi dan cara kerja komponen tersebut dapat di jabarkan sebagai berikut: 1. Proses 1 – 2 Kompresi adiabatic reversible: merupakan kompresi kering (uap dalam keadaan superheated) yang berlangsung didalam kompresor, dari tekanan evaporator menuju tekanan kompresor. Refrigerant dihisap kompresor dan meninggalkan evaporator dalam wujud uap jenuh dengan kondisi temperatur dan tekanan rendah, kemudian oleh kompresor uap tersebut dinaikan tekanannya menjadi uap dengan tekanan yang lebih tinggi (tekanan kodensor). Kompresi diperlukan untuk menaikan temperature refrigerant, sehingga temperature refrigerant didalam kondensor lebih tinggi dari pada temperature lingkungan. Maka perpindahan panas dari refrigerant ke lingkunga dapat terjadi. Dengan demikian proses 1 – 2 tersebut adalah kompresi isentropic disepanjang garis entropi konstan, mulai dari uap jenuh hingga tekanan pengembunan. 2. Proses 2 – 3 Setelah mengalami proses kompresi, refrigeran berada dalam fase panas lanjut dengan tekanan dan temperature tinggi. Untuk merubah wujudnya menjadi cair, kalor harus dilepaskan kelingkungan. Proses ini terjadi pada alat penukar kalor kondensor. Refrigeran mengalir melalui kondensor dan pada sisi lain
18
dialirkan fluida pendingin (air atau udara) dengan temperatur yang lebih rendah dari temperatur refrigeran. Kalor akan berpindah dari refrigeran ke fluida pendingin dan sebagai akibat refrigerant mengalami penurunan temperature dari kondisi uap panas lanjut menuju kondisi uap jenuh. Selanjutnya mengembun menjadi fase cair dan keluar dari kondensor berfase cair jenuh. Kesimpulannya proses kondesasi ini adalah proses pengeluaran kalor secara isobarik reversibel pada kondensor. Dengan kata lain proses 2 – 3 tersebut merupakan penurunan panas lanjut dan pengembunan dengan tekanan tetap, yang merupakan garis lurus mendatar pada diagram tekanan enthalpy.
3. Proses 3 -4 Refrigeran dalam wujud cair jenuh mengalir melaui alat ekspansi. Refrigeran mengalami proses ekspansi pada enthalpy konstan terjadi pada katup ekspansi. Selanjutnya refrigeran keluar dari katup ekspansi berwujud campuran uap – cair pada tekanan dan temperatur sama rendah. Proses 3 – 4 berlangsung pada entalpi konstan. 4. Proses 4 – 1 Refrigeran dalam fasa campuran uap – cair, mengalir melalui sebuah penukar kalor yang disebut evaporator. Pada tekanan evaporator, titik didih refrigeran haruslah lebih rendah dari pada temperatur lingkungan (media kerja atau media yang didinginkan), sehingga dapat terjadi perpindahan panas dari media kerja ke dalam refrigeran. Kemudian refrigeran yang berwujud cair menguap dalam evaporator
dan
selanjutnya
meninggalkan
evaporator
meninggalkan
evaporator dalam fasa uap jenuh. Proses penguapan tersebut adalah proses pemasukan kalor secara isobarik pada evaporator yang menyebabkan refrigeran menguap menjadi uap jenuh.
2.5 Komponen – Komponen Utama Pompa Kalor 2.5.1 Kompresor Kompresor adalah komponen yang merupakan jantung dari sistem refrigerasi. Kompresor bekerja menghisap uap refrigeran dari evaporator dan mendorongnya
19
dengan cara kompresi agar mengalir masuk ke kondenser. Karena kompresor mengalirkan refrigeran sementara piranti ekspansi membatasi alirannya, maka di antara kedua komponen itu terbangkitkan perbedaan tekanan, yaitu di kondenser tekanan refrigeran menjadi tinggi (high pressure – HP), sedangkan di evaporator tekanan refrigeran menjadi rendah (low pressure – LP).
Gambar 2.7 Kompresor Sumber: Anonim, 2013 2.5.2
Kondensor Kondensor merupakan pesawat penukar kalor yang berfungsi untuk
mengembunkan uap refrigerant yang mengalir dari kompresor. Untuk mengembunkan uaap refrigeran yang bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi (yang keluar dari kompresor) diperlukan usaha untuk melepaskan kalor laten pengembunan dengan cara mendingikan uap refrigeran tersebut. Jumlah kalor yang dilepaskan pada kondensor sama dengan jumlah kalor yang diserap refrigeran di dalam evaporator ditambah ekivalen dengan energi yang diperlukan untuk kerja kompresi dalam kompresor. Ditinjau dari media yang diperlukan untuk mendingikan kondensor, maka dapat di bagi menjadi: a. Kondensor dengan pendingin air (Water cooled condenser) b. Kondensor dengan pendinginan udara (Air cooled condenser) c. Kondensor dengan pendinginan air dan udara (Evaporative condenser) Dalam penelitian ini mengunakan kondensor jenis pipa ganda. Kondensor jenis pipa ganda merupakan susunan dari dua pipa koaksial, dimana refriegerant mengalir melalui saluran yang terbentuk antara pipa dalam dan pipa luar, dari atas ke bawah. Sedangkan air pendigin mengalir didalam pipa - dalam dalam arah yang berlawanan
20
dengan arah aliran refrigerant, jadi dari bawah ke atas. Pada mesin refrigerasi berkapasitas rendah, dengan freon sebagai refrigerant. Dipergunakan pipa dalam dan pipa luar terbuat dari tembaga. Gambar 2.8 menunjukan kondensor jenis pipa ganda, dalam bentuk koil. Pipa dalam dalam dapat dibuat bersirip atau tanpa sirip.
Gambar 2.8 Kondensor Koil Pipa Ganda Sumber: Wiranto Aris Munandar, 1991:151
Gambar 2.9 Kondensor Koil Pipa ganda
Keterangan : a. Uap refrigeran masuk
e. Tabung luar
b. Air pendingin keluar
f.
Sirip bentuk bunga
c. Air pendingin masuk
g. Tabung dalam
21
d. Cairan refrigeran keluar Kecepatan aliran dalam pipa pendingin antara 1 sampai 2 m/detik sedangankan perbedaan antara temperatur air pendingin keluar dan masuk pia pendingin (kenaikan temperatur air pendingin di dalam kondensor) kira – kira 8 sampai 10˚C. Laju perpindahan panas relatif besar. Ciri – ciri kondensor jenis pipa ganda adalah sebagai berikut: -
Kontrusi yang sederhana dengan harga yang memadai.
-
Dapat mencapai kondisi super dingin karena arah aliran refrigeran dan air pendingin yang berlawanan.
2.5.3
Katup Ekspansi Katup ekspansi berfungi untuk memampatkan cairan refrigeran yang
bertekanan tinggi hingga tekananan refrigeran menjadi rendah, atau sebagai pengatur laju dan tekanan aliran refrigerant sesuai dengan beban pendinginan yang harus dilayani oleh evaporator disesuaikan dengan tekananan yang diberikan oleh kompresor, sehingga refrigerant berubah menjadi kabut. Haltersebut dimaksudkan agar refrigerant cair dapat lebih cepat menguap oleh karena tekanan refrigerant sudah rendah dan temperaturnya juga menjadi turun, maka proses penyerapan kalor pada lingkungan akan mudah terjadi pada evaporator.
Gambar 2.10 Katup Ekspansi Sumber: http://4.bp.blogspot.com
22
2.5.4
Evaporator Evaporator adalah komponen di mana cairan refrigeran yang masuk ke
dalamnya akan menguap. Proses penguapan (evaporation) itu terjadi karena cairan refrigeran menyerap kalor, yaitu yang merupakan beban refrigerasi sistem. Ada dua jenis evaporator antara lain:
Evaporator kering Pada evaporator ini terdapat bagian, yaitu di bagian keluarannya, yang dirancang selalu terjaga ‘kering’, artinya di bagian itu refrigeran yang berfasa cair telah habis menguap sebelum terhisap ke saluran masuk kompresor.
Evaporator basah Pada evaporator jenis ini seluruh permukaan bagian dalam evaporator selalu dibanjiri, atau bersentuhan, dengan refrigeran yang berbentuk cair. Terdapat sebuah tandon (reservoir, low pressure receiver), di mana cairan refrigeran terkumpul, dan dari bagian atas tandon tersebut uap refrigeran yang terbentuk dalam evaporator tersebut dihisap masuk ke kompresor. Evaporator juga dapat dibagi ke dalam beberapa golongan sesuai dengan keadaan refrigeran yang ada di dalamnya yaitu:
Evaporator jenis kering Cairan refrigeran yang diekspansikan melalui katup ekspansi, pada waktu masuk evaporator sudah dalam keadaan cair dan uap sehingga keluar dari evaporator dalam keadaan uap kering.oleh karena itu sebagian dari evaporator terisi oleh uap refrigeran maka kalor yang terjadi tidak begitu besar jika dibandingkan dengan keadaan dimana evaporator terisi oleh refrigeran cair.
Pada evaporator basah sebagian jenis sebagian besar dari evaporator terisi oleh refrigeran cair proses penguapannya terjadi seperti pada ketel uap.
2.6 Prestasi Siklus Kompresi Uap Pompa Kalor Unjuk kerja dari sebuah siklus kompresi uap dapat ditentukan dari ukuran dasar yaitu kapasitas refrigerasi, kerja kompresi, daya kompresor, Coefisien Of
23
Performance (COP) dan laju pemanasan air yang akan dilakukan perhitungan dalam percobaan ini.
2.6.1
Kalor yang Dilepas Oleh Kondensor Besarnya kalor yang dilepaskan pada kondensor merupakan perpindahan
kalor dari refrigeran ke air yang akan di panaskan, yang terjadi pada proses 2 – 3. Dengan persamaan sebagai berikut: 𝑞𝑘 = 𝑚̇𝑟𝑒𝑓 (ℎ2 − ℎ3 ) ............................................................................ (2.1) Dari Persamaan diatas dapat didapatkan persamaan kalor pada kondensor sebagai berikut: Dimana: 𝑞𝑘𝑜𝑛
= Kalor yang dilepas oleh kondensor (kj/s)
h3
= enthalpi akhir kondensor (kj/kg)
h2
= enthalpi awal kondensor (kj/kg)
𝑚̇𝑟𝑒𝑓 = ρ (kg/l).Q(l/min) = kg/min (laju aliran massa refrigeran) Perubahan enthalpi imi juga merupakan bersaran negatif yang menunjukan adanya pelepasan kalor refrigerant sehingga menjadi penurunan temperatur dari keadaan awal. 2.6.2
Laju Pemanasan Air Laju Pemanasan Air adalah kecepatan peningkatan temperatur oleh sistem
pemanasan air pada kondensor tube in tubesatuan waktu tertentu. Laju pemanasan air (𝑞̇ 𝑎𝑖𝑟 ) dapat dihitung dengan persamaan berikut: 𝑞̇ 𝑎𝑖𝑟 = 𝑚̇𝑎𝑖𝑟 . 𝑐𝑝 . (𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑖𝑛 ) .................................................................. (2.2) Dimana: 𝑞̇ 𝑎𝑖𝑟
= Laju pemanasan air (kJ/s)
24
𝑚̇𝑎𝑖𝑟
= ρ (kg/L).Q(L/min) = kg/min (laju aliran massa air pada kondensor tube in tube)
𝑐𝑝
= kalor spesifik air yang dipanaskan (J/kg °K)
𝑇𝑖𝑛
= temperatur awal pemanasan air(˚C)
𝑇𝑜𝑢𝑡
= temperatur akhir pemanasan air (˚C)
2.6.3
Analisis Efektivitas Kondensor Efektifitas kondensor dianalisis dengan metode praktis, yaitu dengan
menghitung laju aliran kalor yang dapat dikeluarkan / dibuang oleh unit kondensor ke air yang menyebabkan beda suhu air input dan output kondensor, dibandingkan dengan laju aliran kalor yang terjadi dari proses kondensasi fluida kerja (refrigeran) didalam pipa kondensor. Efektifitas unit kondensor yang berupa suatu alat penukar kalor (heat exchanger) di analisa menggunakan persamaan berikut: 𝜀𝑐𝑜𝑛 = 𝑞̇ 2.6.4
𝑞̇ 𝑎𝑖𝑟 𝑘𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟
𝑥 100% ..................................................................... (2.3)
Kerja Kompresi Kerja kompresi (kj/kg) merupakan perubahan enthalpi proses 1 – 2 gambar
2.4. yang dinyatakan sebagai berikut: 𝑤𝑐 = (ℎ2 − ℎ1 ) ......................................................................................... (2.4) Dimana: wc
= Kerja Kompresor (kj/kg)
h1
= enthalpi awal kompresi (kj/kg)
h2
= enthalpi akhir kompresi (kj/kg) Perubahan enthalpi ini merupakan besaran negatif yang menunjukan kerja
yang diberikan kedalam sistem (kerja yang dibutuhkan kompresor).
25
2.6.5
Daya Kompresor Daya kompresor merupakan hasil kali antara laju aliran massa dengan
kenaikan enthalpi gas selama pross kompresi isentropik. Jika dilihat dari refrigeran maka persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut: 𝑊𝑐 = 𝑚̇𝑟𝑒𝑓 . 𝑤𝑐 ...................................................................................... (2.5) Dimana: 𝑤𝑐
= kerja kompresor (kJ/kg)
𝑊𝑐
= daya kompresor (kJ/s)
𝑚̇𝑟𝑒𝑓 = laju aliran massa (kg/s)
Dan dilihat dari daya listrik yang terukur menggerakan motor kompresor maka persamaan dapat dituliskan sebagai berikut: 𝑃𝑐 = 𝑉. 𝐼. cos 𝜃.................................................................................... (2.6) Dimana: 𝑃𝑐
= daya kompresor (Watt)
V
= tegangan listrik (Volt)
I
= kuat arus listrik (Ampere)
cos 𝜃 = Faktor Daya
2.6.6
COP Heating (Performa Saat Pemanasan) Berdasarkan Siklus COP pemanasan dari siklus kompresi uap standar adalah kalor yang
dilepaskan kondensor dibagi kerja kompresi yang dapat dituliskan sebagai berikut:
𝐶𝑂𝑃 =
𝑞̇ 𝑘𝑜𝑛 𝑤𝑐
...................................................................................... (2.7)
Dimana: COP Pemanasan
= koefisien prestasi atau untuk kerja
26
𝑞̇ 𝑘𝑜𝑛
= Kalor yang dilepas oleh kondensor (kj/s)
𝑊𝑐
= daya kompresor (kJ/s)
Secara aktual COP Pemanasan air dapat dihitung dengan membagi laju pemanasan air (𝑞̇ 𝑎𝑖𝑟 ) dengan daya listrik yang terukur. Yang dapat dituliskan sebagai berikut: 𝑞̇ 𝑎𝑖𝑟
𝐶𝑂𝑃 = 𝑊
𝑘 𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙
.................................................................(2.8)
Dimana: COP Pemanasan
= koefisien prestasi atau untuk kerja
𝑞̇ 𝑎𝑖𝑟
= Laju pemanan Air (kJ/s)
𝑊𝑘 𝐴𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙
= daya kompresor (kJ/s)
27
