6
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Latar Belakang Pengkondisian udara pada kendaraan mengatur mengenai kelembaban, pemanasan dan pendinginan udara dalam ruangan. Pengkondisian ini bertujuan memberikan kenyamanan, sehingga mampu mengurangi keletihan pengendara yang efeknya untuk meningkatkan keamanan bagi pengendara itu sendiri. Sistem pengkondisian udara pada kendaraan umumnya terdiri dari evaporator, kondensor, receiver dan kadang-kadang dilengkapi elemen pemanas yang tergabung menjadi satu dalam evaporator housing, seperti terlihat pada gambar berikut :
Evaporator
Heatert’ore
Dual Pressure Switch
Condensor
Charging and Testing Valve
Pressure Switch Receiver and Filter Dryer
Sight Glass
Compressor
Gambar 2.1 Instalasi Pengkondisian Udara Pada Kendaraan [Ref. 2 hal 5]
7
2.2 Prinsip Kerja Prinsip kerja pada kondisi refrigeran dari sistem pengkondisian udara pada kendaraan, ditunjukan seperti gambar berikut : Condensor
Compresor
Evaporator
Expansion Valve High Pressure Vapor High Pressure Liquid Low Pressure Liquid Low Pressure Vapor
Receiver drier
Gambar 2.2 Kondisi Refrigeran di Setiap Komponen [Ref. 2 hal 6] 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 fasa 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. Disini terjadi penyerapan kalor dari udara yang dilewatkan pada sirip-sirip evaporator, sehingga refrigeran berubah fasa menjadi refrigeran uap. Selanjutnya memasuki kompresor melalui sisi hisap, demikian siklus ini berlangsung.
8
2.3 Komponen Utama Secara umum terdapat 5 (lima) komponen utama dalam sistem pengkondisian udara pada kendaraan, seperti terlihat pada gambar berikut :
Evaporator Condensor
Expannsion Valve
Compressor
Pipe Receiver Dryer
Gambar 2.3 Komponen - komponen Utama dari Sistem [Ref. 2 hal 7]
2.3.1 Kompresor Fungsi kompresor adalah meningkatkan tekanan refrigeran agar mampu mencapai saluran-saluran dan komponen-komponen lainnya. Kaji eksperimental ini memakai kompresor torak (Reciprocating Compressor), Pemilihan ini didasarkan kemudahan mendapatkannya dan banyak dipakai dalam sistem pengkondisian udara pada kendaraan. Pada kompresor torak terdapat silinder, dimana torak bergerak bolak-balik didalamnya. Gerakan ini diperoleh dari gerak putar engkol yang digerakan 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
9
tekan torak bergerak ke atas dan memampatkan refrigeran uap, kemudian mendorong uap refrigeran melalui katup tekan demikian seterusnya siklus ini berlangsung. Kompresor jenis ini dapat dilihat pada gambar berikut : Service Valve Refrigeran Hose Connections Refrigeran Hose Connections
Gambar 2.4 Kompresor Torak Silinder [Ref. 2 hal 8]
2.3.1.1 Kompresor positif Pada kompresor jenis ini, refrigeran uap akan dihisap masuk ke silinder kemudian dikompresikan. Termasuk kompresor jenis ini adalah kompresor torak, kompresor putar dan kompresor sekrup. [Ref. 1 hal 127] 2.3.1.2 Kompresor non positif Pada kompresor jenis ini, refrigeran uap yang dihisap masuk dipercepat alirannya oleh sudu-sudu impeler, kemudian energi kinetiknya dipakai untuk menaikan tekanan. Termasuk jenis ini adalah kompresor tunggal.
10
2.3.2 Kondensor Kondensor
berfungsi
mencairkan
uap
refrigeran
bertekanan
dan
bertemperatur tinggi dari kompresor dengan melepaskan kalor sebanyak kalor laten pengembunan. Pada komponen ini, bila beban kalor dibawah rata-rata kemampuan pengkondisian udara yang dipakai, 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-belok dengan dipasangi sirip-sirip dari aluminium. Komponen ini dapat dilihat seperti pada gambar berikut [Ref. 1 hal 152-153]
Aluminium Tabung Inlet
Outlet
Fins
Gambar 2.5 Kondensor Tipe fin and tube [Ref. 1 hal 152]
11
2.3.3 Evaporator Evaporator adalah alat penukar kalor di dalam siklus pengkondisian udara yang berfungsi mendinginkan media disekitarnya. Evaporator dapat dibagi dalam beberapa golongan sesuai dengan keadaan refrigeran yang ada didalamnya, 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 dimasukan dari bagian bawah koil evaporator. Pemilihannya berdasarkan pada kemudahan memperoleh dipasaran dan banyak dipakai dalam pengkondisian udara dalam kendaraan. [Ref. 1 hal 159] Evaporator ini dapat dilihat pada gambar berikut :
Inlet Aluminium Tabung
Fins
Gambar 2.6 Evaporator fin and tube [Ref. 1 hal 159]
12
2.3.4 Receiver drier Komponen ini dipasang pada saluran cair bertekanan tinggi antara kondensor dan katup ekspansi. Berfungsi untuk menyerap kelembaban, menyaring material asing yang ikut bersikulasi dalam sistem dan menampung kelebihan refrigeran. Konstruksinya berupa tabung besi atau aluminium yang dilas pada bagian atas dan bawah permukaannya. Didalamnya terdapat zat pengering (desiccan) yang berguna menyerap dan menghilangkan uap air yang ada di dalam refrigeran. Secara umum zat ini terbuat dari silica gel. Pada bagian atas receiver terdapat kaca penduga (sight glass) yang berguna untuk memeriksa tingkat dan kondisi dari pengisian refrigeran. [Ref. 1 hal 119-123]
Tampak Atas IN
Drier Filter Pads
Gambar 2.7 Reciever drier dan bagiannya [Ref. 8 hal 119]
13
2.4 Refrigeran Refrigeran adalah substansi yang dipakai dalam sistem pengkondisian udara, Refrigeran yang akan dibicarakan disini adalah refrigeran primer yaitu refrigeran yang dipakai dalam sistem, bukan refrigeran sekunder yang berperan sebagai media pada perpindahan panas dari obyek pendinginan. Persyaratan refrigeran ideal antara lain : [Ref. 1 hal 118-119] 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 efesiensi volumetrik 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 bersikulasi lebih kecil.
14
4. Volume spesifik (terutama dalam fasa gas) yang cukup kecil Refrigeraan dengan kalor laten penguapan yang besar dan volume spesifik gas yang kecil akan memungkinkan penggunaan kompresor dengan volume langkah torak yang lebih kecil. Dengan demikian, untuk kapasitas refrigerasi yang sama, ukuran unit refrigerasi yang bersangkutan menjadi lebih kecil 5. Koefisien prestasi harus tinggi 6. Konduktivitas termal yang tinggi Sifat ini mempengaruhi kinerja penukar kalor (evaporator dan kondensor). Refrigeran dengan konduktivitas termal tinggi, lebih diinginkan dalam suatu refrigerasi. Oleh karena dapat menghasilkan kinerja 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 fasa cair maupun fasa gas 8. Refrigeran dengan viskositas rendah lebih baik dalam sistem 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 boleh mudah terbakar dan mudah didapat
2.4.1 Refrigeran halokarbon Refrigeran jenis ini tersusun dari campuran satu atau lebih atom halogen seperti fluorine, chlorine, iodine dan bromine. Beberapa refrigeran yang termasuk kelompok ini adalah : [Ref. 2 hal 15]
15
Tabel 2.1 Methane series Penomoran
Nama kimia
Rumus kimia
11
Trichlorofluoromethane
CCl3F
12
Dichlorodifluoromethane
CCl2F2
13
Chlorotrifluoromethane
CClF3
22
Chlorotrifluoromethane
CHClF2
23
Trifluoromethane
CHF3
32
Difluoromethane
CH2F2
Tabel 2.2 Ethane series Penomoran
Nama kimia
Rumus kimia
113
1,1,2-trichlorofluoromethane
CCl2FCClF2
114
1,2-dichlorodifluoromethane
CClF2CClF2
125
Pentafluoroethane
CHF2CF3
134a
1,1,1,2- tetrafluoroethane
CH2FCF2
141b
1,1-dichloro-1-fluoroethane
CH3CClF
142b
1-chloro-1,1-difluoroethane
CH3CClF2
152a
1,1-difluoroethane
CH3CHF2
16
Tabel 2.3 Azetropic blend Penomoran
Komposisi
Rumus kimia
500
26,2 % R-152a dan 73,8 % R-12
CCl2F2/CH3CHF2
502
51,2 % R-115 dan 48,8 % R-22
CHCl2F2/CCF2CF3
503
40,1 % R-23 dan 59,9 % R-13
CHF3/CClF3
504
48,2 % R-32 dan 51,8 % R-115
CH2F2/CF3CClF2
Berdasarkan penelitian ilmiah CFC yang diproduksi sejak tahun 1928 dan telah meluas digunakan diberbagai bidang, ternyata dinyatakan merusak lingkungan yaitu merusak lapisan ozon (Ozon Depleting Potensial atau ODP). Lapisan ozon mempunyai arti penting bagi kehidupan manusia sebagai pelindung dari Sinar Ultraviolet yang dipancarkan matahari yang sangat berbahaya bagi kehidupan manusia. Walaupun CFC telah memberikan banyak manfaat namun mengingat dampak kerusakan dalam lingkup kesetabilan lingkungan global sangat meluas, maka telah disepakati oleh masyarakat bahwa hal tersebut harus dihapus penggunaannya. Refrigeran R-12 sebagai salah satu refrigeran yang mengandung CFC, telah diusulkan diganti penggunaannya dengan refrigeran R-134a beberapa sifat positip yang dimilikinya.
karena
17
Tabel 2.4 Aspek Lingkungan Deskripsi
R-12
R-134a
Bahan alami
Tidak
Tidak
Global Warming Potensial (GWP)
4500
4200
Ozon Depleting Substansce (ODS)
1,0
0
Atmosphere Life Time ( Tahun )
130
16
2.4.2 Refrigeran anorganik Refrigeran ini banyak dipakai awal perkembangan pengkondisian udara, yang termasuk senyawa ini antara lain. [Ref. 5 hal 279]
Tabel 2.5 Refrigeran anorganik Penomoran
Nama kimia
Rumus kimia
717
Ammonia
NH3
718
Water stream
H2O
729
Air
H2O
744
Carbon dioxide
CO2
764
Sulfur Dioxide
SO2
18
2.4.3 Refrigeran hidrokarbon Banyak senyawa hidrokarbon yang cocok digunakan sebagai refrigeran, khususnya dipakai pada industri perminyakan dan petrokimia. Termasuk dalam kelompok, dapat dilihat table berikut : [Ref. 2 hal 17] Tabel 2.6 Refrigeran hidrokarbon Penomoran
Nama kimia
Rumus kimia
50
Methane
CH4
170
Ethane
C2H6
290
Propane
C3H8
600
n-butane
CH3CH2CH2CH3
600a
Isobutane
CH(CH3)3
1150
Ethylene
CH2=CH2
1270
Propylene
CH3CH=CH2
19
2.5 Analisa Sistem Kompresi Uap 2.5.1 Siklus Carnot Siklus carnot secara termodinamika bersifat reversible secara skema siklus mesin kalor Carnot diperlihatkan pada gambar 2.8 berikut ini :
Kalor dari sumber bersuhu tinggi 2
Kondensor
3 Kompresor
Kerja
Kerja
Turbin
Evaporator
1 4 Kalor ke penguap (lingkungan) bersuhu rendah
Suhu ( 0 K) 2
3 Kerja bersih
1
4 Entropi (Kj/kg K)
Gambar 2.8 Skema Mesin Carnot [Ref. 5 hal 178] Mesin Carnot menerima energi kalor pada suhu tinggi merubah sebagian menjadi kerja dan kemudian mengeluarkan sisanya sebagai kalor pada suhu yang lebih rendah. Siklus refrigerasi Carnot merupakan kebalikan dari siklus mesin Carnot. Karena siklus refrigerasi menyalurkan energi dari suhu rendah menuju
20
suhu yang lebih tinggi siklus refrigerasi membutuhkan kerja luar untuk mendapatkan kerja. Diagram peralatan, diagram entalpi suhu dari siklus refrigerasi diperlihatkan pada gambar 2.9 berikut ini :
Kalor menuju lingkungan yang bersuhu tinggi 3
Kondensor 2
Kerja
Katup Ekspansi Kompresor Kerja
Evaporator 4
1 Kalor dari sumber bersuhu rendah
Suhu ( 0 K) 3
2 Proses siklus refrigerasi carnot :
Kerja bersih 4
1 Entropi (Kj/kg K)
1-2 2-3 3-4 4-1
Kompresi adiabatik Pelepasan kalor isotermal Ekspansi adiabatik Pemasukan kalor isotermal
Gambar 2.9 Siklus Refrigerasi Carnot dan Diagram Suhu Entropi [Ref. 5 hal 179] Tujuan utama sistem 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.
21
2.5.2 Siklus Kompresi Uap Teoritis Siklus teoritis mengasumsikan bahwa 1. Uap refrigeran yang keluar dari evaporator daan 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 3
2
Kondensor
Katup Ekspansi
1 4
Kompresor
Evaporator
Tekanan (kPa) Pengembunan 2’
3 Ekspansi
2 Kompresi
4 Penguapan Entalpi (kJ/ kg)
1
2
Suhu ( 0K ) 2’
3 4
1
Entropy (kJ/ kg K) Gambar 2.10 Skema Siklus Kompresi Uap [Ref. 5 hal 187]
22
Beberapa proses yang bekerja pada siklus refrigerasi: 1. Proses kompresi Proses kompresi berlangsung dari titik 1 ke titik 2. Pada siklus teoritis diasumsikan refrigeran 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 isentropik sehingga pada diagram tekanan entalpi, titik 1 dan titik 2 berada pada satu garis entropi konstan. Pada titik 2 uap refrigeran berada pada kondisi superheat. Proses kompresi memerlukan kerja luar, entalpi 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 di kondensasikan. 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 didalam 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
23
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 karja 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 di ekspansikan 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 adiabatik dimana entalpi fluida tidak berubah disepanjang 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.
24
2.5.3 Siklus Kompresi Uap Nyata Siklus kompresi uap sebenarnya terjadi (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 terjadi (nyata) dengan siklus teoritis dapat dilihat pada gambar 2.11
Tekanan (kPa) Bawah dingin 3 3’
2’
Penurunan tekanan 2
Siklus standar
4’
4 Penurunan tekanan
Siklus nyata
1
1’
Panas lanjut
Entalpi kJ/ kg Gambar 2.11 Perbandingan antara siklus standar dan siklus nyata [Ref. 5 hal 191]
25
2.6 Persamaan Matematika Siklus Kompresi Uap 2.6.1 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. Didalam sistem yang dilukiskan secara simbolis dalam gambar 2.12 .Keseimbangan energinya dapat dinyatakan sebagai berikut : besarnya energi yang masuk bersama aliran dititik 1 ditambah dengan besarnya energi yang ditambah kan berupa kalor dikurangi dengan besarnya energi dalam bentuk kerja dan dikurangi energi yang meninggalkan sistem pada titik 2 sama dengan besarnya perubahan energi didalam volume kendali. Ungkapan matematik untuk keseimbangan energi ini adalah dirumuskan sebagai berikut :
2 ⎡ ⎤ 2 • ⎡ ⎤ v v2 dE 1 ⎢ ⎥ + gz1 + Q − m ⎢h2 + + gz 2 ⎥ − W = m h1 + ⎢ ⎥ 2 2 dθ ⎣ ⎦ ⎢⎣ ⎥⎦ •
(2.1)
Q [W]
•1
•
m E [J]
h1 v1
•
h2
W [W]
•2
m v2 z2
Gambar 2.12 Keseimbangan Energi pada sebuah Volume Atur yang sedang Mengalami Laju Aliran steady [Ref. 5 hal 20]
26
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 : 2 ⎡ ⎤ 2 • ⎡ ⎤ v v m ⎢h1 + 1 + gz1 ⎥ + Q = m ⎢h2 + 2 + gz 2 ⎥ + W ⎢ ⎥ 2 2 ⎣ ⎦ ⎣⎢ ⎦⎥ •
(2.2)
2.6.2 Proses Kompresi Proses kompresi dianggap berlangsung secara adiabatik artinya tidak ada panas yang dipindahkan baik masuk ataupun keluar sistem. Dengan demikian harga Q = 0, Perubahan energi kinetik dan potensial juga diabaikan, sehingga kerja kompresi dirumuskan sebagai berikut : [Ref. 5 hal. 21] •
W = m (h 2 − h 1 ) •
Wc = m ref (h 2 − h 1 )
(2.3) (2.4)
27
Dimana : Wc
= Daya kompresor
h1
= Entalpi refrigeran pada titik 1 [kJ/kg]
h2
= Entalpi refrigeran pada titik 2 [kJ/kg]
•
m ref
= Laju aliran massa refrigeran [kg/s]
2.6.3 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. Dari gambar 2.10 dan persamaan (2.1), laju aliran kalor pada proses evaporasi (kapasitas pendinginan) dirumuskan sebagai berikut : [Ref. 5 hal. 21] •
Q e = m ref (h 1 − h 4 )
(2.5)
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]
•
m ref
= Laju aliran massa refrigeran [kg/s]
laju aliran kalor pada proses kondensasi (kapasitas pengembunan) dirumuskan sebagai berikut : [Ref. 5 hal. 21] •
Q k = m ref (h 2 − h 3 )
(2.6)
28
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]
•
m ref
= Laju aliran massa refrigeran [kg/s]
2.6.4 Throttling Process Proses ini terjadi pada pipa kapiler atau pada katub ekspansi. Pada proses ini tidak ada kerja yang dilakukan atau ditimbulkan sehingga w = 0. Perubahan energi kinetik dan potensial dianggap nol. Proses dianggap adiabatik sehingga Q = 0. Persamaan energi aliran menjadi : [Ref. 5 hal. 21] h3 = h4 [kJ/kg]
(2.7)
2.6.5 Efek Refrigerasi Efek refrigerasi adalah besarnya kalor yang diserap oleh refrigeran dalam evaporator pada proses evaporasi, dirumuskan sebagai berikut : [Ref. 5 hal. 187] RE = h1- h4 Dimana : RE
= Efek refrigerasi [kJ/kg]
h1
= Entalpi refrigeran pada titik 1 [kJ/kg]
h4
= Entalpi refrigeran pada titik 4 [kJ/kg]
(2.8)
29
2.6.6 Koefisien Prestasi (COP) 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 : [Ref. 5 hal. 187]
COP =
h1 − h4 h2 − h1
(2.9)
Sedangkan untuk kerja aliran massa udara dapat ditentukan dari hukum kontinuitas sebagai berikut : [Ref. 5 hal. 125]
M udara = Q × ρ (2.10)
= (A⋅V ) × ρ
Dimana : Q
= Debit aliran udara [m3/det]
A
= Luas penampang
[m2]
V
= Kecepatan udara
[m/det]
ρ
= Massa jenis udara [kg/m3]
M udara = Laju aliran massa udara [kg/det]
2.7 Efektifitas Perpindahan Panas Efektifitas perpindahan panas merupakan perbandingan laju perpindahan panas yang sebenarnya terhadap laju perpindahan maksimum yang mungkin terjadi.
30
Panas yang diserap oleh evaporator untuk mendidihkan refrigeran sebesar jumlah efektifitas perpindahan panas yang diberikan oleh udara. Sehingga menaikan suhu refrigeran sebagai penyebab turunnya temperatur udara pada keluaran evaporator. Besarnya nilai efektifitas perpindahan panas dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : [Ref 8. hal. 519] •
Laju perpindahan kalor sesungguhnya Q ε= = • Laju perpindahan kalor maksimum yang mungkin Q maks Laju perpindahan kalor yang mungkin adalah
(
•
Q maks = C c Th
masuk
− Tc
masuk
)
Laju perpindahan kalor sesungguhnya adalah •
(
Q = C h Th
masuk
− Th
keluar
)
Dimana :
ε
= Efektifitas perpindahan panas
Ch
= mh.cph, Laju aliran kapasitas panas [KJ/s 0C]
Cc
= mc.cpc, Laju aliran kapasitas dingin [KJ/s 0C]
Th
= Temperatur panas [0C]
Tc
= Temperatur dingin [0C]
