TEKNIK PENDINGIN DAN PENUKAR KALOR

BA

09

PBME3162 01

BUKU I BAHAN AJAR

TEKNIK PENDINGIN DAN PENUKAR KALOR

Penyusuan Bahan Ajar Dalam Kurikulum Berbasis Kompetensi (Kurikulum 2007) ini dibiayai dari PHKI Politeknik Negeri Bandung Departemen Pendidikan Nasional Tahun Anggaran 2009

Disusun Oleh : Ir. Haryadi, MT NIP : 131 911 646

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2010

HALAMAN PENGESAHAN

1.

Identitas Bahan Ajar a. Judul Bahan Ajar b. Mata Kuliah / Semester c. SKS (T-P) /Jam (T-P) d. Jurusan e. Program Studi e. Nomor Kode Mata Kuliah

: : : : : :

Teknik Pendingin dan Penukar Panas Teknik Pendingin dan Penukar Panas/ V 2(2-4)/(2-4) Teknik Mesin Teknik Mesin PBME3162

: : : : : :

Ir. Haryadi, MT

2. Penulis a. Nama b. NIP c. Pangkat / Golongan d. Jabatan Fungsional e. Program Studi f. Jurusan

131 911 646

III/d Lektor Teknik Mesin Teknik Mesin Bandung, 17 Juli 2010

Mengetahui, Ketua KBK

Penulis,

Ir. Ali Mahmudi, MSc. NIP.

Ir. Haryadi, MT NIP. 131 911 646 Menyetujui, Ketua Jurusan / Program Studi

Dr. Carolus Bintoro, Dipl. Ing., MT. NIP. 131932818

Teknik Pendingin dan Penukar Kalor

i

DAFTAR ISI

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................................... i DAFTAR ISI..................................................................................................................... ii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................... vi DESKRIPSI MATA KULIAH ......................................................................................... 1 CARA PENGGUNAAN................................................................................................... 1 BAB I ................................................................................................................................ 2 PENGANTAR TEKNIK PENDINGIN............................................................................ 2 1.1 1.2 1.3 1.4

Sejarah ................................................................................................................ 2 Klasifikasi Mesin Pendingin .............................................................................. 3 Kesimpulan ........................................................................................................ 6 Soal-soal ............................................................................................................. 7

BAB II............................................................................................................................... 8 TERMODINAMIKA REFRIGERASI ............................................................................. 8 2.1 Hukum-hukum Termodinamika ......................................................................... 8 2.1.1 Hukum Pertama Termodinamika ................................................................ 8 2.1.2 Hukum Kedua Termodinamika .................................................................. 9 2.2 Sifat-sifat Termodinamik Fluida ........................................................................ 9 2.3 Menurunkan Temperatur Fluida ...................................................................... 10 2.4 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap..................................................................... 13 2.5 Kinerja Mesin Refrigerasi ................................................................................ 15 2.6 Kesimpulan ...................................................................................................... 15 2.7 Soal-soal ........................................................................................................... 16 BAB III ........................................................................................................................... 17 KOMPONEN MESIN REFRIGERASI.......................................................................... 17 3.1 Komponen-komponen Utama .......................................................................... 18 3.1.1 Kompresor ................................................................................................ 18 3.1.2 Kondenser ................................................................................................. 20 3.1.3 Penurun Tekanan ...................................................................................... 20 3.1.4 Evaporator ................................................................................................. 21 3.2 Komponen Pembantu ....................................................................................... 22 3.2.1 Filter Dryer ............................................................................................... 22 3.2.2 Katup Selenoid .......................................................................................... 23


ii

3.2.3 Sight Glass ................................................................................................ 23 3.2.4 Access Port ............................................................................................... 23 3.2.5 Liquid Reciver .......................................................................................... 23 3.3 Peralatan Kontrol ............................................................................................. 24 3.3.1 Termostat .................................................................................................. 24 3.3.2 High-Low Pressurestat .............................................................................. 24 3.3.3 Pelindung Kelebihan Beban Motor........................................................... 24 3.4 Refrigeran ......................................................................................................... 25 3.4.1 Penomoran Refrigeran Halokarbon .......................................................... 25 3.4.2 Sifat Mampu Nyala dan Tingkat Racun Refrigeran Halokarbon ............. 26 3.4.3 Refrigeran Halokarbon dan Lingkungan Hidup ....................................... 26 3.5 Kesimpulan ...................................................................................................... 28 3.6 Soal-soal ........................................................................................................... 28 BAB IV ........................................................................................................................... 30 PERALATAN INSTALASI ........................................................................................... 30 4.1 Peralatan Pimipaan ........................................................................................... 30 4.1.1 Pemotong Pipa (Cutter) ............................................................................ 30 4.1.2 Pembengkok Pipa (Bender) ...................................................................... 31 4.1.3 Alat untuk flaring and swaging ................................................................. 31 4.2 Alat Brazing ..................................................................................................... 32 4.3 Peralatan Penanganan Refrigeran .................................................................... 33 4.3.1 Pompa Vakum........................................................................................... 33 4.3.2 Gauge Manifold ........................................................................................ 34 4.3.3 Alat Pendeteksi Kebocoran ....................................................................... 36 4.4 Kesimpulan ...................................................................................................... 36 4.5 Soal-soal ........................................................................................................... 36 BAB V ............................................................................................................................ 37 PENGANTAR PEREPINDAHAN PANAS .................................................................. 37 5.1 Konsep dasar perpindahan panas ..................................................................... 37 5.1.1 Konduksi ................................................................................................... 37 5.1.2 Konveksi ................................................................................................... 39 5.1.3 Radiasi ...................................................................................................... 39 5.1.4 Perpindahan Panas yang Sebenarnya ........................................................ 40 5.2 Sifat-sifat Termal Material ............................................................................... 41 5.3 Analogi panas/kalor dan listrik. ....................................................................... 42 5.4 Kesimpulan ...................................................................................................... 43 5.5 Soal-soal ........................................................................................................... 44 BAB VI ........................................................................................................................... 45 PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI ........................................................................ 45 6.1

Konduksi pada Dinding Datar Satu Dimensi ................................................... 45 Teknik Pendingin dan Penukar Kalor

iii

6.1.1 Konduksi Tunak pada Dinding Datar Lapis Rangkap .............................. 45 6.1.2 Konduksi pada Dinding Paralel ................................................................ 47 6.1.3 Susunan Kombinasi Seri-Paralel .............................................................. 47 6.2 Konduksi pada Silinder .................................................................................... 48 6.2.1 Silinder Tunggal ....................................................................................... 48 6.2.2 Silinder Ganda Konsentris ........................................................................ 49 6.3 Kesimpulan ...................................................................................................... 49 6.4 Soal-soal ........................................................................................................... 49 BAB VII .......................................................................................................................... 51 KONVEKSI .................................................................................................................... 51 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6

Aliran Laminer di dalam Pipa .......................................................................... 52 Aliran Turbulen di dalam Pipa ......................................................................... 52 Aliran di Luar Pipa ........................................................................................... 53 Aliran Konveksi pada Susunan Kelompok Pipa .............................................. 54 Kesimpulan ...................................................................................................... 55 Soal-soal ........................................................................................................... 55

BAB VIII ........................................................................................................................ 56 DASAR PENUKAR PANAS ......................................................................................... 56 8.1 Jenis Penukar kalor .......................................................................................... 56 8.1.1 Penukar kalor pipa ganda ( Concentric tube heat exchanger ) ................. 56 8.1.2 Penukar Panas Selongsong dan Pipa (Shell and Tube) ............................. 57 8.1.3 Penukar Panas Alir Silang ( Cross-flow Heat Exchanger ) ...................... 60 8.1.4 Penukar Kalor Kompak (Compact heat exchanger) ................................. 60 8.2 Perhitungan Kapasitas Penukar Panas ............................................................. 61 8.2.1 Metode LMTD .......................................................................................... 61 8.2.2 Metode NTU ............................................................................................. 62 8.3 Kesimpulan ...................................................................................................... 63 8.4 Soal-soal ........................................................................................................... 63 BAB IX ........................................................................................................................... 65 ESTIMASI BEBAN PENDINGINAN ........................................................................... 65 9.1 Faktor-faktor dalam estimasi beban pendinginan ............................................ 65 9.2 Jenis Beban Pendinginan.................................................................................. 65 9.3 Psikrometri ....................................................................................................... 66 9.4 Dasar-dasar Estimasi Beban Pendinginan ........................................................ 67 9.4.1 Kondisi perencanaan Udara Luar ............................................................. 67 9.4.2 Kondisi Perencanaan Dalam Ruangan ...................................................... 67 9.4.3 Lembar Perhitungan Beban Penyegaran Udara ........................................ 68 9.5 Kesimpulan ...................................................................................................... 75 9.6 Soal-soal ........................................................................................................... 76


iv

REFERENSI ................................................................................................................... 78 GBPP (Garis-garis Besar Program Pengajaran) ............................................................. 79 SAP (Satuan Acara Perkuliahan) .................................................................................... 80


v

DAFTAR GAMBAR

Gambar I-1 Mesin refrigerasi absorpsi ............................................................................ 4 Gambar I-2 Mesin refrigerasi siklus udara ...................................................................... 5 Gambar I-3 Mesin refrigerasi siklus ejektor uap ............................................................. 5 Gambar II-1 Diagram T – v dari fluida............................................................................. 9 Gambar II-2 Diagram Molier R 134a ............................................................................. 11 Gambar II-3 Diagram Molier R 22 ................................................................................ 12 Gambar II-4 Diagram T – v dari fluida Diagram T –s dan P – h dari siklus refregerasi kompresi uap ........................................................................................... 13 Gambar II-5 Skema peralatan utama siklus refrigerasi kompresi uap ........................... 14 Gambar III-1 Komponen-komponen mesin refrigerasi ................................................. 17 Gambar III-2 Jenis kompresor refrigerasi menurut cara karjanya .................................. 18 Gambar III-3 Jenis kompresor refrigerasi menurut letak motornya: terbuka, hermetik dan semihermetik .................................................................................... 19 Gambar III-4 Berbagai jenis kondenser ......................................................................... 20 Gambar III-5 Katup ekspansi termostatik ..................................................................... 21 Gambar III-6 Jenis-jenis evaporator ............................................................................. 22 Gambar III-7 Filter dryer, tipe replaceble dan core ..................................................... 23 Gambar III-8 Katup selenoid ........................................................................................ 23 Gambar III-9 Sight glass ............................................................................................... 23 Gambar III-10 Hi-lo Pressurestat .................................................................................... 24 Gambar III-11 Cara penomoran hidrokarbon ................................................................. 26 Gambar III-12 ODP bebagai jenis refrigeran .................................................................. 27 Gambar III-13 GWP bebagai jenis refrigeran................................................................. 27 Gambar IV-1 Alat pemotong pipa dan alat pemotong pipa kapiler .............................. 31 Gambar IV-2 Alat pembengkok pipa ............................................................................ 31 Gambar IV-3 Alat flaring dan swaging ......................................................................... 32 Gambar IV-4 Alat-alat brazing ..................................................................................... 33 Gambar IV-5 Gauge Manifod, dua laluan dan empat laluan ........................................ 34 Gambar IV-6 Prinsip kerja manifold ............................................................................. 35 Gambar IV-7 Manfold empat laluan ............................................................................. 35


vi

Gambar V-1 Konduksi pada kawat .............................................................................. 38 Gambar V-2 Konduksi satu dimensi pada dinding pelat ............................................. 38 Gambar V-3 Konveksi ................................................................................................. 39 Gambar V-4 Radiasi .................................................................................................... 40 Gambar V-5 Konduktivitas berbagai material ............................................................. 41 Gambar V-6 Konduktivitas berbagai padatan.............................................................. 41 Gambar V-7 Konduktivitas berbagai gas ..................................................................... 42 Gambar V-8 Konduksi konveksi ................................................................................. 43 Gambar VI-1 Konduksi tunak pada dinding datar lapis rangkap .................................. 46 Gambar VI-2 Konduksi tunak pada dinding datar paralel ............................................ 47 Gambar VI-3 Konduksi tunak pada dinding datar kombinasi seri dan paralel ............. 48 Gambar VI-4 Konduksi tunak pada silinder ................................................................. 48 Gambar VI-5 Konduksi silider ganda konsentris .......................................................... 49 Gambar VII-1 Konveksi pada dinding luar silinder ....................................................... 53 Gambar VII-2 Susunan kelompok pipa: (a) Tegak (b) Miring ...................................... 54 Gambar VIII-1 Penukar panas pipa ganda, paralel dan berlawanan arah ....................... 56 Gambar VIII-2 Jenis-jenis selongsong menurut TEMA ................................................ 57 Gambar VIII-3 Jenis-jenis susunan pipa ........................................................................ 58 Gambar VIII-4 Pengaturan deretan pipa ........................................................................ 59 Gambar VIII-5 Pengaturan deretan pipa:....................................................................... 59 Gambar VIII-6 Penukar panas kompak ......................................................................... 60 Gambar VIII-7 Distribusi temperatur pada penukar panas pipa ganda ......................... 61 Gambar VIII-8 Faktor koreksi untuk penukar panas selongsong pipa .......................... 61 Gambar VIII-9 Efektivitas untuk penukar panas selongsong pipa ................................ 63 Gambar IX-1 Skema diagram psikrometri................................................................... 66 Gambar IX-2 Sudut deklinasi matahari ........................................................................ 69 Gambar IX-3

Faktor amplitudo dan kelambatan waktu untuk dinding beton ............. 73


vii

DAFTAR TABEL

Tabel I-1 Aplikasi mesin refrigerasi ................................................................................ 6 Tabel V-1 Analogi listrik - kalor .................................................................................... 42 Tabel VII-1 Harga khas koefisien perpindahan panas konveksi .................................... 52 Tabel VII-2 Harga C dan m untuk aliran melintang pipa tunggal .................................. 53 Tabel VII-3 Harga C dan m untuk persamaan konveksi pada sekelompok pipa ............ 54 Tabel IX-1 Kondisi temperatur dan kelembaban untuk berbagai keperluan ................. 68 Tabel IX-2 Faktor transmisi dari jendela ....................................................................... 70 Tabel IX-3 Jumlah penggantian N vetilasi alami ........................................................... 71 Tabel IX-4 Kebutuhan udara untuk penghuni untuk penyegaran .................................. 71 Tabel IX-5 Jumlah panas per orang dan faktor kelompok.............................................. 74 Tabel IX-6 Beban panas kegiatan masak dan makanan ................................................. 75 Tabel IX-7 Ringkasan Lembar Perhitungan Beban ....................................................... 77


viii

DESKRIPSI MATA KULIAH

Mata Kuliah Identitas

Judul Mata Kuliah

: Teknik Pendingin dan Penukar Kalor

Nomor Kode / SKS

: KBME 2082 / 2

Semester / Tingkat

: III / 1

Prasyarat

: Termodinamika

Jumlah Jam/Minggu

: 4

Ringkasan Topik / Silabus Mata kuliah Teknik Pendingin dan Penukar Kalor membahas Teknik Refrigerasi dan penyejuk AC digunakan untuk mendinginkan produk, proses, atau lingkungan gedung. Kompetensi Yang Ditunjang 1. Menghitung daya kompresor dan koefisien performansi mesin refrigerasi. 2. Menginstalasi dan memperbaiki mesin refrigerasi. 3. Menghitung kapasitas penukar panas. 4. Menghitung beban pendingin secara sederhana. 5. Tujuan Pembelajaran Umum 1. Mahasiswa memahami berbagai teknik refrigerasi. 2. Mahasiswa memahami cara kerja mesin refrigerasi kompresi uap dan komponen-komponennya, menghitung kinerja dan kebutuhan dayanya. 3. Mahasiswa dapat menginstalasi dan memperbaiki mesin refrigrasi. 4. Mahasiswa memahami cara kerja penukar panas dan dapat mengitung kapasitasnya. 5. Mahasiswa dapat menghitung beban pendinginan secara sederhana. Tujuan Pembelajaran Khusus 1. Memberikan wawasan dan pengetahuan kepada mahasiswa mengenai sejarah teknik pendingin, berbagai macam metode pendinginan, jenis-jenis refrigerasi termodinamik, dan penggunaan teknik pendinginan dalam kehidupan sehari-hari. 2. Mahasiswa mampu memahami aspek termodinamika dari mesin pendingin siklus kompresi uap. 3. Mahasiwa dapat memahami komponen-komponen sistem mesin refrigerasi 4. Mahasiswa mengetahui jenis dan cara kerja peralatan instalasi referigerasi.


1

5. Mahasiswa memahami dasar-dasar perpindahan panas untuk perhitungan penukar kalor. 6. Memahami prinsip perpindahan panas konduksi tunak (steady) dan diagram termal pada dinding datar dan silinder. 7. Memahami prinsip perpindahan panas konveksi paksa di dalam dan di luar pipa, serta kelompok pipa. 8. Memahami dasar dan prinsip perpindahan kalor pada penukar panas 9. Memahami dasar dan prinsip estimasi/perhitungan beban pendinginan.

Judul Buku Ajar

2

CARA PENGGUNAAN

Pedoman Mahasiswa

1. Bacalah dan pelajarilah setiap uraian materi setiap bab dalam bahan ajar ini secara runtut, teliti, dan cermat. 2. Catat atau tandai hal-hal yang anda anggap penting. 3. Apabila ada yang kurang jelas, diskusikan dengan teman-teman anda atau carilah sumber lain yang sesuai atau tanyakan kepada penyusun bahan ajar ini. 4. Setelah anda memahami uraian materi dalam setiap bab, baca referensi untuk memperkuat pemahaman.

Pedoman Pengajar 1. Bacalah dan pelajarilah setiap uraian materi setiap bab dalam bahan ajar ini secara runtut, teliti, dan cermat. 2. Catat atau tandai hal-hal yang anda anggap penting. 3. Apabila ada yang kurang jelas, diskusikan dengan pengajar yang lain atau carilah sumber lain yang sesuai atau tanyakan kepada penyusun bahan ajar ini. 4. Setelah anda memahami uraian materi dalam setiap bab, baca referensi untuk memperkuat pemahaman. 5. Catat ketidakterkaitan antar bab dalam bahan ajar ini. 6. Catat ketidaksinambungan dengan mata kuliah yang berperan (tergabung) sebagai satu modul dalam sistem pendidikan. Penggunaan Ilustrasi dalam Bahan Ajar 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Foto Gambar Sketsa Tabel Grafik Diagram Skema


1

BAB I

PENGANTAR TEKNIK PENDINGIN

Pembelajaran Umum Tujuan

1. Memberikan wawasan dan pengetahuan kepada mahasiswa mengenai sejarah teknik pendingin, berbagai macam metode pendinginan, jenis-jenis refrigerasi termodinamik, dan penggunaan teknik pendinginan dalam kehidupan seharihari.

Tujuan Pembelajaran Khusus 1. Mahasiswa bersikap positif terhadap teknik pendingin.

2. Mahasiswa dapat menyebutkan berbagai metoda pendinginan. 3. Mahasiswa dapat menyebutkan berbagai jenis siklus pendingin termodinamik. 4. Mahasiswa dapat menyebutkan berbagai jenis penggunaan pendinginan.

1.1 Sejarah Teknik pendingin atau refrigerasi didefinisikan sebagai teknik atau metoda untuk menghasilkan kondisi bertemperatur rendah atau menjaga sesuatu tetap bertemperatur rendah. “Bertemperatur rendah” dalam bahasa sehari-hari biasa disebut “dingin”. Teknik pendingin atau refrigerasi juga bisa diartikan sebagai teknik pengambilan atau pemindahan kalor dari suatu zat atau tempat terisolasi ke zat atau tempat lain. Teknik untuk menghasilkan zat bertemperatur sangat rendah (di bawah 150°C) disebut kriogenik. Penggunaan es untuk mendinginkan dan mengawetkan makanan telah dimulai sejak zaman prasejarah. Dari masa ke masa, pemanenan salju dan es musiman adalah praktek rutin dari sebagian besar budaya kuno, seperti: Cina, Ibrani, Yunani, Roma, Persia. Es dan salju disimpan di gua-gua atau lubang-lubang yang dilapisi dengan jerami atau bahan isolasi lain. Persia es disimpan dalam lubang-lubang disebut yakhchals. Praktek ini memungkinkan pengawetanan makanan pada masa-masa yang lebih hangat, dan berjalan dengan baik selama berabad-abad. Pada abad ke-16, penemuan kimia pendingin adalah salah satu langkah pertama yang signifikan menuju pembuatan mesin pendingin. Natrium nitrat atau kalium nitrat, saat ditambahkan ke air, menurunkan suhu air dan menciptakan semacam mandi untuk mendinginkan zat pendingin. Di Italia, teknik ini digunakan untuk mendinginkan anggur. Selama paruh pertama abad ke-19, pemanenan es menjadi bisnis besar di Amerika. Frederic Tudor dari New England, yang menjadi dikenal sebagai "Raja Es", mengembangkan insulasi yang lebih baik untuk pengiriman es jarak jauh, terutama untuk daerah tropis. Teknik Pendingin dan Penukar Kalor

2

Seorang Amerika yang tinggal di Britania Raya, Jacob Perkins, memperoleh paten pertama untuk sistem pendingin kompresi uap-pada tahun 1834. Perkins

membangun sebuah sistem prototipe dan benar-benar bekerja, meskipun tidak berhasil secara komersial.

Tahun 1902, Dr Willis H. Carrier ("Bapak Penyejuk Udara") membangun AC

pertama untuk memerangi kelembaban di dalam sebuah perusahaan percetakan, sehingga memungkinkan pectakan empat warna. Pada masa sekarang ini banyak industri yang bergantung pada pengkondisian udara untuk melangsungkan proses. Pada tahun 1908, sistem pendingin kompresi uap tertutup disajikan pertama di dunia, pada Kongres Internasional Pertama Pendinginan dengan sukses. Prestasi ini merupakan revolusi pendingin karena tidak membutuhkan refrigeran tambahan selama hidup operasinya.

Bioskop dengan pengkondisi udara (AC) pertama dibuka di Los Angeles, California (Grauman Metropolitan Teater), pada tahun 1920.

1.2 Klasifikasi Mesin Pendingin Saat ini aplikasi mesin pendingin meliputi bidang yang sangat luas, mulai dari keperluan rumah tangga, pertanian, sampai ke industri gas, petrokimia, perminyakan dsb. Berbagai jenis mesin pendingin yang bekerja berdasarkan berbagai proses dan siklus dapat ditemui dalam praktek. Namun demikian mesin pendingin dapat dikelompokan berdasarkan jenis siklusnya dan jenis pemakaiannya. Pedinginan dapat dilakukan dengan berbagai cara. Berdasarkan jenis siklusnya mesin refrigerasi dapat dikelompokan menjadi: 1. Mesin pendingin siklus termodinamika. 2. Mesin pendingin silus termo-elektrik. 3. Mesin pendingin siklus termo-magnetik. Pendingin termoelektrik menggunakan efek Peltier untuk membuat fluks panas di antara juction dua jenis material. Pendingin Peltier, pemanas, atau pompa panas termoelektrik adalah pompa panas solid-state yang memindahkan panas dari dingin ke panas, dengan menggunakan energi listrik.. Cukup menghubungkannya ke tegangan DC akan menyebabkan satu sisi mendingin, sementara sisi lain menghangat. Pendinginan magnetik bisa dilakukan dengan menurunkan kuat medan magnet pada zat paramagnetik, seperti tawas besi amonium. Yang termasuk mesin refrigerasi siklus termodinamika antara lain: 1. Mesin refrigerasi Siklus Kompresi Uap. 2. Mesin refrigerasi Siklus Absorbsi. 3. Mesin refrigerasi Siklus Jet Uap. 4. Mesin refrigerasi Siklus Udara. 5. Mesin refrigerasi Tabung Vorteks. Judul Buku Ajar

3

6. Pendinginan Evaporatif.

Beberapa dari mesin refrigerasi siklus termodinamika yang penting, akan diterangkan di sini. Mesin refrigerasi siklus kompresi uap, akan dibahas pada bab II.

Mesin refrigerasi absorbsi mempunyai enam buah seperti yang ditunjukan pada

Gambar I.1. Untuk menaikkan tekanan, mesin refrigerasi absorbsi menggunakan absorber, pompa dan generator. Fluida kerja yang digunakan adalah campuran tak bereaksi seperti air (H2O) – ammonia (NH3), atau Lithium Bromida (LiBr2) – Air (H2O). Pada sistem H2O – NH3, air berfungsi sebagai absorben dan amonia berfungsi sebagai refrigeran. Sedangakan pada sistem LiBr2 – H2O, LiBr2 berfungsi sebagai absorben dan H2O berfungsi sebagai refrigeran.

Campuran refrigeran – absorben dipanaskan di dalam generator sehingga

refrigeran menguap dan terpisah dari absorben. Uap refrigeran selanjutnya dimurnikan dalam rectifier dengan mendinginkannya sehingga uap absorben yang terbawa akan mengembun dan mengalir kembali ke generator. Uap refrigeran murni kemudian diembunkan di kondensor; kondensatnya kemudian diekspansikan dan menyerap panas dengan penguapan di evaporator. Uap refrigeran yang keluar dari evaporator dicampur dengan absorben (larutan lemah) yang keluar dari generator; melewati katup ekspansi agar tekanannya sama dengan tekanan evaporator. Proses absorbsi refrigeran biasanya berlangsung secara eksotermal; hasil dari proses ini akan menghasilkan campuran refrigeran - absorben (larutan kuat) yang selanjutnya dipompakan ke generator.

Gambar I-1 Mesin refrigerasi absorpsi

Selain mesin refrigerasi absorbsi, mesin refrigerasi siklus udara termasuk yang banyak digunakan. Biasanya digunakan pada pesawat terbang, dan sistem ini baru bekerja apabila pesawat telah terbang. Udara luar dengan kecepatan tinggi ditangkap oleh difusor sehingga kecepatannya menjadi lebih lambat ketika memasuki sistem. Proses ini akan menyebabkan temperatur dan tekanan udara Judul Buku Ajar

4

meningkat. Untuk menurunkan temperaturnya maka udara dilewatkan pada ekspander turbo sebelum memasuki kabin pesawat dan menyerap beban panas

yang timbul di sana. Udara kemudian dialirkan ke luar pesawat dengan menggunakan kompresor.

Gambar I-2 Mesin refrigerasi siklus udara

Mesin refrigerasi ejektor uap, air digunakan sebagai refrigeran. Air dididihkan di boiler, uap yang terbentuk dilewatkan dalam ejektor. Seksi tekanan rendah dalam ejektor dihubungkan dengan evaporator dengan demikian tekanan evaporator menjadi rendah dan uap yang terbentuk tertarik oleh aliran uap berkecepatan tinggi dalam ejektor dan dibawa ke kondensor untuk diembunkan. Kondensat yang terjadi dalam kondensor sebagian dialirkan ke eavaporator setelah melewati katup ekspansi dan sisanya masuk ke dalam boiler untuk diuapkan kembali. Gambar I.3 menunjukkan skema mesin refrigerasi eektor uap..

Gambar I-3

Mesin refrigerasi siklus ejektor uap

Judul Buku Ajar

5

Berdasarkan aplikasinya mesin refrigerasi dapat dikelompokan seperti yang ditunjukan pada Tabel I.1.

Tabel I-1 Aplikasi mesin refrigerasi

Jenis Mesin refrigerasi Refrigerasi Domestik Refrigerasi Komersial

Refrigerasi Industri

Refrigerasi transport

Pengkondisian udara domestik dan komersial Chiller Mobile Air Condition (MAC)

Contoh Lemari es, dispenser air Pendingin minuman botol, box es krim, lemari pendingin supermarket Pabrik es, cold storage, mesin pendingin untuk industri proses Refrigerated truck, train and containers AC window, split, dan package. Water cooled and air cooled chillers AC mobil

1.3 Kesimpulan Manfaat pendinginan sudah diketahui sejak lama, terutama untuk pengawetan makanan. Jacob Perkins, memperoleh paten pertama untuk sistem pendingin kompresi uap-pada tahun 1834. Mesin refrigerasi bekembang dari waktu ke waktu sebelum sampai ke bentuk yang sekarang ini. Tahun 1902, Dr Willis H. Carrier ("Bapak Penyejuk Udara") membangun AC pertama untuk memerangi kelembaban di dalam sebuah perusahaan percetakan, sehingga memungkinkan pecetakan empat warna. Berdasarkan jenis siklusnya mesin refrigerasi dapat dikelompokan menjadi: 1. Mesin pendingin siklus termodinamika. 2. Mesin pendingin silus termo-elektrik. 3. Mesin pendingin siklus termo-magnetik. Yang termasuk mesin refrigerasi siklus termodinamika antara lain: 1. Mesin refrigerasi Siklus Kompresi Uap. 2. Mesin refrigerasi Siklus Absorbsi. 3. Mesin refrigerasi Siklus Jet Uap. 4. Mesin refrigerasi Siklus Udara. 5. Mesin refrigerasi Tabung Vorteks. 6. Pendinginan Evaporatif. Aplikasi mesin refrigerasi tedapat pada bebagai bidang yang luas, termasuk: Refrigerasi Domestik, Refrigerasi Komersial, Refrigerasi Industri, Judul Buku Ajar

6

Refrigerasi transport, Pengkondisian udara domestik dan komersial, Chiller, dan Mobile Air Condition.

1.4 Soal-soal 1. Jelaskan secara singkat perkembangan refrigerasi.

2. Sebutkan jenis-jenis mesin refrigerasi menurut siklusnya. 3. Sebutkan jenis-jenis mesin refrigerasi siklus termodinamika.

4. Sebutkan aplikasi mesin refrigerasi pada kehidupan sehari-hari.

Judul Buku Ajar

7

BAB II

TERMODINAMIKA REFRIGERASI

Tujuan Pembelajaran Umum 1. Mahasiswa mampu memahami aspek termodinamika dari mesin pendingin siklus kompresi uap. Pembelajaran Khusus Tujuan

1. Mahasiwa dapat menjelaskan hukum-hukum termodinamika yang berkaitan dengan refrigerasi.

2. Mahasiwa dapat menjelaskan sifat-sifat fluida yang berkaitan dengan refrigerasi. 3. Mahasiwa dapat menjelaskan cara menurunkan temperatur fluida. 4. Mahasiwa dapat menjelaskan cara kerja siklus refrigerasi kompresi uap. 5. Mahasiwa dapat menghitung kinerja mesin refrigerasi

2.1 Hukum-hukum Termodinamika Mesin pendingin bekerja berdasarkan prinsip-prinsip termodinamika. Oleh karena itu perlu kiranya mengingat kembali hukum-hukum termodinamika. Kita mengenal hukum pertama dan hukum kedua termodinamika. Akan tetapi sebelum kedua hukum tersebut, ada suatu prinsip yang dikenal dengan hukum ke-nol termodinamika, yaitu bahwa panas atau kalor hanya berpindah dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. Selanjutnya akan dibahas hukum pertama dan hukum kedua termodinamika. 2.1.1 Hukum Pertama Termodinamika Hukum termodinamika pertama adalah hukum kekekalan energi dan merupakan ekspresi dari prinsip konservasi energi. Energi tak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan; energi hanya dapat berubah bentuk dari satu bentuk energi ke bentuk energi yang lain. Selama berinteraksi, antara sistem dan sekeliling, jumlah energi yang didapat oleh sekeliling harus sama dengan energi yang dilepas oleh sistem, atau sebaliknya. Energi dapat berbentuk panas atau kalor, kerja, energi kinetik, energi potensial, atau bentuk lain. Dalam pembahasan mesin refrigerasi, yang diperhitungkan hanyalah perubahan-perubahan energi kalor dan kerja. Perubahan energi dalam bentuk kinetik dan potensial diabaikan.


8

2.1.2 Hukum Kedua Termodinamika

Untuk memahami perubahan-perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lain tidak cukup dengan hukum ke-nol dan kekalan energi saja. Misalnya, perubahan energi yang terjadi pada peristiwa jatuhnya suatu benda ke atas tanah dapat diterangkan dengan hukum pertama. Tanah dan benda menjadi naik temperaturnya akibat benda yang jatuh di atasnya. Akan tetapi tidak pernah terjadi, secara sepontan tanah menjadi dingin, dan benda di atasnya meloncat ke atas. Untuk menerangkan peristiwa ini diperlukan hukum kedua termodinamika.

Hukum kedua termodinamika berkenaan dengan suatu besaran yang disebut sebagai entropi. Entropi menggambarkan keteraturan atau keterorganisasian energi. Energi yang teratur dan terorganisasi memiliki entropi yang rendah. Energi dalam bentuk mekanik, kinetik atau kerja dipandang sebagai energi yang terorganisasi secara sempurna, sehingga meliliki entropi sama dengan nol. Pada dasarnya kemanfaatan energi tidak cukup tergambar pada besarnya saja, akan tetapi juga harus melihat keterorgasisasiannya. Energi yang sudah dimanfaatkan, akan makin tidak terorganisasi. Oleh karena itu pada setiap peristiwa yang terjadi secara sepontan, maka akan terjadi produksi entropi, atau terjadi kenaikan jumlah entropi dari semua yang terlibat. 1 Hukum kedua termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut:

• Jika jumlah entropi sesudah proses lebih besar dari sebelumnya maka proses akan berlangsung sepontan dan ireversibel (tidak bisa kembali seperti semula). • Jika jumlah entropi sesudah proses sama dengan sebelumnya maka proses akan reversibel. • Jika jumlah entropi sesudah proses lebih kecil dari sebelumnya maka proses tidak bisa berlangsung atau mustahil.

2.2 Sifat-sifat Termodinamik Fluida Refrigerasi siklus termodinamika, memanfaatkan fluida sebagai objek siklus yang akan digunakan untuk mencapai tujuannya. Obek siklus ini biasa disebut fluida kerja, yang khusus untuk refrigerasi diesebut refrigeran. Untuk itu perlu dibahas mengenai sifat-sifat termodinamik fluida.

Gambar II-1 Diagram T – v dari fluida

Judul Buku Ajar

9

Dalam termodinamika, sifat-sifat fluida dinyatakan dalam bentuk persamaan matematika, tabel atau diagram tingkat keadaan. Gambar 2.1 menunjukkan sifat

fluida skema diagram temperatur-volumespesifik (T-v) dari suatu fluida. Garis putus-putus menunjukkan lintasan tingkat keadaan bila suatu cairan dipanaskan pada tekanan konstan. Sifat-sifat fluida terangkum dalam uraian berikut ini:

Bila fluida cair dipanaskan pada tekanan tertentu yang konstan, maka akan terjadi kenaikan temperatur.

Bila dipanaskan lebih lanjut sampai mencapai temperatur didihnya, fluida tersebut akan mendidih, yang berarti mulai ada perubahan fasa. Bila dipanaskan lagi, akan terjadi perubahan fasa dari cair menjadi uap, sampai

semua cairan menjadi uap. Selama perubahan fasa ini, fluida tidak mengalami kanaikan temperatur, dan tetap bertahan pada temperatur pendidihannya semula.

Bila dipanaskan lagi, barulah fluida akan mengalami kenaikan temperratur kembali. Kondisi ini disebut superpanas. Apa yang terjadi jika proses di atas dilakukan pada tekanan yang lebih tinggi? Ternyata temperatur didihnya akan meningkat, seperti yang terlihat pada P2.

2.3 Menurunkan Temperatur Fluida Refrigerasi adalah proses penurunan temperatur atau pendinginan. Seperti telah disebutkan sebelumnya panas hanya dapat berpindah dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. Pada proses refrigerasi, diperlukan suatu cara agar diperoleh benda dingin tidak sekedar dengan mengkontakkannya dengan benda lain yang lebih dingin. Secara termodinamik, fluida dapat diturunkan temperaturnya dengan menurunkan tekananannya. Agar hal ini dapat berlangsung secara terus-menerus maka penurunan tekanan ini perlu dilakukan dalam bentuk siklus. Dengan demikian, untuk mendapatkan suatu pendinginan yang terus-menerus, bisa dilakukan dalam bentuk siklus berikut ini: 1. Dimulai dengan menurunkan tekanan fluida, sehingga mecapai temperatur yang diinginkan. Hal ini akan mudah dilakukan bila fluida tersebut bertakanan tinggi. 2. Menggunakan fluida dingin tersebut untuk melakukan pendinginan. 3. Menaikkan tekanan, dengan demikian temperaturnya akan naik bersamaan dengan naiknya tekanan. Untuk menaikkan tekanan ini diperlukan kerja mekanik. 4. Mendinginkan atau melakukan pelepasan kalor dari fluida yang bertekanan dan bertemperatur tinggi tersebut, misalnya dengan udara bertemperatur kamar, sehingga diperoleh fluida yang bertekanan tinggi, dengan temperatur yang mendekati temperatur kamar. Selanjutnya dapat dibangun suatu mesin referigerasi yang bekerja secara siklus.

Judul Buku Ajar

10

BAB III

KOMPONEN MESIN REFRIGERASI


1. Mahasiwa dapat memahami komponen-komponen sistem mesin refrigerasi Tujuan Pembelajaran Khusus 1. Mahasiswa dapat menjelaskan fungsi dan cara kerja komponen utama sistem mesin refrigerasi 2. Mahasiswa dapat menjelaskan fungsi dan cara kerja komponen pembantu sistem mesin refrigerasi

3. Mahasiswa dapat menjelaskan fungsi dan cara kerja peralatan kontrol sistem mesin refrigerasi Sebagai suatu sistem, mesin refrigerasi terdiri atas berbagai komponen. Untuk mudahnya, komponen-komponen itu dibagi menjadi 3 kelompok, yaitu: 1. Komponen utama: yaitu komponen yang tanpa komoponen tersebut mesin refrigerasi sama sekali tidak dapat bekerja. 2. Komponen pendukung: yaitu komponen yang mendukung komponen utama. 3. Komponen pengontrol: yaitu komponen yang digunakan untuk mengontrol kerja mesin refrigerasi. Tidak semua sistem mesin refrigerasi memiliki komponen yang lengkap mencakup semua komponen di atas. Pada umumnya, makin besar kapasitas pendinginan, diperlukan komponen yang makin lengkap. Gambar 3.1 menunjukkan skema sistem mesin refrigerasi. Bab ini akan membahas komponen-komponen tersebut secara lebih detail.

Gambar III-1 Komponen-komponen mesin refrigerasi


17

3.1 Komponen-komponen Utama

3.1.1 Kompresor Pada sistem mesin refrigerasi kompresor berfungsi seperti jantung. Kompresor berfungsi untuk mensirkulasikan refrigeran dan menaikan tekanan refrigeran

agar dapat mengembun di kondensor pada temperatur di atas temperatur udara sekeliling.

Berdasarkan cara kerjanya, kompresor yang biasa dipakai pada sistem refrigerasi dapat dibagi menjadi:

1. Kompresor perpindahan (positive displacement): yaitu kompresor yang memerangkap refrigeran dalam suatu ruangan yang terpisah dari saluran masuk dan keluarnya, kemudian dimampatkan. Kompresor ini dapat dibagi lagi menjadi: a. Bolak-balik (reciprocating): kompresor torak. b. Putar (rotary): i. Kompresor sudu luncur (rotary vane atau sliding vane) ii. Kompresor ulir (screw) iii. Kompresor gulung (Scroll) 2. Kompresor turbo: yaitu kompresor yang melakukan transfer momentum sudut secara kontinyu dari impeler ke uap refrigeran, dan selanjutnya dikonversi menjadi kenaikan tekanan. Kompresor jenis turbo yang digunakan pada sistem refrigerasi hanyalah kompresor sentrifugal saja. Rasio kompresi ditingkatkan dengan menyusun impeler-impeler dalam susunan seri (multi-stage). Kompresor sentrifugal digunakan pada kapasitas pendinginan dari 200 sampai 5000 TR (1 ton refrigerasi = 3,5168 kW ) kadang sampai 10.000 TR.

Gambar III-2 Jenis kompresor refrigerasi menurut cara karjanya

Judul Buku Ajar

18

3.3 Peralatan Kontro ontrol

Perlatan kontrol trol di digunakan untuk pengaman dan menjagaa sistem siste refrigerasi agar menghasilkann kon kondisi, seperti temperatur dan kelembaban, n, yang yan diinginkan.

3.3.1 Termostat

Termostat merupa erupakan alat kontrol yang digunakan untuk uk menjaga me temperatur ruangan atauu pro produk pada harga yang diinginkan. Secara ecara umum, termostat terdiri dari:

1. Peralatann mas masukan (input device): yang menerima ima masukan, m berupa temperatur tur yan yang kita inginkan. 2. Sensor tempera emperatur: yang membaca temperatur ruangan n atau produk. 3. Pengolahh siny sinyal dan komparator: yang mengolah data dari temperatur masukan dan sensor temperatur, kemudian membanding andingkan, mengambil keputusann dan mengeluarkan perintah kepada aktuator. 4. Aktuator: r: yan yang melakukan tindakan pengotrolan,, misalkan misa mematikan kompresor or dan menutup aliran refrigeran. 3.3.2 High-Low Pressu ssurestat High-Low Pressur ressurestat (HLPStat atau Hi-Lo Pressurestat) t) terdiri terd dari 2 bagian, yaitu High Pressur ressurestat dan Low Pressurestat. High Pressuresta surestat berfungsi untuk menjaga sisii tekan tekanan tinggi tidak terlalu tinggi, sedangkan kan Low Pressurestat berfungsi untuk tuk m menjaga sisi tekanan rendah tidak terlalu rendah. renda Bila salah satu atau keduanya nya te terjadi, sistem mesin referigerasi akan an dihentikan. di Seperti termostat, alat at ini jjuga mempunyai 4 bagian fungsi. Tekanan sisii tekan tekanan tinggi bisa menjadi terlalu tinggi karena berbagai hal, di ataranya penyumb nyumbatan atau overcharged. Sedangkan tekanan teka sisi tekanan rendah bisaa me menjadi terlalu rendah karena berbagai gai hal, h di ataranya penyumbatann atau kebocoran. Kedua hal ini merugikan sistem. istem.

Gambar mbar III-10 Hi-lo Pressurestat

3.3.3 Pelindung Kelebi elebihan Beban Motor Kompresor herm hermetik biasanya dilengkapi dengan pengam engaman yang dapat melindungi motor dari pemanasan yang berlebihan. Pemanasa anasan yang belebihan Judul udul Buku B Ajar

24

BAB IV

PERALATAN INSTALASI


1. Mahasiswa mengetahui jenis dan cara kerja peralatan instalasi referigerasi. Tujuan Pembelajaran Khusus 1. Mahasiswa bisa menjelaskan fungsi dan cara kerja peralatan pemipaan.

2. Mahasiswa bisa menjelaskan fungsi dan cara kerja peralatan brazing.

3. Mahasiswa bisa menjelaskan fungsi dan cara kerja peralatan penanganan referigeran. Sistem referigerasi di pasaran tersedia dalam berbagai bentuk. Ada yang sudah jadi siap untuk dipakai seperti kulkas dan AC window, ada yang tersedia dalam bentuk terpisah yang siap dirakit seperti AC split, ada pula yang tersedia dalam bentuk terpisah-pisah dimana konsumen harus memilih setiap komponen untuk dirakit. Untuk sistem dalam bentuk kedua dan ketiga, perlu dirakit oleh teknisi. Untuk melakukan perakitan instalasi sistem referigerasi tersebut diperlukan sejumlah peralatan. Peralatan yang diperlukan ada yang bersifat umum sebagaimana yang diperlukan oleh teknisi pada umumnya, ada pula yang khusus dan tidak secara luas dipakai oleh teknisi pada umumnya. Bab ini akan membahas peralatan khusus tersebut, dan bila diperlukan akan dibahas cara penggunaannya.

4.1 Peralatan Pimipaan Pada umumnya pipa yang digunakan pada sistem refrigerasi adalah pipa tembaga. Oleh karena itu perlatan yang diperlukan tidak seperti pemipaan air, misalnya. 4.1.1 Pemotong Pipa (Cutter) Pemotong pipa tembaga ini digunakan agar potongan menjadi rata dan pipa tetap bulat serta tidak ada retakan, hal ini dipenting agar pada saat pipa di flare atau di swage pipa tidak pecah dan hasilnya baik. Alat pemotong ini berupa rahang yang diberi anvil dan pisau pemotong. Untuk memakainya, pipa ditempatkan pada rahang, antara anvil dan pisau, kemudian pisau ditempelkan pada pipa dengan cara memutar knop, kemudian rahang diputar. Pipa kapiler juga mempunyai pemotong khusus, sehingga penampang pipa yang kecil tetap bulat dan tidak tersumbat ketika dipotong.


30

BAB V

PENGANTAR PEREPINDAHAN PANAS

Tujuan Pembelajaran Umum

1. Mahasiswa memahami dasar-dasar perpindahan panas untuk perhitungan penukar kalor. Tujuan Pembelajaran Khusus

1. Memahami dan menjelaskan hubungan termodinamika dan perpindahan panas, dan prinsip dasar mekanisme perpindahan panas konduksi, konveksi dan radiasi

2. Memahami sifat-sifat bahan dalam perpindahan panas 3. Memahami besaran dan satuan perpindahan panas 4. Memahami analogi panas/kalor dan listrik.

5.1 Konsep dasar perpindahan panas Ilmu perpindahan panas diperlukan utuk menganalisa proses perpindahan panas dari suatu benda lain atau dari suatu bagian benda ke bagian benda lainnya. Walaupun di dalam termodinamika perpindahan energi dalam bentuk panas telah dipelajari, tetapi ilmu termodinamika tidak mampu memberikan suatu keterangan tentang cara berlangsungnya proses tersebut, lama waktu perpindahan panas dan perubahan-perubahan temperatur yang terjadi di dalam sistem. Termodinamika hanya membahas berdasarkan keadaan awal dan keadaan akhir dari proses di mana perpindahan energi dalam bentuk panas dipandang sebagai selisih antara energi yang dipunyai sistem pada keadaan awal dan akhir proses tersebut, dengan balans energi. Pada dasarnya perpindahan panas terjadi akibat adanya ketidakseimbangan (adanya perbedaan temperatur) termal. Proses perpindahan panas yang sebenarnya terjadi adalah sangat rumit dan memerlukan pengkajian yang cukup sulit. Oleh karena itu dilakukan berbagai cara penyederhanaan dalam peninjauan proses tersebut yaitu dengan jalan memperhatikan hal-hal yang kurang berpengaruh terhadap proses keseluruhan. Dengan dasar penyederhanaan tersebut, maka mekanisme perpindahan panas dapat dibedakan atas tiga jenis yaitu : konveksi, konduksi dan radiasi. 5.1.1 Konduksi Perpindahan panas konduksi, di mana proses perpindahan panas terjadi antara benda atau partikel-partikel yang berkontak langsung, melekat satu dengan yang lainnya; tidak ada pergerakkan relatif di antara benda-benda tersebut. Misalnya Teknik Pendingin dan Penukar Kalor

37

BAB VI

PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI


1. Memahami prinsip perpindahan panas konduksi tunak (steady) dan diagram termal pada dinding datar dan silinder. Tujuan Pembelajaran Khusus 1. Memahami prinsip perpindahan panas konduksi tunak (steady) dan Diagram termal pada dinding datar lapis tunggal.

2. Memahami prinsip perpindahan panas konduksi tunak (steady) dan diagram termal pada dinding datar lapis rangkap seri, paralel, dan kombinasi. 3. Memahami prinsip perpindahan panas konduksi tunak (steady) dan diagram termal pada dinding silinder radial lapis tunggal. 4. Memahami prinsip perpindahan panas konduksi tunak (steady) dan diagram termal pada dinding silinder radial lapis rangkap susunan seri.

6.1 Konduksi pada Dinding Datar Satu Dimensi Pada kondisi riil yang sebenarnya, konduksi pada diding datar yang bisa dipandang sebagai konduksi satu dimensi tidak penah ada. Akan tetapi konduksi yang terjadi pada dinding relatif tipis dan cukup luas, atau dinding yang keempat sisinya diisolasi dengan baik, bisa dipandang sebagai konduksi pada dinding datar satu dimensi. Tinjau sebuah dinding pelat di mana masing-masing permukaannya bertemperatur T1 dan T2 (Gambar 5.2). Proses perpindahan energi panas berlangsung pada medium padat. Laju aliran kalor konduksi, qk dapat ditulis (berdasarkan hukum Fourier) sbb: q k = − kA

dT dx

Bahan dengan harga k yang besar bersifat konduktor, sedangkan bahan dengan harga k yang kecil bersifat isolator. Tahanan termalnya adalah: Rk =

L kA

6.1.1 Konduksi Tunak pada Dinding Datar Lapis Rangkap Pada sistem susunan listrik seri, besarnya kuat arus I, adalah tetap sepanjang penghantar selama tidak ada percabangan, sedangkan potensial V, menurun secara bertahap. Begitu pula pada susunan sistem termal seri, laju perpindahan panas q, tetap sepanjang aliran kalor, sedangkan temperatur menurun. Teknik Pendingin dan Penukar Kalor

45

BAB VII

KONVEKSI


1. Memahami prinsip perpindahan panas konveksi paksa di dalam dan di luar pipa, serta kelompok pipa. Tujuan Pembelajaran Khusus 1. Mahasiswa dapat menghitung laju perpindahan panas konveksi paksa pada aliran laminer di dalam pipa.

2. Mahasiswa dapat menghitung laju perpindahan panas konveksi paksa pada aliran turbulen di dalam pipa. 3. Mahasiswa dapat menghitung laju perpindahan panas konveksi paksa pada aliran turbulen di luar pipa 4. Mahasiswa dapat menghitung laju perpindahan panas konveksi paksa pada aliran turbulen di susunan kelompok pipa Perpindahan panas konveksi banyak ditemui pada kehidupan sehari-hari maupun dalam dunia industri, misalnya: dalam memasak, pendingin mobil, pada penukar panas, dan lain-lain. Perpindahan panas konveksi terjadi jika fluida yang bergerak bersinggungan dengan permukaan padat yang temperaturnya berbeda. Perpindahan panas konveksi bergantung pada gerakan curah (bulk) fluida, tidak seperti konduksi yang hanya mengandalkan gerakan skala atom atau molekuler. Oleh karena itu, disamping dipengaruhi oleh sifat-sifat fluida, laju perpindahan panas konveksi juga ditentukan oleh rezim aliran fluida. Menentukan laju perpindahan panas konveksi dengan cara analitik seperti konduksi, tidaklah realistik. Laju perpindahan panas konveksi selalu dinyatakan dalam korelasi-korelasi bilangan-bilangan tak berdimensi yang diperoleh dari eksperimen, kecuali dalam beberapa kasus aliran laminer. Hukum Newton untuk perpindahan panas konveksi adalah: q c = hc A(Ts − T∞ )

Dimana : T∞ = temperatur curah fluida Ts = temperatur permukaan Bilangan tak berdimensi yang biasa digunakan adalah: Nu =

hL k


51

Re =

ρVD µ

Pr =

cP µ k

Catatan: sifat-sifat fluida dievaluasi pada temperatur film (Tf ), kecuali bila disebutkan, dimana

Tf =

Ts + T∞ 2

Perpindahan panas konveksi dapat dibagi menurut sifat aliran. Bila aliran fluida terjadi karena penyebab eksternal seperti: pompa, angin, kipas, maka konveksi yang terjadi adalah konveksi paksa. Bila aliran yang terjadi disebabkan oleh gaya apung akibat perbedaan densitas, maka konveksi yang terjadi disebut konveksi bebas. Sedangkan konveksi yang disertai dengan perubahan fasa, biasanya dimasukkan ke dalam golongan tersendiri. Tabel VII-1 Harga khas koefisien perpindahan panas konveksi

h (Watt/m².K)

Proses Konveksi bebas Gas Cairan Konveksi paksa Gas Cairan Konveksi dengan perubahan fasa, pendidihan atau pengembunan

2 – 25 50 – 1000 25 – 250 100 – 20.000 2500 – 100.000

7.1 Aliran Laminer di dalam Pipa Untuk daerah aliran berkembang penuh dengan laju perpindahan panas konstan: Nu = 4,36

Sedangkan untuk kasus temperatur permukaan konstan: Nu = 3,66

7.2 Aliran Turbulen di dalam Pipa Untuk aliran turbulen berkembang penuh :

Nu = 0,027 Re

4/5 D

Pr

1/ 3

 µ   µs

  

0 ,14

Berlaku untuk 0,7 ≤ Pr ≤ 16.700 , Re D ≥ 10.000 , dan L / D ≥ 10 Judul Buku Ajar

52

BAB VIII

DASAR PENUKAR PANAS


1. Memahami dasar dan prinsip perpindahan kalor pada penukar panas. Tujuan Pembelajaran Khusus 1. Dapat menyebutkan dan menerangkan jenis-jenis penukar panas.

2. Dapat menghitung kapasitas penukar-panas sederhana.

Penukar kalor (Heat exchanger) adalah suatu alat yang berfungsi untuk mentransfer/menukar kalor antara dua atau lebih fluida yang memiliki beda temperatur, tetapi yang sering digunakan adalah penukar kalor dengan dua macam fluida. Kedua fluida ini ada yang dipisahkan oleh dinding dan ada juga yang tidak dipisah, sering disebut sebagai direct contact heat exchanger. Sesuai dengan fungsinya, penamaan khusus diberikan, seperti pemanas, pendinginan, kondensor, evaporator, dan lain-lain. Penguasaan heat exchanger membutuhkan pengetahuan dalam termodinamika, mekanika fluida dan perpindahan panas.

bidang

8.1 Jenis Penukar kalor 8.1.1 Penukar kalor pipa ganda ( Concentric tube heat exchanger ) Penukar kalor pipa ganda ( Concentric tube heat exchanger ) Penukar kalor pipa ganda merupakan jenis penukar kalor yang paling sederhana, biasanya digunakan untuk fluida cair pada laju aliran yang relatif rendah. Salah satu fluida terdapat dalam ruang annulus dan fluida yang lainnya di dalam pipa. Berdasarkan arah aliran, penukar kalor pipa ganda dibagi menjadi: • Aliran paralel ( Parallel flow ) • Aliran berlawanan arah ( Counter flow )

Gambar VIII-1 Penukar panas pipa ganda, paralel dan berlawanan arah


56

BAB IX

ESTIMASI BEBAN PENDINGINAN


1. Memahami dasar dan prinsip estimasi/perhitungan beban pendinginan Tujuan Pembelajaran Khusus 1. Mahasiswa dapat menyebutkan faktor-faktor dalam estimasi/perhitungan beban pendinginan 2. Mahasiswa dapat menyebutkan jenis-enis beban pendinginan

3. Mahasiswa dapat menelaskan proses pendinginan dan pemanasan udara basah. 4. Mahasiswa dapat melakukan estimasi/perhitungan beban pendinginan Beban pendinginan adalah energi panas yang harus dikeluarkan dari dalam bangunan dalam rangka untuk mempertahankan kondisi kenyamanan yang diinginkan. Perhitungan beban terdiri dari perhitungan tata buku semua energi panas di dalam gedung. Walaupun prinsip dasarnya sederhana, akan tetapi dapat timbul masalah karena efek penyimpanan panas dalam massa bangunan. Pada prakteknya, ini sangat penting untuk menghitung beban puncak beban pendinginan, bahkan di bangunan ringan.

9.1 Faktor-faktor dalam estimasi beban pendinginan 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Tempat gedung itu berada, beserta keadaan lingkungannya. Iklim ditempat gedung berada. Jenis pemakaian (penghunian, pemakaian alat bantu, lampu dan sebagainya). Jenis kontruksi bangunan yang dipakai. Orientasi gedung yaitu arah sumbu bangunan. Dan lain-lain.

9.2 Jenis Beban Pendinginan 1. Beban dari luar: a. Konduksi melalui dinding, pintu, atap, dan lantai b. Efek rumah kaca (green house effect) karena adanya jendela kaca c. Panas radiasi d. Infiltrasi dan ventilasi udara luar 2. Beban dari dalam: a. Panas yang dihasilkan oleh penghuni b. Panas yang dikeluarkan lampu c. Panas yang dibangkitkan oleh peralatan lain


65

4. Perbedaan temperatur ekivalalen (ETD) adalah beda temperatur yang memberikan aliran panas total yang total aliran panas yang sama ketika melewati struktur dengan radiasi matahari yang bervariasi. ETD harus memperhitungkan perbedaan konstruksi dan paparan, waktu jam harian, lokasi bangunan dan desain arsitekturnya.

9.6 Soal-soal

1. Sebutkan faktor-faktor dalam estimasi beban pendinginan.

2. Sebutkan jenis-jenis beban pendinginan.

3. Jelaskan penggunaan diagram psikrometri. 4. Apa yang dimaksud dengan ETD?

5. Lakukan perhitungan estimasi beban pendinginan untuk salah satu ruangan di laboratorium.

Judul Buku Ajar

76

Tabel IX-7 Ringkasan Lembar Perhitungan Beban

1

Nama gedung

Lokasi

Bandung

Kondisi dasar Luas lantai

............. m²

Bulan perancangan

Mei – Oktober

2

T (°C)

Di dalam (i)

Di luar (o)

RH (%)

No.

Jenis beban

3. 3.1. 3.2. 3.3 3.4. 3.5.

Panas sensibel daerah perimeter (tepi) -Panas radiasi matahari melalui jendela Beban panas transmisi melalui jendela Infiltrasi beban panas sensibel Beban trnasmisi melalui dinding dan atap Beban panas tersimpan dari ruangan dengan pendinginan terputus-putus Beban panas laten daerah perimeter Beban panas sensibel daerah interior -Beban panas sensibel transmisi patisi, lantai dan langit-langit Beban panas sensibel karena adanya orang Beban panas sensibel karena adanya peralatan Beban panas laten interior Orang Kegiatan lain Beban panas mesin Jumlah

4. 5. 5.1. 5.2. 5.3. 6. 6.1. 6.2. 7.

Besarnya

Judul Buku Ajar

Satuan -kW kW kW kW kW kW -kW kW kW kW kW kW kW kW

77

REFERENSI

1. J.P. Holman, Heat Transfer, Fifth Edition, McGraw-Hill Ltd., 1986.

2. Frank P.Incropera, and David P. DeWitt, Fundamentals of Heat Transfer, Fourth Edition, John Wiley and Sons Inc., 2002. 3. C.P. Arora, Refrigeration and Air Conditioning, 2 ed Edition, Tata McGrawHill Publshing Co. Ltd., 2000. 4. American Society Heating Refrigeration and Air Conditioning, ASHRAE Hand Book, 2001. 5. Wiranto Arismunandar, Hizo Saito, Penyegaran Udara, Cetakan kelima, PT Pradnya Paramita, 1995. 6. Ari Darmawan Pasek, Modul Pelatihan Retrofit Refrigeran, Institut Teknologi Bandung, 1998 7. Carrier Air Conditioning Company, Handbook of Air Conditioning System Design, McGraw-Hill Book Company, Eleventh Printing, 1981. 8. William C. Reynolds, Henry C. Perkins, Termodinamika Teknik, Edisi kedua, Penerbit Erlangga, 1991 9. William C. Reynolds, Henry C. Perkins, Termodinamika Teknik, Edisi kedua, Penerbit Erlangga, 199


78

TEKNIK PENDINGIN DAN PENUKAR KALOR

Recommend Documents