Mke 08.mesin Refrigerasi [PDF]

Citation preview

TATAPMUKA-08



MESIN REFRIGERASI 1.Pengantar. Teknik pendingin atau refrigeration adalah suatu teknik untuk membuat serta mempertahankan temperatur udara di dalam suatu ruangan dengan suatu kelembaban



tertentu



di



bawah



temperatur



udara



sekitarnya.



Industri



refrigeration dan air conditioning sangat luas dan bervariasi. Sampai beberapa tahun setelah perang dunia kedua, instalasi refrigeneration digunakan hanya untuk keperluan industri terutama memproduksi es. Akan tetapi sekarang ini refrigeration merupakan hal yang sangat luas penggunaannya. Dalam industri, sistem ini dimaksudkan untuk mempertinggi efisiensi serta untuk memperoleh hasil yang lebih baik dan lebih awet. Air conditioning atau penyegaran udara termasuk dalam sistem ini yang digunakan oleh manusia agar manusia dapat tinggal lebih nyaman serta untuk memperoleh efisiensi kerja yang lebih baik di tempat-tempat kerja. Dalam prakteknya penggunaan sistem ini dapat dibagi ke dalam empat grup sebagai berikut : 1.1. Untuk bahan makanan a.



Pengawetan susu



b.



Pembuatan ice cream



c.



Penyimpanan daging/ikan



d.



Penyimpanan sayur segar.



1.2. Pada Industri kimia a. Pemisahan gas-gas dari udara dengan cara pengembunan karena titik embun gas-gas tersebut berbeda. b. Pengembunan gas pada pabrik ammonia, uap ammonia diembunkan dahulu pada suhu –450C setelah cair baru disimpan. c.



Penurunan kadar air (uap air) pada udara dalam industri oksigenium.



d. Pemisahan lilil dari minyak pelumas dengan mendinginkannya sampai 26 oC sehingga lilin(wax) membeku.



1 By Ir J P Damanik, M.Si – FT UNKRIS 2020



TATAPMUKA-08



e. Penyerapan panas reaksi pada proses kimia yang eksotermis dimana panas yang timbul dapat mengganggu jalannya proses yang sedang berlangsung. 1.3. Penggunaan khusus pada bidang engineering. a. Pada sambungan menyusut – 98 0C b. Colt treatment untuk menambah kekerasan baja dan sifat tahan aus – 87 0C selama 30 menit. c.



Untuk menambah kekuatan dan kestabilan magnit –840C selama 8 jam.



d. Pembekuan air raksa untuk pembuatan cetakan benda yang rumit bentuknya dan presisi ukurannya. e. Penyimpanan alat-alat ukur dari logam.



1.4. Penyegaran udara Terutama digunakan untuk mendapatkan kesegaran udara yang nyaman dengan kelembaban udara yang sesuai dengan badan manusia, antara lain : a. Ruang kerja, untuk mendapatkan kondisi serta efisiensi kerja yang lebih baik. b. Rumah sakit, untuk mempercepat penyembuhan penyakit pasien dengan mengatur kondisi udara yang sesuai dengan kondisi pasien. c.



Rumah tinggal, Pusat perbelanjaan, Bioskop, Kendaraan dalam rangka memperoleh kenyamanan.



d. Tekstil, penyegaran udara dalam hal ini diperlukan agar tidak mudah putus pada saat pemintalan. e. Percetakan, kondisi udara sangat berpengaruh pada hasil cetakan karena sifat higroskopis kertas. Kertas harus dapat menguapkan tinta dengan kecepatan yang sama dengan menempelnya tinta cetakan. f.



Fotografi, penyimpanan film pada suhu rendah mencegah timbulnya jamur dengan cara mengurangi kelembaban udara sehingga jamur tidak mudah tumbuh.



2 By Ir J P Damanik, M.Si – FT UNKRIS 2020



TATAPMUKA-08



2. Termodinamika Mesin Refrigerasi. Prinsip kerja mesin refrigerasi yg banyak digunakan adalah“VAPOR COMPRESSION CYCLE” dimana refrigerant pada system ini ditekan oleh kompressor kemudian dikabutkan melalui katup ekspansi kemudian diuapkan dan kembali ditekan oleh compressor. 2.1. Vapor Compression Refrigeration Cycle.



Gbr.8-1 : Diagram of vapor compression refrigeration system. Siklus teoritis kompressi uap (vapor) satu tingkat yang ideal dilukiskan pada gbr. 8-2 dibawah ini adalah



p



merupakan 4’ 4



1 2



3’



3



(a)



h



diagram



tekanan-



enthalpi.



Dalam proses tersebut



dianggap



tidak



terjadi



vapor



superheating, liquid sub cooling dan pressure



loss



serta



kehilangan



panas.



3 By Ir J P Damanik, M.Si – FT UNKRIS 2020



TATAPMUKA-08



Gbr.8-2 : Diagram tekanan – enthapi siklus refrigerasi kompressi uap. Keterangan :



1–2;



Proses ekspanasi



2–3;



Proses penguapan



3–4;



Proses kompressi kering



4’ – 1;



Proses kondensasi



3’ – 4’ ; Proses kompressi basah.



Urutan prosesnya adalah sbb : Kedua proses penguapan (2 – 3’ ) dan (2 – 3) dan proses kondensasi (4’ – 1) berlangsung pada tekanan konstan (adiabatis) dan temperatur konstan (isotermis).



Pada



proses



kompressi



basah



(wet



conpression)



terjadi



pemompaan campuran uap dan cairan gas. Proses seperti ini sangat merugikan karena : a. Cairan dapat merusak katup kompressor dan silinder head. Hal seperti ini terjadi dikarenakan tidak tersedianya cukup waktu dalam proses pendinginan refrigerant sehingga pada titik 4’ masih ada cairan yang tersisa. b. Cairan dapat menyapu minyak pelumas dari dinding silinder sehingga akan



mempercepat kehausan. Kesulitan tersebut dapat diatasi



dengan Dry Compression (3 – 4).



2.2. Cara Kerja Siklus Kompressi Uap. Pada gambar 8.2 diatas dapat dilihat bahwa kompressor mengisap uap Refrigeran dari evaporator kemudian dikompressikan sehingga temperatur dan tekanannya naik. Maksud menaikkan temperatur dan tekanan refrigeran adalah agar titik embunnya naik sehingga dengan temperatur udara atau air biasa uap refrigeran dengan mudah dapat dicairkan kembali. Refrigeran yang berada dalam fase uap tadi dialirkan ke kondensor. Disini Refrigeran didinginkan dengan media pendingin (air, udara) dan keluar dalam bentuk cairan dengan tekanan sedikit lebih rendah dari tekanan pada saat masuk, hal ini disebabkan adanya gesekan pada pipa-pipa 4 By Ir J P Damanik, M.Si – FT UNKRIS 2020



TATAPMUKA-08



kondensor, karena itu proses dapat dikatakan adiabatis. Kemudian refrigeran memasuki expansion valve, sehingga volumenya membesar karena adanya perubahan penampang saluran akibat nya tekanan menjadi turun sehingga titik embun refrigeran juga turun. Dengan bantuan panas dari sekeliling evaporator maka refrigerant dapat menguap kembali. Refrigeran yang keluar dari evaporator harus berupa uap yang kemudian dihisap oleh kompressor. Apabila refrigerant berada dalam kondisi cair pada saat memasuki kompressor maka akan dapat merusak katup isap kompressor dan ring pistonnya. Demikian proses berulang kembali.



2.3. Analisis Matematis Siklus. Setiap reciprocating Compressor yang digunakan sebagai mesin pendingin selalu mempunyai kerugian volumetris karena tidak mungkin dibuat kompressor dengan piston tanpa clearance, termasuk karena adanya katupkatup. Ada dua macam efisiensi volumetris, yaitu : a. Clearance Volumetric Effisiency, ηcv b. ηtv



Total Volumetric Effisiency,



Clearance volumetric efisiency tergantung pada reekspansi gas yang tersekap dalam clearance volume. Selama ekspansi dari pd ke ps yaitu dari titik-3 ke titik-4 gas belum



dapat



masuk



compressor. Gerakan piston yang efektip dimulai dari titik-4 hingga titik1(PD ) karena adanya hambatan oleh katup isap dan tekanan sisa gas akibat adanya tahanan yang dilakukan katup buang.



5 By Ir J P Damanik, M.Si – FT UNKRIS 2020



TATAPMUKA-08



1-2 2-3 3-4 4-1



: : ; ;



kompressi pembuangan ekspansi langkah isap efektif.



Gbr.8-3 ; Diagram p – V suatu kompressor torak. Keterangan :



PD



: Piston Displacement



CV



: Clearance Volume



pd



; Discharge pressure



ps



; Suction pressure



Selama ekspansi dari pd ke ps gas dari suction line belum dapat masuk kompressor. Gerakan piston yang efektif hanya langkah



2–1 (PD).



Clearance Volumetric Efficiency didefinisikan sebagai perbandingan volume gas yang diisap setiap langkah dengan langkah piston, jadi : ηcv =¿



V 1−V 4 V 1−V 3



dimana : V 1−V 4=( V 1 −V 3 )−( V 4−V 3 )



Ekspansi dari pd ke ps adalah politrop, maka ; V 2=¿ V 3 pd ps



1/ n



( )



Sehingga : ηcv =¿



ηcv =¿



dimana n = indeks politrop.



( V 1−V 3 ) −( V 4 −V 3 ) V 1−V 3 V3 1−



¿ 1−



( V 4 −V 3 ) V 1 −V 3



pd 1n −V 3 ps V 1−V 3



( )



Apabila clearance, C =



V3 V3 = 1− V 1−V 3 V 1−V 3



pd C = 1+¿ C 1+ ps



pd ps



1/ n



[( ) ] −1



1/ n



[ ( )]



Sehingga clearance volumetric efisiensi,



6 By Ir J P Damanik, M.Si – FT UNKRIS 2020



TATAPMUKA-08



ηcv =¿ 1+¿



C



C(



–



pd ps



1/ n



)



Total volumetric effisiency lebih tepat jika ditentukan dengan percobaan. Secara pendekatan dapat dihitung dengan modifikasi rumus tersebut di atas. Bila penurunan tekanan melalui suction valve dan suhu pada akhir langkah isap diketahui dan dengan mengabaikan kebocoran, maka besarnya total volumetric effisiensi adalah : ηtv =¿ 1+ C – C pd ps



[



1 /n



( ) ]( pcps ) .( TcTs )



Pada rumus diatas : pc/ps



=



Perbandingan tekanan pada silinder dan evaporator suction.



pc/ps



=



Perbandingan tekanan pada silinder dan evaporator suction.



Ts/Tc



=



Perbandingan temperatur evaoprator dan silinder suction.



C



=



Persentase clearance.



Pada pesawat pendingin, enthalpi memegang peranan penting, sedangkan tekanan sangat menentukan suhunya yang dengan mudah dapat diukur, karena itu dalam perhitungan banyak digunakan diagram p – h. p



1



2



4



3



h



Gbr. 8.4 : Diagram p – h pesawat pendingin



Dalam hal tekanan konstan berlaku hubungan : dQ = dh, dimana h = U + p.V sehingga



dh = dU + p dV + V dp. 7



By Ir J P Damanik, M.Si – FT UNKRIS 2020



TATAPMUKA-08



Karena proses kondensasi berjalan pada tekanan konstan maka V.dp = 0 dengan demikian maka dh = dU + p dV. Sehingga kita peroleh dQ = dU + p.dV sedangkan p.dV adalah kerja kompressor, jadi rumus ini dapat dituliskan sebagai dQ = dU + dW



di mana



W = Q2 – Q1 dan



Q1 = h3



– h2 dan Q2 = h4 – h1. Jadi , W = ( h4 – h1 ) – ( h3 – h2 ) h1 = h2 karena proses kondensasi, maka W = h4 – h3 Kualitas refrigerant pada akhir ekspansi adalah : x =



h1−h f 2 h fg 2



Dalam hal ini : hf2



= enthalpi pada saturated liquid.



hfg2 = hg – hf2 (enthalpi pada evaporator). hg



= enthalpi pada saturated vapor.



Refrigerant effect adalah jumlah panas/kalor yang diserap oleh refrigerant selama mengalir dalam evaporator, dalam bentuk enthalpi ditulis : RE = h3 – h2 (lihat gambar 8.4). Sebagai satuan kapasitas refrigerasi digunakan ton refrigerasi (TR) di mana 1 TR = 200 Btu/menit = 12.000 Btu/jam. 1 TR = 3,5 kW = 210 kJ/min, 1 TR = 50 kcal/min. Sedangkan jumlah refrigerant yang disirkulasikan adalah : MR =



200 200 ℜ = h3−h2



atau → MR =



200 h3−h 1



lb/Ton.min.



lb/Ton.min.



Langkah piston theoritis (displacement) didapatkan dengan mengalikan jumlah



refrigerant



yang



disirkulasikan



dengan



specific



volume



gas



refrigerant pada saat masuknya ke dalam kompressor, jadi : VL = M .



g



ft3/Ton.min



8 By Ir J P Damanik, M.Si – FT UNKRIS 2020



TATAPMUKA-08



VL =



Di sini :



200 . h3−h 1



g



ft3/Ton.min



g = volume spesifik gas refrigeran saat masuk kompressor (titik 3).



Daya yang diperlukan untuk tiap Ton Refrigerasi (TR) adalah besarnya tenaga (HP) yang dibutuhkan untuk mengkompressikan gas refrigerant yang



dianggap



berlangsung



secara



isentropik



walaupun



kompressor



didinginkan. Hal ini dikarenakan penyimpangan yang terjadi sangat kecil. Dengan demikian maka panas equivalent kerja kompressor adalah sbb: 200 (h4 −h3 ) Btu/Ton.min. (h ¿ ¿3−h1 )¿



Qk =



Sehingga daya yang dibutuhkan per Ton Refrigerasi menjadi : Pth =



200 (h4 −h3 ) 778 (h 4−h3 ) = 4,717 (h ¿ ¿3−h1 )¿ 33.000 (h ¿ ¿3−h1 )¿



Dalam rumus di atas :



1 Btu = 778 ft.lb. 1 hp = 33.000 ft.lb/min.



Daya



yang



diperlukan



dapat



juga



dihitung



jika



proses



kompressi



berlangsung secara politropic sebagai berikut : Wk =



200 n ( p4 V 4− p3 V 3 ) (h ¿ ¿3−h1 )¿ n−1



( )



ft.lb/Ton.min.



Jadi Ppol =



Ppol =



200 n 144 ( p4 V 4− p3 V 3 ) 33.000 (h ¿ ¿3−h1 )¿ n−1



( )



0,873 .n . p3 .V 3



p4 p3



(



) ( p .V ) 3



3



( n−1 ) /n



[( ) ]



hp/Ton



( n−1)(h3−h1) Disini : n = angka politrop gas refrigerant. Jika proses berlangsung secara isentropic, maka persamaan di atas berlaku dengan menggantikan n =  = Cp/Cv sebagai indeks isentropic. Jika kompressor didinginkan maka panas yang diterima oleh media pendingin adalah :



Q c =¿



n ( p V − p V )−( h4 −h3 ) btu/lb ( n−1 ) J 4 4 3 3 9



By Ir J P Damanik, M.Si – FT UNKRIS 2020



TATAPMUKA-08



Dimana : J = tara kalor mekanis = 778 ft.lb/Btu. Coefisien



of



Performance



terdahulu adalah :



system T1



COP =



pendingin



sebagaimana



diuraikan



T 2 −T 1



Dalam bentuk enthalpi untuk vapor compression cycle dengan proses ( h3−h 1) isentropic, maka : COP = (h ¿ ¿ 4−h1 )¿ Hubungan antara COP dengan daya teoritis per TR adalah :



4,717 COP



Pth =



Panas yang dilepaskan pada kondensor yaitu seluruh jenis panas masuk kondensor seperti panas latent, panas superheat atau panas cairan. Secara teoritis panas tersebut akan sama dengan jumlah panas yang diserap oleh evaporator dan kerja kompressi, jadi : Qc = 200



(h 4−h1 ) (h ¿ ¿3−h1 )¿



Btu/Ton.min.



Volume langkah piston sebenarnya per TR per menit didapatkan dengan membagi langkah piston teoritis dengan total volumetric efficiency, jadi : VLa



= =



1 VL ηtv



ft3/Ton.min.



200 . ρ g 1 h3 −h1 ηtv =



200 . ρg ηtv ( h3−h1)



ft3/Ton.min.



Contoh Soal. 1.



Lemari



penyimpanan



makanan



evaporator 20 0F dan



kapasitas



kondenser 86



12



Ton



pada



suhu



F menggunakan Refrigeran



0



NH3 mengalami subcooled 9 0F dan superheated 10 0F. Kompressor adalah single acting dua silinder bekerja



pada



900



rpm,



dengan



stroke = 1½ x diameter piston dan tekanan 50 psia. 10 By Ir J P Damanik, M.Si – FT UNKRIS 2020



TATAPMUKA-08



Hitunglah : a.



Reffrigerant Effect.



b.



Laju sirkulasi Refrigerant tiap menit.



c.



Panjang langkah piston theoritis.



d.



Daya teoritis kompressor.



e.



COP.



f.



Panas yang dilepas pada kondensor.



g.



Ukuran kompressor (Bore x Stroke) teoritis.



Penyelesaian : a.



Refrigerant Effect:



RE = h3 – h2



Harga h3 dan h2 diambil dari Tabel Ammonia. h3 = enthalpi pada 30 0F dan 50 psia = 623,4 BTU/lb. h2 = enthalpi pada 77 0F = 128,5 BTU/lb Jadi : b.



RE = 623,4 – 128,5 (BTU/lb) = 494,9 BTU/lb.



Laju aliran Refrigerant. MR =



200 200 TR = x 12 = 4,86 lb/min. ℜ 494,9 p Sub Cooled



1



86 F



4



77 F 20 F 2



128,5



3



623,4



Superheat h



Gbr. 8-5 : Sub cooled dan superheat pada diagram p – h.



11 By Ir J P Damanik, M.Si – FT UNKRIS 2020



TATAPMUKA-08



c.



Langkah Piston theoritis VL = M x Vg = 4,86 x 6,0905 = 29,6 cu.ft/min. Vg diambil dari tabel NH3 pada suhu (20 – 9) ºF.



d.



Daya theoritis tiap TR



Pth = 4,717



h4 −h3 h3 −h1



=



4,717



701,9−623,4 623,4−128,5



=



0,75 hp/TR



Dengan cara lain : Pth =



0,873 .n . p3 .V 3



p4 p3



n−1 n



[( ) ]



hp/TR



( n−1)(h3 −h1) Pth =



169,2 48,21 (1,3−1)(623,4−128,5)



0,873 .1,3( 4 8,21)(6,1)



1,3−1 1,3



[( ) ]



Pth = 0,75 hp/TR Jadi daya total, Pth = 0,75 hp/TR x 12 TR = 9 hp.



e.



Coefisien of performance :



f.



Panas yang dilepas pada kondensor : Qc = 200 = 200



g.



(



4,717 Pth



COP=¿



=



4,717 0,75



=



6,28



h4 −h1 TR h3 −h1



)



x 12 = 2.784 ( 701,9−128,5 623,4−128,5 )



Btu/min.



Ukuran kompressor ; Volume langkah torak tiap silinder : = 29,6 : 2 = 14,8



cu.ft/min.



12 By Ir J P Damanik, M.Si – FT UNKRIS 2020



TATAPMUKA-08



Isi silinder



=



π 2 1 d x S x rpm x 4 1728



Dalam rumus diatas : d = diameter piston = 2,89 inch. S = Stroke



= 1½ x d



inch



Sehingga , 14,8 ft3/min = 0,785 x d2 x 1,5 d x 900 x Jadi, diameter piston :



d = 2,89 inch.



Dan langkah piston :



S = 1½ x 2,89



1 1728



= 4,34 inch. 2.



Jika compressor tersebut dalam soal no.1 mempunyai clearance 2%, tentukanlah : a.



ηc v (Clearance volumetric efficiency).



b.



Langkah Piston (Piston Displacement).



c.



Bore x stroke.



Penyelesaian, a.



Clearance Volumetric Effisiecy : ηc v



= 1 + 0,02 – 0,02



(



169,2 48,21



)



1 1,31



= 0,986 b.



Volume Langkah Piston (Displacement) untuk 2 silinder. Dp = 29,6/0,986 = 30,6 ft3/min.



d.



Displacement per silinder : VL = 30,6/2 = 15,3 ft3/min. =



π 2 1 d x (1½ d) x 900 x 4 1728



= 15,3



ft3/min



Sehingga diameter piston :



d = 2,92 inch. 13



By Ir J P Damanik, M.Si – FT UNKRIS 2020



TATAPMUKA-08



Stroke :



S = 1½ x 2,92 = 4,38 inch.



3.



Jika kompressor pada soal No.2 diatas, mempunyai suction pressure drop 4 psi dan discharge pressure drop 2 psi, tentukanlah : a.



Volume langkah piston.



b.



Daya Kompressor



c.



COP



d.



Panas yang dibuang pada Kompressor.



e.



Bore x Stroke Kompressor.



Penyelesaian, a.



Dengan harga mula-mula ps = 48,21 psi dan penurunan (drop) tekanan sebesar 4 psi, maka :



Clearance Volumetric Effisiency :



ηc v



= 0,968



44 ,21 48,21



= 0,888



Sehingga volume langkah piston menjadi :



29,6 0,888



VL =



= 33,3 ft3/min.



ηc v Cara lain :



= 1 + 0,02 – 0,02



dimana :



pd ps



1



171,2 1,31 44 ,21 = 0,964



( )



= 169,2 + 2 psi = 171,2 (psi) = 48,21 – 4 psi = 44,21 (psi)



Dengan menggunakan tabel di dapat Vg pada tekanan suction silinder, maka volume langkah piston :



b.



c.



Volume langkah Piston : VL =



Daya Kompressor : Total daya :



(200) (6 ,65 ) (12) 494 ,8 (0, 964 )



Pth = 4,717



709−623 ,4 623−128 ,5



= 33,5



ft3/min.



= 0,82



hp/TR



Pth = 12 x 0,82 = 9,84 hp



14 By Ir J P Damanik, M.Si – FT UNKRIS 2020



TATAPMUKA-08



d.



Coefisien of Performance : COP =



e.



Panas yang dilepas ke Cond :



Qc = 200 atau, f.



709−128, 5 623−128, 5



4,717 0,82



= 235



= 5,76



Btu/TR.min.



Qc = 235 Btu/TR.min x 12 TR = 2820



Telah dihitung di atas bahwa V L = 33,5



Btu/min.



ft3/min untuk 2 silinder,



sehingga untuk satu silinder : VL = 33,5/2 = 16,75



ft3/min.



π 2 1 d . (1,5 d) . 900 . = 16,75 ft3/min 4 1758



Jadi :



Sehingga diameter piston : d = 3,01 inch, dan Langkah piston : S = 1,5 x 3,01 = 4,51 inch. 4.



Kompressor dalam soal nomor 3 dengan pendinginan air. Proses kompressi dianggap Politropik dengan n = 1,2 dan efisiensi mekanis sebesar 80%, tentukanlah : a.



Daya teoritis.



b.



Daya aktual.



c.



Panas yang diserap air pendingin.



d.



Panas yang dilepas Kondensor.



Penyelesaian, Daya Kompressor teoritis: Pth =¿



0,873 .n . p3 .V 3



p4 p3



n−1 n



[( ) ]



hp/TR



( n−1)(h3 −h1)



171,2 0,873(1,2)(44,21)(6,65) Pth =¿ 44,21 (1,2−1)(623,2−128,5)



1,2−1 1,2



[( ) ]



Pth =¿ 0,79



hp/TR



Jadi total daya teoritis Kompressor ialah : Pth



= 0,79 hp/TR x 12 TR = 9,48



hp



15 By Ir J P Damanik, M.Si – FT UNKRIS 2020



TATAPMUKA-08



Daya aktual yang dibutuhkan Pa =



P th 9,48 = 0,80 ηth



= 11,86 hp



Panas yang diserap air pendingin : Qr=



Qr =



n p .V ( n−1 ) J 3 3



p4 p2



n−1 n



[( ) ]



−1 −(h 4−h3)



1,2 171,2 (44,21)(6,65) ( 1,2−1 ) 778 44,21



[( )



1,2−1 1,2



]



−1 −(676−623,2)



= 30,3 Btu/lb Jadi panas yang dibuang ke air pendingin ialah : Q



= Qr x MR



disini MR = 4,86 lb/min .



= 30,3 Btu/lb x 4,86 lb/min = 147 Btu/min. Panas yang dilepas ke Kondensor Qc = 200 Qc



=



200



h4 −h1 h3−h1



Btu/TR



676−128,5 =¿ 2212 Btu/TR 623,3−128,5



Total panas yang dikeluarkan ke condensor adalah : Q tc



=



12 TR x 2212 Btu/TR.min = 26.544 Btu/min.



Contoh soal dalam S.I. Suatu vapor compression cycle menghasilkan 50 kW Refrigerasi dgn R-22, bekerja pada suhu pengembunan 35 oC dan suhu penguapan –10 oC. Hitunglah Refregerant Effect, jumlah refrigerant yang disirkulasikan tiap detik, daya yang dibutuhkan kompressor, COP, laju aliran refrigerant yang diukur pada suction kompressor, daya per kW refrigerasi, dan suhu buang pada kompressor. Penyelesaian :



16 By Ir J P Damanik, M.Si – FT UNKRIS 2020



TATAPMUKA-08



Langkah pertama yang harus dilakukan adalah menggambarkan diagram tekanan dan enthalpi serta menentukan dari tabel (R-22) atau diagram tekanan enthalpi R-22 pada titik-titik penting : h1 =401,6 kJ/kg h2 =43 5 , 2 kJ/kg h3 = h4 = 243,6 kJ/kg.



Gbr.8-6 : Diagram p – h yang menunjukkan suhu evap & cond. Menentukan h2 : Melalui garis entropi konstan geser titik-1 hingga mencapai tekanan jenuh yang sesuai dengan 350 C. Tekanan pengembunan ini adalah 1354 kPa dan nilai h2 = 435,2 kJ/kg. Sedangkan h3 dan h4 sama dengan enthalpi cairan jenuh pada 350 C = 243,6 kJ/kg a.



Refrigerant Effect (RE) RE = h1 – h4 = ( 401,6 – 243,1 ) kJ/kg = 158,5



b.



Jumlah refrigerant refrigerant). MR =



c.



yang disirkulasikan



kJ/kg.



tiap detik



(laju



aliran



50 kW TR = = 0,315 kg/s. ℜ 158,5 kJ



Daya yang dibutuhkan oleh Kompressor adalah kerja kompressi/kg dikalikan dengan laju aliran refrigerant. Jadi : h 1 ) MR



Pk



=



( h2 –



= ( 435,2 – 401,6 ) kJ/kg x (0,315) kg/s = 10,6 kJ/s = 10,6 kW.



P (kPa 3 4 243,6



350 C -100 C



2 1



401,6



435,2



h (kJ/kg) 17



By Ir J P Damanik, M.Si – FT UNKRIS 2020



TATAPMUKA-08



d.



Coefisien of performance (COP) adalah laju pendinginan dibagi dengan daya kompressor. COP =



e.



TR P



=



50 kW 10,6 kW



=



4,72



Dari tabel R-22 di dapat nilai volume spesifik refrigerant pada titik 1, yaitu pada saat refrigerant akan memasuki kompressor. Vg = 0,0654 m3/kg. Jadi laju aliran volume = MR x Vg = 0,315 kg/s x 0,0654 m3/kg = 0,0206 m3/s = 20,6 liter/s.



f.



Daya kompressor per kW refrigerasi adalah kebalikan dari COP. Pref =



g.



P 10,6 kW = = 0,212 kW/kW TR 50 kW



Suhu buang kompressor adalah suhu uap superheated pada titik-2 (35 0C ; 1353,0 kPa) dari diagram p – h untuk R-22 didapatkan 57 C.



0



Catatan : Semua sifat-sifat dalam soal di atas dapat diambil dari tabel R-22 kecuali h2 dan T2 yang berada dalam daerah super heated, dapat diambil dari diagram tekanan enthalpi R-22. Sifat-sifat refrigerant pada titik 2 ditentukan dengan melakukan interpolasi pada tabel R-22 pada tekanan dan enthalpi yang cocok.



TUGAS : Soal tersebut diatas dibuat ulang dengan menggunakan R 134a dan R 32 kemudian bandingkan hasilnya.



18 By Ir J P Damanik, M.Si – FT UNKRIS 2020