DAFTAR ISI KATA PENGANTAR

Transkripsi

1 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR ii DAFTAR ISI iii DAFTAR GAMBAR x DAFTAR TABEL xiv DAFTAR LAMPIRAN xv BAB I DASAR-DASAR REFRIGERASI DAN TATA UDARA 1 A. Kalor 1 B. Zat (Benda) 4 C. Gaya (Force) 5 D. Tekanan 5 1. Tekanan Atmosfir 5 2. Tekanan Manometer (Pengukuran) 6 3. Tekanan Absolut 6 4. Hubungan Suhu dan Tekanan 7 E. Kerja (Work) 7 F. Daya 8 G. Hukum konservasi energi 8 H. Jumlah panas 8 I. Panas jenis 9 J. Humidity (Kelembaban) 9 K. Hubungan temperatur-volume pada tekanan konstan 10 L. Hukum Charles untuk proses tekanan konstan 11 M. Hubungan tekanan-volume pada temperatur konstan 12 N. Hubungan tekanan-temperatur pada volume konstan 13 O. Hukum Charles untuk proses volume konstan 14 P. Hukum Gas Umum 15 iii

2 Q. Gas ideal atau gas sempurna 16 R. Proses-proses untuk gas ideal Proses volume konstan Proses tekanan konstan Proses temperatur konstan Proses adiabatik Proses politropik Hubungan PVT selama proses adiabatik 21 S. Titik didih 21 T. Temperatur jenuh 22 U. Uap Jenuh 22 V. Uap panas lanjut dan Cairan dingin lanjut 23 W. Pengaruh tekanan pada temperatur jenuh 24 BAB II KOMPONEN UTAMA REFRIGERASI DAN TATA UDARA 27 A. Kompresor Jenis kompresor berdasarkan letak motornya 27 a. Kompresor open type 27 b. Kompresor semi hermetic 29 c. Kompresor hermetic Jenis kompresor berdasarkan cara kerjanya 30 a. Kompresor Reciprocating (Torak) 30 b. Kompresor rotary centrifugal 31 c. Kompresor helical-rotary screw 33 d. Kompresor scroll 34 B. Kondensor Air Cooled Condenser 36 a. Remote condenser 37 b. Condensing unit Water Cooled Condenser 39 a. Shell and Tubes Condenser 40 b. Shell and Coil Condenser 41 c. Tubes in Tube Condenser Evaporative Condenser 42 iv

3 C. Evaporator Jenis evaporator berdasarkan konstruksinya 44 a. Bare tube evaporator 44 b. Finned tube evaporator 44 c. Plate surface evaporator Jenis evaporator berdasarkan metoda pemasokan refrigerannya 45 a. Dry expansion evaporator 45 b. Flooded evaporator Jenis evaporator berdasarkan sirkulasi udaranya 47 a. Natural convection evaporator 47 b. Forced convection evaporator Jenis evaporator berdasarkan fluida yang didinginkan 48 a. Air cooling evaporator 48 b. Liquid chilling evaporator 48 1) Double pipe cooler (tube in tube cooler) 48 2) Baudelot cooler (falling film surface) 49 3) Shell and coil evaporator 49 4) Shell and tube evaporator Jenis evaporator berdasarkan sistem kontak refrigerannya 50 a. Direct system 50 b. Indirect system 50 D. Alat ekspansi Keran ekspansi yang diputar dengan tangan (manual) Keran pelampung sisi tekanan rendah Keran pelampung sisi tekanan tinggi Keran ekspansi otomatis Keran ekspansi thermotatis Pipa kapiler 56 BAB III REFRIGERAN DAN MINYAK PELUMAS 57 A. Definisi Refrigeran 57 B. Jenis-jenis Refrigeran Refrigerant R-11, CC1 3 F, Trichloro Monofluora Methane Refrigerant R-12, CL 2 F 2 Dichloro Difluoro Methane 59 v

4 3. Refrigerant R-22, CHCLF 2 Chloro Difluoro Methane Refrigerant R-113, C 2 Cl 2 F 3, Trichloro Trifluoro Ethane Refrigerant R-114 C 2 Cl 2 F 4, Dichloro Tetrafluoro Ethane Refrigerant R-500, CCL 2 F 2 /CH 3 -CHF 2 Azeotrope Refrigerant R-502, ChCLF 2 /CClF 2 -CF 3 Azeotrope Amonia R-717. NH Carbon Dioxide, R-744, CO Sulfur Dioxide, R-764, SO Methylchloride, R-40, CH 3 CL 67 C. Minyak Pelumas 68 D. Kekentalan (Viscosity) Minyak Pelumas 69 BAB IV SISTEM KOMPRESI UAP 71 A. Siklus kompresi uap 71 B. Model siklus kompresi uap 72 C. Diagram tekanan-entalpi 73 D. Proses pendinginan Proses ekspansi Proses evaporasi Proses kompresi Proses kondensasi 77 E. Pengaruh superheating refrigeran uap pada siklus refrigerasi 78 F. Pengaruh subcooling refrigerant cair pada siklus refrigerasi 80 BAB V PSYCHROMETRIC 83 A. Definisi Psychrometric 83 B. Letak Garis dan Skala Pada Grafik 85 C. Hubungan antara Bagian-bagian Psychrometric 87 D. Penggunaan Praktis Kandungan Uap Air (Humidity) Pengkondisian Udara Di Musim Dingin Pengkondisian Udara Di Musin Panas Kondensasi atau Pengembunan Di Musim Dingin 99 E. Aplikasi Term Pengembunan/Kondensasi Secara Praktis 100 vi

5 BAB VI ESTIMASI BEBAN PENDINGINAN 103 A. Macam-macam beban pendinginan 103 B. Waktu operasi (equipment running time) 103 C. Perhitungan beban pendinginan Beban panas dari dinding (the wall gain load) Beban panas dari pertukaran udara (the air change load) Beban panas dari produk Beban panas dari alat-alat (beban tambahan) 107 D. Faktor perpindahan panas melalui dinding (wall gain load) 107 E. Menentukan harga faktor U (determination of the U faktor) 108 F. Perbedaan temperatur diantara dinding ruangan pendingin 111 G. Perbedaan temperatur diantara lantai dan langit-langit 111 H. Pengaruh radiasi matahari 112 I. Perhitungan beban panas dari dinding 112 J. Perhitungan beban panas dari udara 115 K. Perhitungan beban panas dari produk 117 L. Faktor pendinginan mula (chilling rate faktor) 119 M. Panas respirasi 120 N. Beban panas dari pembungkus produk 121 O. Perhitungan beban tambahan (miscellaneous load) 121 P. Penggunaan faktor keselamatan (safety faktor) 121 Q. Cara pendek untuk menghitung beban pendinginan 122 BAB VII SISTEM AIR CONDITIONING 123 A. Gambaran umum Air Conditioning 123 B. Jenis-jenis Air Conditioning AC Window AC Mini split AC Split Duct VRV System 126 C. Prinsip Kerja Air Conditioning Siklus Aliran Refrigeran Siklus Aliran Udara 129 vii

6 D. Precision Air Conditioning (PAC) Keakuratan pengontrolan temperatur dan kelembaban ruangan Kualitas udara yang disirkulasikan Jam operasi unit 131 E. Fungsi Precision Air Conditioning 131 F. Jenis-jenis PAC Jenis PAC berdasarkan sistem kerjanya 132 a. DX (Direct Expansion) 132 b. Chilled Water 134 c. Dual Cooling System Jenis PAC berdasarkan arah alirannya 135 a. Up flow 135 b. Down flow 135 G. Prinsip kerja Precision Air Conditioning 135 H. Gambaran Umum AC Sentral Chiller Jenis jenis Chiller 137 a. Air cooled Chiller 137 b. Water cooled Chiller 138 c. Absorption Chiller Air Handling Unit (AHU) Cooling Tower 140 BAB VIII PERALATAN KERJA REFRIGERASI DAN TATA UDARA 142 A. Manifold Gauge 142 B. Pompa Vakum 143 C. Leak Detector 144 D. Thermometer 145 E. Multitester 145 F. Tang ampere 146 G. Kapasitor Tester 147 H. Mesin 3R (Recovery, Recycle dan Recharging) 148 I. Cutting Copper Tubing 148 J. Flaring Copper Tubing 149 viii

7 K. Swaging Copper Tubing 149 L. Bending Copper Tubing 150 M. Brazing Copper Tubing 150 N. Dental Mirror 151 O. Alat Pembuntu pipa (Pinch-Off tool) Pembuntu pipa jenis Vise-Grip Pembuntu pipa jenis plat (Imperial) Pembuntu pipa jenis ragum (Robin air) 152 P. Katup Servis (Service Valve) 153 DAFTAR PUSTAKA 154 GLOSSARY 155 LAMPIRAN 159 ix

8 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1.1 Skala temperature 1 Gambar 1.2 Proses perpindahan kalor 2 Gambar 1.3 Proses penambahan kalor 2 Gambar 1.4 Nilai Kalor sensibel dan laten 3 Gambar 1.5 Perubahan wujud zat dari cair ke gas 4 Gambar 1.7 Tekanan atmosfir 6 Gambar 1.8 Skala pengukuran tekanan atmosfir dan manometer 6 Gambar 1.9 Skala pengukuran tekanan absolut 7 Gambar 1.10 Kandungan uap air relativ 10 Gambar 1.11 Proses tekanan konstan 11 Gambar 1.12 Proses temperatur konstan 12 Gambar 1.13 Proses volume konstan 13 Gambar 1.14 Hubungan tekanan-volume pada proses adiabatik 19 Gambar 1.15 Hubungan tekanan-volume pada proses politropik 20 Gambar 1.16 Uap jenuh (saturated vapor) 22 Gambar 1.17 Uap panas lanjut (superheated vapor) 23 Gambar 1.18 Grafik hubungan tekanan dan temperatur uap jenuh air 24 Gambar 1.19 Pengaruh tekanan pada temperatur jenuh cairan 25 Gambar 2.1 Kompresor Open-Type 28 Gambar 2.2 Kompresor Semi hermetic 29 Gambar 2.3. Hermetic-Type Compressor 30 Gambar 2.4 Kompresor resiprocating 31 Gambar 2.5 Rotary-Centrifugal Compressor 31 Gambar 2.6 Impeller blade, passage, diffuser passage dan volute 32 Gambar 2.7 Multistage Centrifugal Compressor 32 Gambar 2.8 Kompresor twin screw dan single screw 33 Gambar 2.9 Mekanisme refrigeran di kompresor 34 x

9 Gambar 2.10 Kompresor Scroll 35 Gambar 2.11 Air Cooled Condenser 36 Gambar 2.12 Jenis remote air cooled condenser 38 Gambar 2.13 Condensing unit. 38 Gambar 2.14 Water Cooled Condenser 39 Gambar 2.15 Shell and Tubes Condenser 40 Gambar 2.16 Shell and Coil Condenser 41 Gambar 2.17 Tubes and Tube Condenser 41 Gambar 2.18 Evaporative condenser 42 Gambar 2.19 Bare tube evaporator 44 Gambar 2.20 Finned tube evaporator 45 Gambar 2.21 Plate surface evaporator 45 Gambar 2.22 Dry expansion evaporator 46 Gambar 2.23 Flooded evaporator 46 Gambar 2.24 Natural convection evaporator 47 Gambar 2.25 Forced convection evaporator 47 Gambar 2.26 Tube in tube evaporator 48 Gambar 2.27 Baudelot cooler 49 Gambar 2.28 Shell coil evaporator 49 Gambar 2.29 Shell and tube evaporator 50 Gambar 2.30 keran ekspansi yang diputar dengan tangan 51 Gambar 2.31 keran pelampung sisi tekanan rendah pada evaporator banjir 52 Gambar 2.32 Keran pelampung sisi tekanan tinggi 53 Gambar 2.33 Keran ekspansi otomatis 54 Gambar 2.34 Keran ekspansi thermostatis, Sporlan tipe G 55 Gambar 4.1 Siklus diagram sistem refrigerasi kompresi uap sederhana 71 Gambar 4.2 Model siklus kompresi uap 72 Gambar 4.3 Sketsa diagram tekanan-entalpi 74 Gambar 4.4 Sketsa Ph diagram 75 Gambar 4.5 Diagram Ph untuk siklus refrigerasi pada temperatur 75 penguapan 20 0 F dan temperatur kondensasi F Gambar 4.6 Diagram alir dari siklus refrigerasi sederhana 76 Gambar 4.7 Siklus diagram aliran superheated 78 xi

10 Gambar 4.8 Ph diagram untuk perbandingan siklus satarusi dengan 79 siklus superheated Gambar 4.9 Ph diagram untuk perbandingan siklus satarusi dengan 80 siklus subcooled Gambar 5.1 Grafik psychrometric 83 Gambar 5.2 Ilustrasi Grafik psychrometric 86 Gambar 5.3 Garis temperatur kering dan basah 86 Gambar 5.4 Garis temperatur kondensasi dan kanduangan uap air relatif 87 Gambar 5.5 Garis tetes uap air (grains of moisture) 87 Gambar 5.6 Cara menentukan kandungan uap air relatif (RH) 88 Gambar 5.7 Cara menentukan temperatur basah 89 Gambar 5.8 Cara menentukan temperatur kering 90 Gambar 5.9 Cara menentukan temperatur pengembunan kesatu 91 Gambar 5.10 Cara menentukan temperatur pengembunan kedua 92 Gambar 5.11 Cara menentukan temperatur pengembunan ketiga 93 Gambar 5.12 Cara menentukan jumlah tetes air 94 Gambar 5.13 Cara menentukan jumlah tetes air per ft 3 udara 95 Gambar 5.14 Cara menentukan kondisi nyaman di musim dingin 97 Gambar 5.15 Cara menentukan kondisi nyaman di musim panas 98 Gambar 5.15 Cara menentukan temperatur pengembunan di musim dingin 100 Gambar 5.16 Cara menentukan temperatur pengembunan 101 pada permukaan saluran udara (duct) Gambar 6-1 blok beton 109 Gambar 6.2 Denah took 113 Gambar 7.1 Skema sistem air conditioning 123 Gambar 7.2. AC windows 124 Gambar 7.3 AC Split 125 Gambar 7.4 AC Split Duct 125 Gambar 7.5 VRV system 126 Gambar 7.6 siklus air conditioning 128 Gambar 7.7 siklus aliran udara 129 Gambar 7.8 Tampilan Precision Air Conditioning (PAC) 129 Gambar 7.9 PAC tipe Air cooled system 132 Gambar 7.10 PAC tipe Water cooled system 133 xii

11 Gambar 7.11 PAC tipe Glycool system 133 Gambar 7.12 PAC tipe Chilled water system 134 Gambar 7.13 Dual cooling system 134 Gambar 7.14 Arah Aliran udara PAC 135 Gambar 7.15 AC Sentral 136 Gambar 7.16 Chiller 137 Gambar 7.16 Air Coold Chiller 138 Gambar 7.17 Water coold chiller 138 Gambar 7.18 Absoption Chiller 139 Gambar 7.19 Air Handling Unit 140 Gambar 7.19 Cooling Tower 141 Gambar 7.20 Natural draft 141 Gambar 7.21 Force Draft 141 Gambar 8.1 Manifold gauge 142 Gambar 8.2 Pompa vakum 143 Gambar 8.3 Elektronik Leak Detector 144 Gambar 8.4 Thermometer 145 Gambar 8.5 Multitester 145 Gambar 8.5 Tang ampere 146 Gambar 8.6 Capasitor Tester 147 Gambar 8.7 Mesin 3R 148 Gambar 8.8 Tubing Cutter 148 Gambar 8.9 Flaring Tools 149 Gambar 8.10 Swaging Tools 149 Gambar 8.11 Bending 150 Gambar 8.12 Brazzing Tools 151 Gambar 8.13 Dental Mirror 151 Gambar 8.14 Pembuntu pipa jenis vise grip 152 Gambar 8.15 Pembuntu pipa jenis plat 152 Gambar 8.16 Pembuntu pipa jenis ragum 152 Gambar 8.17 Katup servis 153 xiii

12 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Kelebihan dan kekurangan kompresor open type 28 Tabel 2.2 Kelebihan dan kekurangan kompresor semi hermetic 29 Tabel 2.3 Kelebihan dan kekurangan kompresor hermetic 30 Tabel 2.4 Patokan penentuan suhu kondensasi 43 Tabel 3.1 Beberapa Merk dagang refrigeran 58 Tabel 3.2 Warna tabung Refrigeran 58 Tabel 3.3 Pedoman Kekentalan Minyak Pelumas 70 xiv

13 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 Tabel 6.1 Heat transfer coefficient (U) for cold storage rooms 159 Lampiran 2 Tabel 6.2 Heat transfer coefficient (U) for cold storage rooms 160 Lampiran 3 Tabel 6.3 Heat transfer coefficient (U) for cold storage rooms 161 Lampiran 4 Tabel 6.4 Thermal conductivity of materials used in cold storage 162 Rooms Lampiran 5 Tabel 6.5 Faktor U untuk kaca atau gelas dan Tabel 6.5A Surface 163 Conductance (f) for building structures Lampiran 6 Tabel 6.6 Refrigerations design ambient temperature guide 164 Lampiran 7 Tabel 6.7 Allowance for solar radiation 170 Lampiran 8 Tabel 6.8A Btu/ft 3 of air removed in cooling to storage conditions 171 above 30 0 F dan Tabel 6.8B Btu/ft 3 of air removed in cooling to storage conditions below 30 0 F Lampiran 9 Tabel 6.9A Average air changes per 24 hours for storage rooms 172 above 32 0 F due to door opening and infiltration dan Tabel 6.9B Average air changes per 24 hours for storage rooms below 32 0 F due to door opening and infiltration Lampiran 10 Tabel 6.10 Design data for fruit storage 173 Lampiran 11 Tabel 6.11 Design data for vegetable storage 175 Lampiran 12 Tabel 6.12 Design data for meat storage 177 Lampiran 13 Tabel 6.13 Design data for miscellaneous storage 179 Lampiran 14 Tabel 6.14 Reaction heat from fruits and vegetables 181 Lampiran 15 Tabel 6.15 Heat equivalent of electric motors 182 Lampiran 16 Tabel 6.16 Heat equivalent of occupancy 183 Lampiran 17 Tabel 6.17 Usages heat gain, Btu/24 Hr for one cubic feet 184 interior capacity Lampiran 18 Tabel 6.18 Wall heat gain 185 xv

14 BAB I DASAR-DASAR REFRIGERASI DAN TATA UDARA A. Kalor Kalor adalah salah satu bentuk energi yang tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Kalor dapat diubah bentuknya menjadi energi lain. Kalor adalah energi yang berpindah jika terdapat perbedaan temperatur. Kalor akan mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah. Kejadian ini akan terus berlangsung sampai diperoleh keseimbangan temperatur (termal). Gambar 1.1 Skala temperatur Sumber : Temperatur adalah tingkatan atau derajat panas atau dingin dari suatu benda yang umumnya diukur dalam satuan derajat Fahrenheit ( 0 F) atau Celcius ( 0 C), seperti ditunjukkan oleh Gambar 1.1. Jika kalor ditambahkan pada suatu benda maka temperatur benda itu akan naik. Begitu pula sebaliknya jika kalor dikurangi/dipindahkan dari suatu benda maka temperatur benda itu akan turun atau menjadi rendah. Temperatur rendah itulah yang disebut dingin. 1

15 Gambar 1.2 Proses perpindahan kalor Sumber: Sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 1.2, proses perpindahan kalor pada suatu zat terjadi dengan tiga cara yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat yang sama tanpa disertai perpindahan bagian-bagian dari zat itu. Contoh: besi yang dipanaskan. Konveksi adalah perpindahan kalor melalui media gas atau cairan, sebagai contoh udara di dalam lemari es dan air yang dipanaskan di dalam cerek. Radiasi adalah perpindahan kalor dari suatu bagian yang yang lebih tinggi suhunya ke bagian lain yang lebih rendah suhunya tanpa melalui zat perantara, contohnya: cahaya matahari, panas lampu dan tungku api. Perpindahan kalor secara radiasi hanya dapat terjadi melalui gas, benda yang transparan, dan ruang yang hampa udara (vacum). Pada sistem refrigerasi dan air conditioning, satuan energi kalor dinyatakan dalam British Thermal Unit (BTU). BTU adalah sejumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 pon air sebesar 1 0 F. Air digunakan sebagai standar untuk menghitung jumlah kalor. Pada gambar 1.3 ditunjukkan ilustrasi dari proses penambahan kalor pada air. Gambar 1.3 Proses penambahan kalor 2

16 Pada penggunaannya dikenal dua istilah kalor yaitu kalor sensibel dan kalor laten. Kalor sensibel adalah kalor yang dapat diukur, kalor yang menyebabkan terjadinya kenaikkan/penurunan temperatur. Kalor laten adalah kalor yang diperlukan untuk merubah phasa benda, mulai dari titik lelehnya atau titik didihnya atau titik bekunya sampai benda itu berubah phasa secara sempurna, tetapi temperaturnya tetap. Kalor laten yang diperlukan untuk merubah phasa padat ke cair disebut kalor laten fusi (latent heat of fusion). Kalor laten yang diperlukan untuk merubah phasa cair ke padat disebut kalor laten pembekuan (latent heat of freezing). Kalor laten yang diperlukan untuk merubah phasa cair ke gas (uap) disebut kalor laten penguapan (latent heat of vaporization) dan kalor laten yang diperlukan untuk merubah phasa gas ke cair disebut kalor laten pengembunan (latent heat of condensation). Besaran nilai kalor laten dan sensible dari air untuk berubah wujud dan temperaturnya ditunjukkan oleh Gambar 1.4. Gambar 1.4 Nilai Kalor sensibel dan laten Sumber : 3

17 B. Zat (Benda) Wujud (phasa) benda yang ada dipermukaan bumi terdiri atas tiga keadaan yaitu padat, cair dan gas. Diantara ketiganya itu terdapat perbedaan sebagai berikut: (1) benda dalam keadaan padat memiliki bentuk dan isi yang tetap karena molekul-molekulnya saling merapat satu sama lain. (2) benda dalam keadaan cair isinya tetap dan bentuknya berubah-ubah menyesuaikan dengan tempatnya. (3) benda dalam keadaan gas bentuk dan isinya selalu berubah-ubah. Walaupun ketiga benda tersebut memiliki phasa yang berbeda-beda, tetapi salah satu phasa benda itu bisa berubah ke phasa benda yang lainnya. Sebagai contoh pada Gambar 1.5 Proses perubahan phasa suatu benda, dimana air (cair) dapat berubah menjadi uap (gas) yang bergantung pada temperatur dan tekanan disekitarnya. Beberapa proses perubahan phasa benda adalah sebagai berikut : 1. Membeku, yaitu perubahan dari cair ke padat 2. Mencair, yaitu perubahan dari padat ke cair 3. Menguap, yaitu perubahan dari cair ke gas (uap) 4. Mengembun, yaitu perubahan dari uap ke cair 5. Menyublim, yaitu perubahan dari padat ke uap tanpa melalui proses perubahan ke cair. 6. Mengendap (deposition) yaitu perubahan dari gas ke padat tanpa melalui proses perubahan ke cair. Gambar 1.5 Perubahan wujud zat dari cair ke gas Sumber: Pada sistem refrigerasi dan tata udara proses perubahan phasa benda sangat berperan besar, secara khusus dilakukan oleh refrigeran. Refrigeran adalah bahan pendingin 4

18 berupa fluida yang digunakan untuk menyerap kalor melalui perubahan phasa cair ke gas (menguap) dan membuang kalor melalui perubahan phasa gas ke cair (mengembun). C. Gaya (Force) Gaya didefinisikan sebuah dorongan atau tarikan. Sesuatu yang cenderung mendorong benda untuk melakukan suatu gerakan atau untuk membantu gerakan benda untuk berhenti, atau untuk mengubah arah gerakan. Gaya juga dapat merubah ukuran atau bentuk sebuah benda. Benda tersebut dapat berupa belitan, belokan, rentangan, yang ditekan atau yang lainnya yang berubah bentuk oleh gerakan akibat sebuah gaya. Gaya lebih dikenal sebagai berat (weight). Berat suatu benda dapat diukur dengan gaya yang didesakan pada benda oleh tarikan gravitasi bumi (Gambar 1.7). Ada banyak gaya selain gaya gravitasi, semua gaya diukur dengan satua berat. Namun demikian, kebanyakan gaya diberi satuan dalam pound (lb) dan satuan lain juga dapat digunakan. D. Tekanan Cara memahami air conditioning terlebih dahulu harus memahami tekanan. Tekanan adalah gaya per satuan luas. Semua benda padat, cair dan gas mempunyai tekanan. Benda padat memberikan tekanan kepada benda lain yang menunjangnya. Misalnya kaki lemari es memberikan tekanan kepada lantai. Cairan di dalam bejana memberikan tekanan kepada dinding dan alas bejana itu. Gas di dalam tabung memberikan tekanan kepada tabung. Tekanan gas di dalam tabung dipengaruhi oleh suhu dan jumlah gasnya. Kerja suatu AC sebagian besar tergantung dari perbedaan tekanan di dalam sistem. Kita harus mengerti arti macam-macam tekanan yang berhubungan dengan air conditioning. Tekanan tersebut ada tiga macam yaitu tekanan atmosfir, tekanan manometer (pengukuran) dan tekanan absolut (mutlak). 1. Tekanan Atmosfir Bumi kita diselimuti udara (21% oksigen, 78% nitrogen dan 1% unsur lain) yang disebut atmosfir, yang tebalnya diperkirakan lebih dari 600 mil (965,6 km) diukur dari permukaan bumi. Udara itu mempunyai berat dan berat itulah yang dikenal sebagai tekanan atmosfir. Besarnya tekanan atmosfir diukur mulai dari permukaan air laut, besarnya kira-kira 14,7 psi, seperti ditunjukkan oleh Gambar

19 Gambar 1.7 Tekanan atmosfir Sumber : 2. Tekanan Manometer (Pengukuran) Manometer adalah alat untuk mengukur tekanan uap air dalam ketel atau tekanan gas dalam suatu tabung. Tekanan yang ditunjukkan oleh jarum manometer disebut tekanan manometer (pengukuran). Sebagai standar tekanan manometer, tekanan atmosfir pada permukaan air laut diambil sebagi 0, dengan satuan psig atau kg/cm 2. jadi pada permukaan air laut tekanan atmosfir 14,7 psi = 0 psig tekanan manometer, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 1.8. Gambar 1.8 Skala pengukuran tekanan atmosfir dan manometer 3. Tekanan Absolut Tekanan absolut adalah tekanan yang sesungguhnya. Jumlah tekanan manometer dan tekanan atmosfir pada setiap saat disebut tekanan absolut. Titik nol (0) pada tekanan 6

20 absolut adalah vakum 100% atau tidak ada tekanan sama sekali = 0 psia. Pada Gambar 1.9 ditunjukkan skala pengukuran tekanan absolut, dimana tekanan 1 atmosfir pada tekanan absolut adalah 14,7 psia. Tekanan absolut = tekanan manometer + tekanan atmosfir. Gambar 1.9 Skala pengukuran tekanan absolut 4. Hubungan Suhu dan Tekanan Umumnya benda-benda dalam wujud padat, cair dan gas jika dikalori gerak moleku-molekulnya menjadi lebih kuat dan volumenya mengembang. Jika mengembangnya dibatasi, akan timbul gaya yang besar dari benda dalam usahanya untuk mengembang. Makin besar kalor yang diberikan, makin besar tekanan yang ditimbulkan. Tekanan tersebut dapat diukur denagn manometer. Makin rendah tekanan pada permukaan cairan, maikn rendah titik didih cairan itu. Hal ini pun berlaku untuk bahan pendingin di dalam evaporator. Makin rendah tekanan di atas permukaan bahan pendingin, makin rendah titik didihnya sehingga suhu evaporator juga menjadi makin rendah. E. Kerja (Work) Kerja sesuatu yang dilakukan ketika gaya bekerja pada benda yang bergerak sejauh benda itu. Jumlah kerja yang dilakukan adalah gaya yang dihasilkan dan sejauh jarak, dimana gaya bekerja. Hubungan tersebut ditunjukkan oleh persamaan 1-1. W = F x I (1-1) dimana : 7

21 W F I : Kerja yang dilakukan : Gaya : Jarak sejauh gaya yang bekerja Kerja yang dilakukan selalu dinyatakan dalam bentuk satuan yang sama dengan yang digunakan untuk menyatakan besarnya gaya dan jarak. Untuk jarak, jika gaya dinyatakan dalam pound (lb) dan jarak dinyatakan dalam feet (ft), kerja yang dilakukan dnyatakan dalam foot-pound (ft-lb). Foot-pound satuan yang sering digunakan untuk mengukur kerja. F. Daya Daya adalah jumlah kerja yang dilakukan. Daya adalah kerja yang dilakukan yang didapat dari waktu yang dibutuhkan untuk melakukan kerja. Satuan daya adalah tenaga kuda (Horsepower, Hp). Satu tenaga kuda didefinisikan daya yang diperlukan untuk melakukan kerja sejumlah ft-lb per menit atau /60 sama dengan 550 ft-lb per detik. Daya yang dibutuhkan dalam tenaga kuda dapat ditentukan dengan persamaan 1-2. Hp = dimana : W xt (1-2) Hp W t : Tenaga kuda : Kerja yang dilakukan (foot-pound) : Waktu (menit) G. Hukum konservasi energi Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, tapi dapat diubah bentuknya menjadi bentuk energi lain. Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa perpindahan energi panas berlangsung jika terdapat perbedaan-perbedaan temperatur. Panas itu akan mengalir dari benda bertemperatur tinggi ke benda bertemperatur rendah, kejadian ini akan berlangsung sampai dicapai keseimbangan temperatur. H. Jumlah panas Ukuran jumlah panas dinyatakan dalam British thermal unit (Btu). Air digunakan sebagai standar untuk menghitung jumlah panas, karena untuk menaikkan 8

22 temperatur 1 0 F untuk tiap 1 lb air diperlukan panas 1 Btu (pada permukaan air laut). Dua Btu artinya menaikkan temperatur air sebanyak 1 lb untuk 2 0 F atau menaikkan temperatur air sebanyak 2 lb sebesar 1 0 F. Oleh karenanya untuk menghitung jumlah panas yang dibutuhkan/dibuang digunakan persamaan1-3. Btu = W x t (1-3) Di mana: W : jumlah air (lb) t : perbedaan temperatur ( 0 F) I. Panas jenis Panas jenis suatu benda artinya jumlah panas yang diperlukan benda itu agar temperaturnya naik 1 0 F. Panas jenis air adalah 1, untuk mendapatkan panas jenis benda lain panas jenis air dijadikan sebagai pembanding. Harga panas jenis benda tentu saja tergantung pada perubahan temperaturnya. Berdasarkan hal itu maka jumlah panas yang diberikan/dibuang dari suatu benda dapat dihitung dari persamaan1-4. Btu = W x c x t (1-4) Di mana c : panas jenis benda. Panas jenis benda akan berubah jika fase benda itu berubah. Air adalah salah satu contoh yang baik dimana kita dapat lihat perubahan panas jenisnya pada fase yang lain. Air pada fase cair panas jenisnya 1, tetapi pada fase gas dan padat nilai panas jenisnya hampir 0,5. udara bila dipanaskan dan bergerak bebas pada tekanan tetap panas jenisnya 0,24. uap refrigeran R-12 pada tekanan konstan dan temperatur 70 0 F mempunyai panas jenis 0,148, padahal pada temperatur 86 0 F adalah 0,24. untuk menghitung jumlah perpindahan panas yang terjadi pada kombinasi beberapa benda digunakan persamaan1-5. Btu = (W 1 x c 1 x t 1 ) + (W 2 x c 2 x t 2 ) + (W 3 x c 3 x t 3 ) +... (1-5) J. Humidity (Kelembaban) Tetes air di udara diukur dengan istilah (terminologi) humidity (kelembaban) atau kandungan uap air di udara. Sebagai contoh pada Gambar 1.10, kandungan uap air relativ (relativ humidity) 50% artinya udara itu mengandung tetes air sebanyak 50% dibanding jumlah total yang mampu dikandungnya secara maksimal berdasarkan temperatur yang diberikannya. Kandungan uap air relativ yang rendah memungkinkan 9

23 tubuh kita untuk mengeluarkan kalor dengan cara penguapan (evaporasi). Karena kelembaban yang rendah berarti udara itu cenderung kering, sehingga ia dapat dengan mudah menyerap uap air. Jika kandungan uap air relativ itu tinggi, maka akan berakibat sebaliknya. Proses penguapan akan berjalan lambat pada kondisi lembab,sehingga kecepatan pengeluaran kalor dari tubuh melalui proses penguapan akan menurun sampai akhirnya berhenti. Kondisi nyaman yang dapat diterima oleh tubuh manusia berada pada kisaran temperatur F (22,2 0 26,6 0 C) dan 45% - 50% kelembaban relativ. a 4 tetes/ft 3 b 8 tetes/ft 3 T ruang 70 F T ruang 70 F Gambar 1.10 Kandungan uap air relativ. a) RH 50% dan b) RH 100% K. Hubungan temperatur-volume pada tekanan konstan Jika gas dipanaskan di bawah satu kondisi dimana tekanan dijaga agar tetap, maka volume akan meningkat 1/492 dari volume semula pada temperatur 32 0 F untuk setiap peningkatan temperatur 1 0 F. Demikian juga, jika suatu gas didinginkan pada tekanan konstan, maka volume akan menurun 1/492 dari volume semula pada temperatur 32 0 F untuk setiap penurunan temperatur 1 0 F. Supaya penggambaran perubahan kondisi pada tekanan konstan lebih baik, diasumsikan bahwa gas disimpan dalam silinder dilengkapi dengan alat yang benar-benar pas, seperti ditunjukkan Gambar 1.11a. Tekanan gas adalah tekanan yang dihasilkan oleh berat piston dan oleh berat atmosfir pada bagian atas piston. Karena piston bebas bergerak ke atas dan ke bawah dalam silinder, maka gas dapat mengembang atau mengkerut, yaitu mengubah volume dengan cara temperatur gas tetap konstan. Pada waktu gas dipanaskan, temperatur dan volume meningkat dan piston bergerak naik dalam silinder. Pada waktu gas didinginkan, temperatur dan volume menurun dan piston bergerak turun dalam 10

24 silinder. Pada kasus lain, tekanan gas tetap sama atau berubah selama proses pemanasan atau pendinginan. Gambar 1.11 Proses tekanan konstan. (a) Gas di dalam selinder. (b) Gas dipanaskan sehingga temperatur dan volumenya naik. (c) Gas didinginkan sehingga temperatur dan volumenya turun. L. Hukum Charles untuk proses tekanan konstan Hukum Charles untuk proses tekanan konstan mempunyai pengaruh, yaitu ketika tekanan gas tetap konstan, volume gas langsung berubah dengan temperatur absolut. Kemudian, jika temperatur absolut gas digandakan pada waktu tekanan dijaga tetap konstan, maka volume juga akan digandakan. Demikian juga, jika temperatur absolut gas dikurangi setengah kali pada waktu tekanan konstan, maka volume juga akan berkurang setengah kali. Persamaan ini diilustrasikan dalam Gambar 1.11b dan 1.11c. Hukum Charles untuk proses tekanan konstan ditulis pada persamaan 1-6, jika tekanan dijaga tetap konstan, maka : T 1 V 2 = T 2 V 1 (1-6) Dimana : T 1 = Temperatur awal gas ( o Rankine) T 2 = Temperatur akhir gas ( o Rankine) V 1 = Volume awal gas (cu ft) V 2 = Volume akhir gas (cu ft) Jika tiga macam nilai lebih dahulu diketahui, maka yang keempat dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

25 Contoh 1: Sebuah gas mempunyai temperatur awal 520 o R dan volume awal 5 cu ft, melakukan ekspansi pada tekanan konstan sampai volumenya 10 cu ft. Tentukan temperatur akhir gas pada derajat Rankine. Jawab : Gunakan persamaan 1-6 Temperatur akhir gas, T 2 = T 1V 2 = 520x8 = 1040 o R V 1 5 M. Hubungan tekanan-volume pada temperatur konstan Ketika volume gas meningkat atau menurun di bawah suatu kondisi, maka temperatur gas tidak akan berubah, tekanan absolut akan terbalik dengan volume. Kemudian, ketika gas ditekan (volume menurun), maka temperatur tetap tidak berubah, tekanan absolut akan meningkat yang sebanding dengan penurunan volume. Secara bersamaan, ketika gas mengembang pada temperatur konstan, tekanan absolut akan menurun yang sebanding dengan peningkatan volume. Pernyataan tersebut adalah hukum Boyle untuk proses tekanan konstan dan digambarkan pada Gambar Gambar 1.12 Proses temperatur konstan. (a) kondisi awal. (b) Proses ekspansi pada temperatur konstan. (c) Proses kompresi pada temperatur konstan. Ketika gas ditekan pada temperatur konstan, kecepatan molekul tetap tidak berubah. Peningkatan tekanan terjadi disebabkan oleh volume gas yang berkurang dan mempunyai jumlah molekul gas yang ditahan pada ruang yang kecil sehingga frekuensi 12

26 tumbukan menjadi besar. Sebaliknya keadaan akan terjadi ketika gas mengembang pada temperatur konstan. Pada beberapa proses termodinamika yang terjadi seperti hal di atas yaitu temperatur tidak berubah selama proses disebut proses isothermal (temperatur konstan). Hukum Boyle untuk proses temperatur konstan ditunjukkan oleh persamaan 1-7. P 1 V 1 = P 2 V 2 (1-7) dimana : P 1 = Tekanan absolut awal P 2 = Tekanan absolut akhir V 1 = Volume awal (cu ft) V 2 = Volume akhir (cu ft) Contoh 2: 5 lb udara mengembang pada temperatur konstan dan volume awal 4 cu ft sampai volume akhir 10 cu ft. Jika tekanan awal udara 20 psia, berapa tekanan akhir dalam psia? Jawab : Gunakan persamaan 1-7 Tekanan akhir P2 = P 1 xv 1 = V x5 = 10 psia N. Hubungan tekanan-temperatur pada volume konstan Gambar 1.13 Proses volume konstan. (a) Kondisi awal. (b) Tekanan absolut naik berbanding lurus dengan kenaikan temperatur absolut. (c) Tekanan absolut turun berbanding lurus dengan penurunan temperatur absolut. 13

27 Diasumsikan bahwa suatu gas disimpan dalam silinder tertutup sehingga volumenya tidak akan berubah pada waktu dipanaskan atau didinginkan (Gambar 1.13a). Ketika temperatur gas meningkat oleh penambahan kalor, tekanan absolut akan naik berbanding lurus dengan kenaikan temperatur absolut (Gambar 1.13b). Jika gas didinginkan, tekanan absolut gas akan menurun berbanding lurus dengan penurunan temperatur absolut (Gambar 1.13c). Pada saat temperatur (kecepatan molekul) gas ditingkatkan sedangkan volume gas (ruang pada molekul terbatas) tetap sama, besarnya tekanan (gaya dan frekuensi molekul menubruk dinding silinder) meningkat. Sedangkan, ketika gas didinginkan pada volume konstan, gaya dan frekuensi molekul menimpa dinding wadah berkurang dan tekanan gas akan berkurang dari sebelumnya. Penurunan gaya dan frekuensi tumbukan molekul disebabkan oleh penurunan kecepatan molekul. O. Hukum Charles untuk proses volume konstan Hukum Charles menguraikan bahwa ketika gas didinginkan atau dipanaskan di bawah satu kondisi dimana volume gas tetap tidak berubah atau konstan, tekanan absolut berbanding lurus dengan temperatur absolut. Hukum Charles dapat ditulis pada persamaan 1-8 jika volumenya sama, maka : Dimana : T 1 P 2 = T 2 P 1 (1-8) T 1 = Temperatur awal ( o Rankine) T 2 = Temperatur akhir ( o Rankine) P 1 = Tekanan awal (psia) P 2 = Tekanan akhir (psia) Contoh 3: Sejumlah berat suatu gas disimpan dalam tangki yang mempunyai temperatur awal 80 o F dan tekanan awal 30 psig. Jika gas dipanaskan sampai akhir tekanan ukur yaitu 50 psi, berapakah temperatur akhir dalam derajat Fahrenheit? Jawab : Gunakan persamaan 1-8. T 1 xp 2 (80 460)x(50 14,7) o T 2 = = = 782 R P ,7 Konversi o R ke o F = = 322 o F 14

28 P. Hukum Gas Umum Kombinasi dari Hukum Charles dan Boyle menghasilkan persamaan 1-9. P 1 V 1 = P 2 V 2 (1-9) T 1 T 2 Persamaan 1-9 adalah pernyataan bahwa untuk beberapa berat suatu gas dihasilkan tekanan psfa dan volume dalam cu ft dibagi oleh temperatur absolut dalam derajat Rankine akan selalu konstan. Konstan di sini akan berbeda untuk setiap gas yang berbeda dan untuk gas yang lain akan memberikan berat yang berbeda-beda pada setiap gas. Jika suatu gas digunakan berat pound, kemudian V akan menjadi volume spesifik ν, dan persamaan 1-9 dapat ditulis menjadi: Pv = R T Di mana : R = konstanta gas (berbeda untuk setiap gas). Jika kedua ruas pada persamaan 1-9 dikalikan dengan M, maka berubah menjadi persamaan 1-10: PMν = MRT Tetapi karena : Mν = V Maka PV = MRT (1-10) Di mana : P = Tekanan (psfa) V = Volume (cu ft) M = Massa (lb) R = Konstanta gas T = Temperatur ( o R) Persamaan 1.10 disebut Hukum Gas Umum dan sering digambarkan dalam menyelesaikan beberapa persoalan menyangkut gas. Karena nilai R untuk beberapa gas dapat dicari dalam tabel, jika tiga variabel dari empat variabel P, V, M dan T diketahui, maka bentuk keempat dapat ditentukan oleh persamaan Catatan bahwa tekanan harus dalam pound per square foot absolut (psfa). Contoh 4: Tangki udara kompresor mempunyai volume 5 cu ft dan diisi oleh udara pada temperatur 100 o F. Jika alat ukur pada tangki terbaca 151,1 psia, berapakah berat udara dalam tangki? Jawab : 15

29 Dari tabel 3-1 (Dossat, 1961: 430) didapat nilai R udara = 53,3 Gunakan persamaan Berat udara, M = Contoh 5: (151,1 14,7)x144x5 = 165,3x144x5 = 4 lb 53,3x( ) 53,3x560 2 lb udara mempunyai volume 3 cu ft. Jika tekanan udara 135,3 psig, berapakah temperatur dalam derajat Fahrenheit? Jawab : Gunakan persamaan 1.10 Dari tabel 3-1 (Dossat, 1961: 430) didapat nilai R udara = 53,3 Temperatur udara dalam o R; T = PV (135,3 14,7)x144x3 150x144x3 MR = 2x53,3 = 2x53,3 T = 607,9 o R Konversi ke o F = 607,9 460 = 147,9 o F. Q. Gas ideal atau gas sempurna Berbagai macam hukum yang menentukan hubungan tekanan-volumetemperatur gas yang akan didiskusikan dalam bab ini dengan menggunakan ketelitian absolut pada hipotesis gas ideal atau sempurna. Gas sempurna digambarkan sebagai suatu kondisi dimana tidak ada interaksi antara molekul gas. Molekul gas tersebut seluruhnya bebas dan independen dari gaya tarik molekul lain. Karena itu, tidak ada energi yang dipindahkan ke atau dari suatu gas ideal yang mempunyai pengaruh pada energi potensial internal. Konsep gas ideal atau gas sempurna sangat sederhana dalam menyelesaikan soal perubahan dalam kondisi suatu gas. Beberapa permasalahan yang rumit dalam mekanika elemen dibuat sederhana dengan mengasumsikan tidak ada gesekan yang terjadi, pengaruh gesekan dapat dianggap terpisah. Fungsi dari gas ideal adalah sama dengan kehilangan gesekan permukaan. Suatu gas ideal diasumsikan melewati perubahan kondisi tanpa gesekan internal, yaitu tanpa performansi kerja internal dalam mengatasi gaya internal molekul. R. Proses-proses untuk gas ideal Suatu gas dikatakan mengalami proses ketika melewati beberapa keadaan awal atau kondisi awal sampai beberapa keadaan akhir atau kondisi akhir. Perubahan kondisi gas dapat terjadi dengan cara yang tidak terbatas, tetapi hanya ada 5 cara yang dibahas. Cara tersebut antara lain: 16

30 1) Volume konstan (isometerik) 2) Tekanan konstan (isobar) 3) Temperatur konstan (isothermal) 4) Adiabtik 5) Proses politropik. Upaya menggambarkan gas ideal dapat dikatakan bahwa molekul gas selalu terpisah dan molekul teersebut tidak mempunyai gaya tarik satu sama lain, dan tidak ada energi yang diserap oleh gas ideal dan tidak mempunyai pengaruh pada energi potensial internal. Jelaslah bahwa, ketika panas diserap oleh gas ideal akan menaikan energi kinetik internal (temperatur) gas atau akan meninggalkan gas sebagai kerja eksternal atau keduanya. Karena perubahan pada energi potensial internal, ΔP, akan selalu menjadi nol, persamaan umum energi untuk gas ideal dapat ditulis seperti pada persamaan ΔQ = ΔK + ΔW (1-11) Supaya dapat dimengerti lebih baik, perubahan energi terjadi selama berbagai proses harus selalu diingat bahwa perubahan pada temperatur gas menunjukkan perubahan pada energi kinetik internal gas, sebaliknya, perubahan pada volume gas menunjukkan kerja telah dilakukan oleh atau pada gas. 1. Proses volume konstan Ketika gas dipanaskan pada saat itu juga gas ditahan dan volume tidak berubah, tekanan dan temperatur akan merujuk pada hukum Charles (Gambar 1.13). Karena volume gas tidak berubah, maka tidak ada kerja eksternal yang dilakukan dan ΔW sama dengan nol. Karena itu, untuk proses volume konstan ditunjukkan oleh huruf v kecil. ΔQ v = ΔK v (1-12) Persamaan 1-12 dapat dinyatakan selama proses volume konstan semua energi dipindahkan pada gas sehingga energi kinetik internal gas meningkat. Tidak ada energi yang hilang pada waktu gas sedang bekerja. Ketika gas didinginkan (kalor dibuang) pada waktu volume konstan, semua energi dibuang secara efektif pada pengurangan energi kinetik internal gas. Telah ditulis pada persamaan 1-11, ΔQ menunjukkan panas dipindahkan pada gas, ΔK menunjukkan meningkatnya energi kinetik internal, dan ΔW menunjukkan kerja yang dilakukan oleh gas. Karena itu, jika panas diberikan oleh gas, maka ΔQ negatif. Sebaliknya, jika energi kinetik internal gas menurun, maka ΔK 17

31 negatif, dan jika kerja dilakukan pada gas, maka ΔW negatif. Sebab itu, dalam persamaan 1-12, ketika gas didinginkan ΔQ dan ΔK negatif. 2. Proses tekanan konstan Jika temperatur gas meningkat oleh penambahan panas pada waktu gas mulai mengembang dan tekanan dijaga tetap konstan, volume gas akan meningkat sesuai dengan hukum Charles (Gambar 1.11). Karena volume gas meningkat selama proses, maka kerja dilakukan oleh gas pada waktu yang sama sehingga energi internal meningkat. Sebab itu, pada waktu satu bagian dipindahkan, energi meningkat dan disimpan sebagai energi kinetik internal. Untuk proses tekanan konstan, ditunjukkan oleh huruf p kecil, persamaan energi dapat ditulis seperti pada persamaan ΔQ p = ΔK p + ΔW p (1-13) 3. Proses temperatur konstan Menurut hukum Boyle, ketika gas ditekan atau mengembang pada temperatur konstan, tekanan akan berbanding terbalik dengan volume. Tekanan meningkat pada waktu gas ditekan dan tekanan akan menurun pada waktu gas mengembang. Karena gas akan melakukan kerja pada waktu mengembang, jika temperatur tetap konstan, energi akan melakukan kerja yang harus diserap dari sumber luar (Gambar 1.12b). karena temperatur gas tetap konstan, semua energi diserap oleh gas, selama proses gas ke luar sebagai kerja, tidak ada yang disimpan oleh gas yang akan meningkatkan energi internal. Ketika gas ditekan, kerja dilakukan pada gas, dan jika gas tidak didinginkan selama kompresi, energi internal gas akan meningkat oleh sejumlah yang sama dengan kerja kompresi. Oleh karena itu, jika temperatur gas tetap konstan selama kompresi, gas harus membuang panas ke luar (lingkungan), sejumlah panas yang sama dengan jumlah kerja yang dilakukan pada gas selama kompresi (Gambar 1.12c). Tidak ada perubahan pada energi kinetik internal selama proses temperatur konstan. Oleh karena itu, dalam persamaan 1-13, ΔK sama dengan nol dan persamaan umum energi untuk proses temperatur konstan dapat ditulis seperti pada persamaan ΔQ t = ΔW t (1-14) 4. Proses adiabatik Proses adiabatik digambarkan sebagai satu perubahan gas pada kondisi di mana tidak ada penyerapan atau pembuangan panas, seperti dari atau ke luar benda selama 18

32 proses. Selanjutnya, tekanan, volume dan temperatur gas semuanya selama proses adiabatic tidak ada yang konstan. Ketika mengembang secara adiabatik, gas melakukan kerja eksternal dan energi dibutuhkan untuk melakukan kerja. Pada proses sebelumnya digambarkan, gas menyerap energi untuk melakukan kerja dari sumber luar. Karena selama proses adiabatik tidak ada panas yang diserap dari sumber luar, maka gas harus melakukan kerja eksternal pada energinya sendiri. Ekspansi adiabatik selalu disertai oleh penurunan temperatur gas pada waktu gas memberikan energi internalnya untuk melakukan kerja (Gambar 1.14). Gambar 1.14 Hubungan tekanan-volume pada proses adiabatik Ketika gas ditekan secara adiabatik, kerja dilakukan pada gas oleh benda luar. Energi gas meningkat yang jumlahnya sama dengan yang diberikan oleh gas pada benda luar selama kompresi, energi panas ekivalen dengan kerja yang dilakukan pada gas sehingga meningkatkan energi internal dan temperatur gas meningkat. Karena tidak ada panas, seperti yang dipindahkan ke atau dari gas selama proses adiabatik, ΔQ a selalu nol dan persamaan energi untuk proses adiabatik dapat ditulis seperti pada persamaan ΔK a + ΔW a = 0 (1-15) Oleh karena itu ; ΔW a = - ΔK a danδk a = - ΔW a 19

33 5. Proses politropik Mungkin ada cara sederhana untuk mendefinisikan proses politropik oleh perbandingan proses adiabatik dengan isothermal. Ekspansi isothermal, merupakan energi untuk melakukan kerja ekspansi yang disuplai seluruhnya dari sumber luar, dan ekspansi adiabatik merupakan energi untuk melakukan kerja ekspansi yang disuplai seluruhnya dari gas itu sendiri, dapat dijadikan sebagai batas ekstrim antara semua proses ekspansi yang terjadi. Kemudian, proses ekspanasi lain merupakan energi untuk melakukan kerja ekspansi yang disuplai sebagian dari sumber luar dan sebagian dari gas itu sendiri yang dapat masuk melalui garis antara proses adiabtik dan isothermal (Gambar 1.15). Proses tersebut sebagai proses politropik. Gambar 1.15 Hubungan tekanan-volume pada proses politropik Jika selama ekspansi politropik lebih banyak energi untuk melakukan kerja yang diambil dari sumber luar, proses politropik akan lebih mendekati isothermal. Sebaliknya, jika sebagian besar energi yang digunakan untuk melakukan kerja eksternal yang diambil dari gas itu sendiri, proses lebih mendekati adiabatik. Hal ini juga berlaku untuk proses kompresi. Ketika gas kehilangan panas selama proses kompresi, kehilangan panas yang besar, proses politropik akan mendekati isothermal. Pada waktu kehilangan sedikit panas, proses politropik akan mendekati adiabatik. Jelas, ketika tidak ada kehilangan panas, proses menjadi adiabatik. Penekanan gas yang sebenarnya pada kompresor biasanya akan mendekati kompresi adiabatik. Hal tersebut disebabkan waktu kompresi biasanya sangat pendek dan tidak mempunyai waktu cukup untuk 20

34 memindahkan jumlah panas yang banyak dari gas melewati dinding silinder ke sekelilingnya. Pemberian water jacket pada silinder biasnya akan meningkatkan jumlah panas yang dibuang keluar dari kompresi mendekati isothermal. 6. Hubungan PVT selama proses adiabatik Karena tekanan, volume dan temperatur semuanya berubah selama proses adiabatik, semuanya tidak akan sesuai dengan hukum Charles dan hukum Boyle. Hubungan antara tekanan, temperatur dan volume selama proses adiabatik dapat dihitung oleh persamaan 1-16 sampai dengan V (k -1) T2 = T1 x V 1 (k -1) 2 (1-16) T 2 = T 1 x ( P2 ) P 1 (k -1)/k (1-17) P 2 = P 1 x ( V 1 ) k V 2 k /(k-1 ) P 2 = P 1 x ( T2 ) T 1 1 /(k-1 ) (1-18) (1-19) V 2 = V 1 x ( T1 ) T 2 (1-20) P 1 /k V 2 = V 1 x ( P 1 ) 2 (1-21) S. Titik didih Hal yang paling penting pada sistem pendingin adalah pengertian tentang titik didih cairan refrigeran dalam sistem. Dengan menurunkan titik didih, refrigeran mengambil panas sambil berubah wujud dan sebaliknya dengan menaikkan titik pengembunannya, uap refrigeran menyerahkan panas yang dikandungnya sambil berubah wujud pula. Pada dasarnya teknik pendingin bekerja hanya dengan menyetel titik didih dari refrigeran. Titik didih dinyatakan sebagai temperatur di mana cairan berubah jadi uap atau uap air jadi air kembali, tergantung pada arah mana enegri panas itu mengalir. 21

35 T. Temperatur jenuh Pada bagian yang lalu telah dibahas bahwa titik didih dan temperatur pengembunan suatu cairan pada tekanan kerja tertentu adalah sama. Ini berarti bahwa cairan itu telah mencapai suatu titik di mana ia akan mulai berubah wujudnya menjadi uap, temperatur inilah yang disebut temperatur jenuh cairan (saturated liquid) atau temperatur didih atau temperatur penguapan. Sebaliknya jika uap didinginkan sampai dicapai suatu keadaan uap jadi semakin merapat, akhirnya jadi tetes air, temperatur inilah yang disebut temperatur jenuh uap (saturated vapor). U. Uap Jenuh Uap lanjut dari penguapan cairan disebut uap jenuh sepanjang temperatur dan tekanan uap sama seperti cairan jenuh yang terjadi. Uap jenuh dapat digambarkan juga sebagai uap pada temperatur dimana pendinginan uap lanjut disebabkan oleh sebagian uap mengembun dan dengan cara tersebut struktur molekul cairan kembali lagi. Hal tersebut penting untuk dipahami bahwa temperatur jenuh benda cair (temperatur pada waktu cairan akan menguap jika panas ditambahkan) dan temperatur jenuh uap (temperatur pada saat uap akan mengembun jika panas dibuang) akan memberikan tekanan yang sama dan cairan tidak akan cair lagi pada temperatur di atas temperatur jenuh, sedangkan uap tidak akan tetap uap pada temperatur di bawah temperatur jenuh. Gambar 1.16 Uap jenuh (saturated vapor) 22

36 Contoh dalam Gambar 1.16, air dalam bejana yang dipanaskan akan jenuh dan menguap pada 212 o F sebagai panas laten penguapan yang disuplai oleh pemanas. Uap (steam) meningkat dari air jenuh dan tetap pada temperatur jenuh (212 o F) sampai mencapai kondenser. Uap jenuh memberikan panas pada air yang dingin dalam kondenser, air tersebut mengembun kembali menjadi cairan. Karena pengembunan terjadi pada temperatur konstan, maka air dihasilkan dari pengembunan uap juga pada 212 o F. Panas laten penguapan menyerap penguapan air ke dalam uap air (steam) yang diberikan oleh uap air sebagai uap air pengembunan yang kembali menjadi air. V. Uap panas lanjut dan Cairan dingin lanjut Uap pada temperatur di atas temperatur jenuh adalah uap panas lanjut. Jika setelah penguapan, uap dipanaskan sehingga temperatur naik di atas penguapan cairan, uap dikatakan panas lanjut (superheated). Uap panas lanjut diperlukan untuk memisahkan uap dari penguapan caiaran ditunjukkan dalam Gambar Sepanjang uap tetap berhubungan dengan cairan, maka akan tetap jenuh. Hal tersebut disebabkan adanya penambahan panas pada campuran uap-cairan yang hanya akan menguap lebih lanjut adalah ciaran dan tidak ada superheating yang terjadi. Gambar 1.17 Uap panas lanjut (superheated vapor) Sebelum uap panas lanjut dapat mengembun, uap harus di desuperheated, yaitu uap harus didinginkan sampai temperatur jenuh. Panas dibuang dari uap panas lanjut yang akan menyebabkan temperatur uap menurun sampai temperatur jenuh tercapai. Pada titik ini, pembuangan panas terus-menerus akan menyebabkan bagian dari uap akan mengembun (kondensasi). Jika setelah kondensasi, cairan didinginkan sehingga 23

37 temperatur turun di bawah temperatur jenuh, cairan disebut dingin lanjut (subcooled). Kemudian cairan pada temperatur di bawah temperatur jenuh dan di atas titik peleburan adalah cairan dingin lanjut (subcooled). W. Pengaruh tekanan pada temperatur jenuh Temperatur jenuh cairan atau uap berbeda tekanannya. Meningkatnya tekanan akan menaikan temperatur jenuh dan penurunan tekanan akan menurunkan temperatur di bawah temperatur jenuh. Contoh : temperatur jenuh air pada tekanan atmosfir (0 psig atau 14,7 psia) adalah 212 o F. Jika tekanan di atas air meningkat dari 0 psig sampai 5,3 psig (20 psia), temperatur jenuh air meningkat dari 212 o F sampai 228 o F. dilain pihak, jika tekanan di atas air berkurang dari 14,7 psia menjadi 10 psia, maka temperatur jenuh air yang baru akan menjadi 193,2 o F. Gambar 1.18 menunjukkan grafik hubungan antara tekanan dan temperatur uap jenuh air. Gambar 1.18 Grafik hubungan tekanan dan temperatur uap jenuh air Guna menggambarkan pengaruh tekanan pada temperatur jenuh cairan, diasumsikan bahwa air disimpan dalam bejana tertutup yang dilengkapi dengan katup penutup pada bagian atas (Gambar 1.19a). Alat ukur compound digunakan untuk menentukan tekanan yang terjadi dalam bejana dan dua termometer dipasang untuk mencatat temperatur air dan temperatur uap di atas air. Dengan katup penutup membuka, tekanan terjadi di atas air yaitu pada tekanan atmosfir (0 psig atau 14,7 psia). Karena temperatur jenuh air pada tekanan atmosfir 212 o F, maka temperatur air akan meningkat pada waktu air dipanaskan sampai mencapai 212 o F. Pada titik ini, jika dipanaskan lebih lanjut, air akan mulai menguap. Segera ruang di atas air akan terisi 24