Konsep Dasar Pendinginan

Transkripsi

1

2 PENDAHULUAN Perkembangan siklus refrigerasi dan perkembangan mesin refrigerasi (pendingin) merintis jalan bagi pertumbuhan dan penggunaan mesin penyegaran udara (air conditioning). Teknologi ini dimulai oleh serangkaian penemuan sebagai berikut: Cagniard de la Tour (Perancis, 1823) yang melakukan penelitian tentang keadaan kritis dan gas eter. Humphrey Dary dan asistennya M.Faraday (Inggris, 1824), merupakan orang pertama yang berhasil menemukan cara mencairkan gas ammonia. Prinsip dasar silus refrigerasi dikembangkan oleh N.L.S. Carnot (Perancis, 1824). Selanjutnya Joseph Mc.Creaty (Amerika, 1897), yang pertama membuat instalasi i pendingin i yang dinamaii mesin pencuci udara (air washer), yaitu suatu sistem pendingin yang mempergunakan percikan air. Sedangkan Dr. Willis Hariland Carier (Amerika, 1906) dan kemudian dipatenkan pada tahun 1911, membuat alat pengatur temperatur dan kelembaban udara.

3 Konsep Dasar Pendinginan Kondisi i suatu zat dapat dipengaruhi dengan cara mempengaruhi sifat zat yang dimilikinya. Sifat adalah karakteristik yang dimiliki oleh zat, yang dapat ditentukan besarnya seperti tekanan, temperatur, rapat massa dan volume spesifik, kalor spesifik, entalpi, entropi, dan sifat cair-uap dari suatu keadaan. Sifat dapat dipengaruhi (dirobah) dengan cara pemberian energi kepada zat berupa panas atau kerja.

4 Konsep Dasar Pendinginan Sifat zat yang berhubungan dengan perubahan panas dipengaruhi beberapa hal: Sifat Termodinamika ( Tekanan, Temperatur, Suhu, Rapat Massa, Volume Spesifik Massa Spesifik) Entalpi dan Entropi Perubahan Tingkat Keadaan Proses termodinamika Mekanisme perpindahan p panas

5 Sifat Termodinamika Tekanan dan Temperatur Tekanan terukur atau tekanan relatif adalah tekanan yang diukur berdasarkan tekanan atmosfir. Tekanan ini bisa lebih besar (tekanan positif) atau lebih kecil (tekanan negatif atau vakum) dari tekanan atmosfir. Sedangkan tekanan absolut atau tekanan mutlak atau tekanan sebenarnya adalah merupakan jumlah dari tekanan atmosfir dan tekanan terukur. Apabila tekanan terukur negatif maka tekanan mutlak adalah tekanan atmosfir dikurangi tekanan terukur.

6 Sifat Termodinamika 0 F = 32 + (9/5. 0 C) ( ) 0 R = 9/5. 0 K

7 Rapat massa, volume spesifik, kalor spesifik Rapat massa (ρ) didefenisikan i ik sebagai massa fluida per satuan volume pada temperatur dan tekanan tertentu. Rapat massa pada suatu titik ditulis dalam bentuk matematis :

8 Rapat massa, volume spesifik, kalor spesifik Sebaliknya, a volume spesifik (v) adalah volume yang diisi oleh satu satuan massa. Rapat massa dan volume spesifik saling berkaitan satu sama lain. Kalor spesifik, adalah jumlah energi yang diperlukan untuk menaikkan temperatur satu satuan massa bahan tersebut sebesar 1 K. Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses berlangsung dan cara kalor yang dilepaskan. Dua besaran yang umum adalah kalor spesifik Dua besaran yang umum adalah kalor spesifik pada volume konstan (c v ) dan kalor spesifik pada tekanan konstan (c p ).

9 Entalpi dan Entropi Entalpi adalah jumlah kalor yang diberikan atau dilepaskan per satuan massa yang ditimbulkan melalui proses dengan tekanan tetap dan meniadakan kerja yang dilakukan. Dalam analisa termodinamika, kombinasi energi dalam (U) dan kerja aliran (pv) atau U + pv sering terjadi, kombinasi ini diberi simbol (H), maka dengan demikian : H = U + pv bila ditulis per satuan massa akan berbentuk : h = u + pv

10 Perubahan Tingkat Keadaan Telah diketahui bahwa zat memiliki beberapa fasa, misalnya air (H 2 O) dapat berbentuk cairan, gas (uap air) atau padat (es). Fasa didefenisikan sebagai sejumlah zat yang seluruhnya bersifat homogen. Jadi bila suatu sistem mempunyai susunan kimia dan keadaan fisik yang merata (uniform), maka zat itu dapat dikatakan terdiri dari satu fase. Bila beberapa fasa terdapat bersamaan maka tiap fasa dipisahkan satu sama lain oleh permukaan batas fase. Dalam tiap fase, suatu zat dapat dimiliki temperatur dan tekanan yang berbeda beda. Didalam termodinamika kondisi seperti ini dikatakan zat tersebut mempunyai beberapa tingkat keadaan. Tiap tingkat keadaan dapat dinyatakan dalam sifat makroskopik yang mudah diamati.

11 Perubahan Tingkat Keadaan Sifat-sifat t termodinamika ik terdiri i dari : Sifat Intensif. Sifat yang tidak tergantung pada massa zat, seperti : Tekanan, Temperatur, massa jenis, volume jenis, entalpi jenis, entropi jenis, dll. Sifat Ekstensif. Sifat zat yang tergantung pada massa zat, seperti : massa, volume, dll. Sifat ekstensif per satuan massa akan menjadi sifat intensif.

12 Proses Termodinamika Proses Reversibel dan Ir-reversibelreversibel Proses reversibel adalah suatu proses yang setelah berlangsung, arahnya dapat dibalik kembali ke kondisi semula tanpa meninggalkan bekas pada sistem dan lingkungan, atau suatu proses yang jika arahnya dibalik akan tetap melalui lintasan yang sama (berimpit), begitu pula sebaliknya dengan proses ir-reversibel. reversibel. Proses Volume Konstan (isovolum atau isokoris) Volume spesifik akhir = volume spesifik awal proses. Misalnya : Pendinginan uap air jenuh di dalam sebuah tangki tertutup

13 Proses Tekanan Konstan Tekanan akhir sistem = tekanan mulamula (isobaris). Misalnya : Ekspansi gas nitrogen di dalam silinder berpiston :

14 Proses Adiabatis Proses adiabatik adalah suatu proses dimana tidak ada panas yang dipindahkan dari atau ke sistem sepanjang proses berlangsung, jadi Q = 0. Proses ini dapat terjadi bila pada pembatas sistem diberi sekat (isolator) penahan aliran panas. Namun walaupun sistem tidak disekat, asalkan laju energi total di dalam sistem jauh lebih besar dibandingkan dengan energi yang dimasukkan atau dikeluarkan ke lingkungannya dalam bentuk panas, maka proses masih dapat dikatakan adiabatik. Proses Energi Dalam Konstan Proses perubahan keadaan sistem tanpa perpindahan panas dan tanpa kerja (u 2 = u 1 ).

15 Proses isotermis, T = c, n = 1 Proses isobaris, P = c Proses isovolume, v = c Proses adiabatis, n = k = c p /c v Proses politropis, n = n

16 Mekanisme Perpindahan Panas Konduksi Konduksi adalah molekuler. l difusi energi akibat dari pergerakan acak q x adalah fluks panas, laju perpindahan panas dalam arah x per satuan luas yang tegak lurus pada arah perpindahan dan sebanding dengan gradien temperatur (dt/dx) pada arah itu. Tanda minus menunjukkan konsekuensi pada kenyataannya y bahwa panas dipindahkan dari temperatur tinggi ke rendah. Sedangkan simbol k menunjukkan arti sifat transport yang dikenal sebagai konduktifitas termal dan merupakan karakteristik material dinding.

17 Konveksi Konveksi didefenisikan sebagai difusi energi akibat dari pergerakan acak molekuler ditambah perpindahan energi dari pergerakan makroskopik (fluida). Perpindahan panas konveksi sebagai perpindahan energi terjadi dalam fluida akibat dari efek kombinasi dari konduksi dan pergerakan kasar fluida. q adalah fluks panas konveksi, k adalah perbandingan luas dengan perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida untuk masing-masing T s dan T. Sedangkan h, koefisien perpindahan panas, tergantung pada dimensi permukaan, kecepatan aliran, sifat primer fluida (μ, ρ, cp, k), sifat sekunder (kecepatan suara, koefisien volumetrik ekspansi), percepatan gravitasi dan perbedaan temperatur.

18 Radiasi Radiasi adalah perpindahan energi oleh gerakan gelombang elektromagnetik. Pada perpindahan panas konduksi dan konveksi memerlukan adanya media, sedangkan pada perpindahan p panas radiasi tidak diperlukan dan pada ruang hampapun proses ini dapat terjadi.

19 Persamaan diatas disebut juga dengan hukum Stefan- Boltzman, dengan σ = 5,67x10-8 W/m 2.K 4. Permukaan dimaksud adalah sama dengan permukaan benda hitam (sebagai radiator ideal). Jika fluks panas diemisikan dari permukaan nyata arauriil: q = ε. σ.t s4 dengan : ε : sifat radiatif permukaan (emisivitas) atau sifat yang menunjukkan seberapa besar efisien permukaan untuk mengemisikan bila dibandingkan pada radiator ideal.