Refrigeration Cooling Load

Transkripsi

1 Refrigeration Cooling Load Oleh : Windy Hermawan Mitrakusuma Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung

2 Definisi : Refrigerasi Refrigerasi merupakan suatu proses penarikan panas/kalor dari suatu benda/ruangan sehingga temperatur benda/ruangan tersebut lebih rendah dari temperatur lingkungannya. Refrigerasi akan selalu berhubungan proses-proses aliran dan perpindahan panas. Dibutuhkan dasar pengetahuan Perpindahan Panas dan termodinamika.

3 Sistem Refrigerasi Cold Storage W Qk Qe

4 Design : Basic Parameter. Temperatur / RH lingkungan 2. Produk yang akan disimpan Jenis Jumlah / kuantitas MAKSIMUM 3. Kondisi penyimpanan Temperatur dan RH disain ruangan (atas dasar produk yang disimpan) 4. Ukuran ruangan (Cold Storage) 5. Identifikasi peralatan yang ada dalam ruangan 6. Jumlah orang dalam ruangan

5 Remark. Load Temperature, asumsi : - 5 ⁰C untuk Freezer dan 0 ⁰C untuk Chiller 2. Daily Load : Produk masuk harian. 3. Cooling Time = pull down time = waktu penurunan temperatur. 4. Jarak Outdoor ke Cold Storage, akan menentukan drop tekanan dan beban (kenaikan daya) kompresor

6 Parameter yang ditentukan (). Maximum Quantity of Product atau Size Cold Storage Maximum Capacity : /3 volume p y / Maximum Capacity : ¼ volume (jika ada forklift) Khusus Blast Freezer : /2 volume 2. Ketebalan Insulasi 60 mm = positive temperature (> 0 C) 80 mm = positive and negative temperature (> - 20 C) 00 mm = positive and negative temperature (> - 25 C) 40 mm = negative temperature (> - 35 C) 3. Load Temperature asumsi : -5 ⁰C untuk Freezer -0 ⁰C untuk Chiller

7 Parameter yang ditentukan (2) 4. Daily Load, asumsi : 0 % dari Maximum Capacity 5. Cooling Time = pulldown time, asumsi : 6 jam 6. Tentukan ΔT, asumsi : 6 7 ⁰K (sesuaikan dengan RH ruangan) 7. Evaporating Temperature : Room Temperature ΔT 8. Condensing Temperature : 45 ⁰C 9. Jumlah Orang, asumsi : 2-orang tergantung besar ruangan 0.Jarak Outdoor ke Cold Storage, asumsi : 20 meter

8 Sumber Kalor Pada Cold Storage T kabin 547mm. T lingkungan

9 Cooling Load Parameter A. Transmition Loss B. Beban Sensible atau Laten dari produk dan beban respirasi bila produk adalah sayuran/buah-buahan. C. Infiltration, rekomendasi ACF (air Change Factor) : 9 D. Beban dari pekerja di ruangan E. Beban dari peralatan (atau lain-lain)

10 A. Beban Transmisi Disebut juga sebagai bocoran kalor melaui dinding cold storage. Terjadi karena beda temperatur antara ruang yang didinginkan dengan lingkungannya Bergantung pada : jenis isolasi yang digunakan luas / dimensi cold storage Beda temperatur ruang lingkungan

11 Contoh Panel Cold Storage

12 Minimum Ketebalan insulasi Walk in Cooler Walk in Freezer

13 Minimum Ketebalan Panel Insulasi Cold Room Cold Room Storage Temperature Panel Thickness (mm) Walk in Cooler 5 50 Walk in Cooler Walk in Freezer Walk in Freezer

14 Transmisi kalor melalui dinding h k L k L k L h U n n T UA q D 2 h k L h U Hot air Cold air T T 2 T 3 T 4 L q q 2 q 3 h k h 2 A h ka L A h T T q 2 4 Untuk isolasi MultiLayer

15 Nilai Konduktivitas termal berbagai bahan isolasi

16 Koefisien Konveksi Koefisien konveksi permukaan di udara (h) Udara Koefisien konveksi (W/m 2.K) Diam 9.37 Bergerak kecepatan rendah Bergerak kecepatan tinggi 34.0

17 Contoh U Suatu dinding terdiri dari berbagai jenis bahan seperti ditunjukkan pada tabel di samping. Tentukan besarnya nilai koefisien perpindahan kalor menyeluruh, U, pada kasus tersebut h L k U L k 2 2 L... k 9.37 n n 75.5 h Dinding L (mm) K (W/m.K) C (W/m.K) Cement Plester Clay Tile Polyuretane Asphalt Plat koefisien perpindahan panas = U = W/m 2 K

18 Contoh 2 Estimasi besarnya nilai U (overall heat transfer coefficient) untuk panel yang terbuat dari polyurethane dengan tebal 0 cm. Jawab : Dari tabel didapat k = 0,024, Tahanan thermal pelat pelapis luar panel diabaikan (karena k-nya besar) Koefisien konveksi (anggap udara diam) h = Sehingga dari persamaan sebelumnya diperoleh: Bila h diabaikan U h U L k h h 2 L k k L h W/m2K Diperoleh U = 0,024 / 0. = 0,24 W/m 2 K

19 Contoh Nilai Overall Heat Transfer Coefficient

20 Contoh 3 Perkirakan beban kalor dari suatu dinding panel poliurethan berukuran 8 m x 4 m, bila harus mempertahankan temperatur kabin sebesar -5 o C, sedangkan kondisi di luar ruangan / lingkungan adalah 33 o C.

21 B. Beban Produk Produk masuk/dimasukan akan membawa kalor/panas, yang akan menjadi beban pendinginan mesin, terutama bila temperatur produk masuk lebih besar dari temperatur ruangan. Beban produk terbagi atas: beban sensibel dan beban laten.

22 Kalor yang harus diambil dari Produk Beban sensibel : beban kalor produk yang diakibatkan dari perubahan temperatur produk. Q s m Cp DT m : jumlah produk Cp : kalor spesifik produk DT : Penurunan Temperatur Produk Beban Laten : beban kalor produk akibat proses pembekuan produk. Q L m L m : jumlah produk L : kalor laten produk

23 Kalor Produk dengan perubahan Fasa Beban kalor di atas titik beku Beban kalor pembekuan Q bf Q L mcpbf T m L T f Beban kalor di dibawah titik beku Q af mcp af T f T 2 Beban kalor TOTAL produk Q p Q bf Q L Q af Cp bf : Kalor Spesifik sebelum beku Cp af : Kalor spesifik setelah beku T f : Titik beku produk T : Temperatur awal produk : Temperatur akhir produk T 2

24 Beban Kalor Produk Temperatur produk, harus diturunkan dalam waktu CT (chilling Time) atau sering disebut dengan Pulldown Time. Beban kalor Produk q p adalah Kalor yang harus dibuang dari produk dibagi dengan waktu pendinginan q p Q p Chilling Time 3600 Q bf Q af Chilling Time3600 L Q Chilling time = Pulldown time = waktu pendinginan produk, bila tidak ditentukan, asumsikan 6 jam

25 Data Produk

26 Data Produk

27 Data Produk

28 Beban Kalor Respirasi Metabolisma makhluk hidup akan menghasilkan energi/kalor/panas. Produk sayur dan buah, walaupun telah dipanen, masih menghasilkan kalor respirasi. Beban kalor respirasi adalah : Q rp m Kalor Respirasi

29 Kalor Respirasi

30 Contoh 4 Q Q rp Apel Apel pada 30 o C sebanyak 5400 kg masuk didinginkan dalam ruangan pendingin (suhu 2 o C). Hitunglah beban tambahan dalam ruang pendingin yang diakibatkan oleh apel tersebut, bila apel harus dingin dalam waktu 2 jam. Jawab: Beban kalor untuk mendinginkan : mcpapel DT n3600 m Kalor Respirasi Q Apel Qrp 54003, W kw Jadi Beban kalor tambahan akibat apel tersebut : 3.46 kw

31 C. Beban Kalor Infiltrasi Beban kalor yang diakibatkan adanya udara masuk/menyusup (infiltrate) melalui celah atau pintu yang terbuka. Beban Kalor infiltrasi sangat dipengaruhi oleh beda temperatur serta kelembaban udara antara di dalam dan di luar ruangan

32 Infiltrasi udara karena perbedaan temperatur

33 Kalor Infiltrasi - Besar Kalor infiltrasi ditentukan oleh: q t qd D t f E q t = average heat gain for the 24 h or other period, kw q = sensible and latent refrigeration load for fully established flow, kw D t = doorway open-time factor D f = doorway flow factor E = effectiveness of doorway protective device

34 Kalor infiltrasi (sensibel + laten) Cara : q i 0.5 i hr r gh Fm 0.2A h r 0.5 F m 2 / r i /3.5 q = sensible and latent refrigeration load, kw A = doorway area, m 2 h i = enthalpy of infiltration air, kj/kg h r = enthalpy of refrigerated air, kj/kg ρ i = density of infiltration air, kg/m 3 ρ r = density of refrigerated air, kg/m 3 g = gravitational constant = 9.8 m/s2 H = doorway height, m Fm = density factor

35 Kalor infiltrasi (sensibel + laten) Cara 2 : q 0.577WH.5 Q s A R s q = sensible and latent refrigeration load, kw Q s /A = sensible heat load of infiltration air per square metre of doorway opening as read from Figure 5, kw/m2 W = doorway width, m R s = sensible heat ratio of the infiltration air heat gain, from Table 8 or 9 (or from a psychrometric chart)

36 Penentuan Qs/A

37

38 Faktor Bukaan Pintu (Doorway open time factor) D t P p d o D t = decimal portion of time doorway is open P = number of doorway passages θ p = door open-close time, seconds per passage θ o = time door simply stands open, min θ d = daily (or other) time period, h θ p for conventional pull-cord-operated doors = 5 to 25 s per passage. θ p for high-speed doors = 3 to 0 s, although it can be as low as 3 s.

39 Faktor Aliran Pintu (Doorway flow factor) dan Efektivitas bukaan pintu Faktor Aliran Pintu D f D f =,0 untuk pintu terbuka tanpa hambatan/penghalang. D f =, untuk beda temperatur lebih kecil dari o C. D f = 0,8 untuk beda temperatur lebih besar dari o C. Faktor Efektifitas bukaan Pintu E = 0,85-0,95 untuk freezer E = 0,90-0,95 untuk Cooler E = 0,70 untuk pintu dengan tirai udara (air curtain) E = 0,00 untuk pintu yang terbuka penuh

40 Contoh 5 q q Suatu pintu (2 meter x 2 meter) dengan tirai udara pada cold storage terbuka saat pemasukan produk. Temperatur dan RH untuk kabin adalah 5 o C / 90 %RH dan lingkungan 30 o C / 60 %RH. Tentukan besar beban kalor infiltrasi bila pintu terbuka selama 2 jam. (abaikan faktor waktu buka tutup pintu) t qd D t 0.577WH f.5 E Q s A Rs D t Df = 0,8 Dari gambar Q s /A = 0 kw/m2 P p 60 o d E = 0,70 R s = 0,48 0,7 q = x 2 x 2.5 x 0 x (/0.48) = 68 kw q t = 68 x 0,7 x 0,8 x (-0,7) = 2,77 kw

41 D. Orang di dalam Ruangan Manusia akan memberikan beban pendinginan sesuai dengan aktifitas yang dilakukannya. Besar beban kalor dihitung berdasarkan persamaan berikut, dimana t adalah temperatur ruang dingin. Bila orang keluar masuk cukup sering, maka besar kalor q p harus dikalikan dengan,25 q 272 6t p

42 Kalor ekivalen orang di ruangan t = tempratur ruang penyimpanan q p dikalikan,25 bila orang sering keuar masuk

43 Contoh 6 Terdapat 5 orang pekerja (selama 2 jam sehari) dalam ruangan, perkirakan beban kalor yang timbul akibat 5 orang tersebut sering keluar masuk ruangan pendingin yang bertemperatur - 20 o C. jawab Dari Tabel diperoleh data 390 W/orang. Karena sering keluar masuk, maka digunakan faktor pengali sebesar.25. Jadi : q p = 5 x 390 x,25 x 2 / 24 = 0,203 kw

44 E. Beban kalor peralatan. Peralatan didalam ruangan yang dapat menghasilkan kalor antara lain: motor, lampu, pemanas. 2. Beban kalor dihitung berdasarkan daya dari peralatan tersebut dikalikan dengan faktor pengali. 3. Beban dari heater pintu, asumsi : 30 W per m keliling pintu 4. Beban dari heater drain dan defrost Chiller : 2 % dari cooling capacity Freezer : 3 % dari cooling capacity Blast : diabaikan 5. Beban dari blower fan, asumsi : Chiller : 3 % dari cooling capacity Freezer : 5 % dari cooling capacity Blast : 8 % dari cooling capacity

45 Heat Equivalent of Electric Motors Motor Rating (kw Output) Motor Eficiency (%) Connected Load in Ref. Space Multiplying Factor Motor Losses Outside Ref. Space Connected Load Outside Ref. Space 0, - 0, ,5-2, ,0-5,

46

47 Beban Kalor Peralatan lainnya q m Daya alat Jam penggunaan 24 jam Contoh misalkan 2 lampu, dengan daya masing-masing 00 Watt, hidup selama 2 jam selama pemasukan produk. Maka beban kalor akibat lampu adalah : q m = 2 x 00 x 2 / 24 = 00 Watt.

48 BEBAN KALOR TOTAL Beban kalor total adalah JUMLAH dari: Beban kalor Transmisi, Q t Beban kalor Produk, Q pr Beban kalor Infiltrasi, Q i Beban kalor Orang/manusia, Q p Beban kalor lain-lain, Q m Q Q t Q pr Q i Q p Q m Faktor Safety, biasanya digunakan sebesar 0 % Q total Q QSafety factor Q 0%

49 Operating Time = Running Time Running time (RT) adalah waktu yang mana sistem pendingin ON dan menghasilkan efek pendinginan dalam 24 jam. Sistem tidak selamanya ON, karena berbagai hal : Waktu defrost harus dilakukan Waktu pendinginan tercapai Pressurestat bekerja dll. Besar running time (RT), biasanya disadarkan kepada metoda defrost yang digunakan: RT = 6 jam, bila off cycle defrost RT = 8 22 jam, bila sistem defrost menggunakan electric defrost atau hotgas defrost.

50 Kapasitas mesin yang dibutuhkan Q cc Q total RT 24 Q cc adalah Cooling Capacity (Kapasitas Pendinginan) dari mesin yang dibutuhkan. Kapasitas mesin ini merupakan ukuran untuk memilih peralatan. Semakin besar RT, semakin kecil kapasitas pendinginan mesin. Konsekuensinya, mesin makin lama hidup (ON) dalam 24 jam.

51 Cara Pintas (Short cuts): Untuk menghitung beban di dalam ruangan, dapat pula digunakan cara pintas, yaitu dengan mengalikan Volume dalam efektif (interior) dengan faktor penggunaan (UF, Usage Factor) dan Beda Temperatur Rungan dengan lingkungan. Q int V int UF TD Q int = Beban di dalam ruangan V int = Volume interior ColdStorage UF = Usage Factor, lihat tabel TD = Beda temperatur luar dan dalam ColdStorage Untuk mendapatkan beban total, beban ini harus ditambahkan dengan beban transmisi Room Volume (m3) Average Service Heavy Long Term Storage

52 Contoh 7 Ruangan dgn ukuran 6 m x 4 m x 3.4 m, mempunyai tebal isolasi 200 mm. Temperatur luar adalah 30 o C dan temperatur ruangan 5 o C. Mesin didisain dengan running time 6 jam. Tentukan kapasitas mesin yang harus digunakan, bila beban transmisi melalui dinding adalah 0,899 kw. Jawab Ruangan mempunyai volume dalam sebesar = 5,6 x 3,6 x 3 m 3 = 60,5 m 3 Dari tabel di atas diperoleh dengan interpolasi UF = 0,642 W/m 3 K Beban interior Q int =60,5 m 3 x 0,642 W/m3K x (30-5)K = 97 W = 0,97 kw Beban Total, Q total = 0,899 kw + 0,97 kw =,87 kw Kapasitas Mesin : Q Q 24 RT,87kW 6 24 total cc 2, 8 kw

53 Program Refrigeration Cooling Load Program sederhana, tapi cukup baik. Dapat didownload di :

54 Instalasi KeepRite Buka FOLDER CalcRite Jalankan program SETUP.EXE, dengan cara men-double click icon setup.exe. Ikuti perintah berikutnya.

55 Isi dengan data yang diperlukan Pilih Menu USER INFO

56 Pilih satuan : Metrik : kg, watt, dll. Imperial : lb, btu/h, dll Pilih bahasa dan skema warna yang ingin digunakan Pilih Menu PROGRAM SET-UP

57 Pilih Menu GENERAL INFO Isi dengan data yang diperlukan Isi ukuran cold storage

58 Isikan data yang diperlukan untuk masing-masing dinding/atap/lantai Pilih Menu WALL LOAD Bila ingin memulai dari awal, tekan tombol ini

59 Pilih Bentuk/layout cold storage Pilih : Lokasi cold storage Temp. lingkungan

60 Isikan data yang diperlukan untuk masing-masing dinding/atap/lantai

61 Pilih Menu INFILTRATION LOAD Masukan data yang dibutuhkan Pilih Menu Jenis infiltrasi yang paling mendekati

62 Pilih Menu PRODUCT LOAD Isikan data produk yang akan disimpan dalam Cold Storage

63 Pilih Menu MISC. LOAD (Beban Lain2) Isikan penggunaan penerangan Perhatikan waktu penggunaan Isikan penggunaan motor Isikan jumlah orang yang bekerja didalam cold storage Isikan jumlah forklifts yang ada Isikan sumbersumber panas lainnya

64 Besarnya beban pendinginan / kapsitas mesin yang dibutuhkan Isikan Safety Factor (0-00%) Pilih Menu SELECT EQUIPMENT

65 Contoh - Desain penyimpanan untuk daging sapi sebanyak 5 ton Lokasi berada di daerah bertemperatur 35 o C Di dalam ruang ada mesin pemotong sebesar 500 W Ada 2 orang bekerja di dalam ruang selama 2 jam Ruang penyimpanan -8 o C Produk masuk ruang pendingin sebesar -0 o C HITUNGLAH, besar beban pendinginan

66 Contoh - 2 Desain penyimpanan untuk Tuna sebanyak 5 ton Lokasi berada di daerah bertemperatur 35 o C Di dalam ruang ada mesin pemotong sebesar 500 W Ada 2 orang bekerja di dalam ruang selama 2 jam Ruang penyimpanan -8 o C Produk masuk ruang pendingin sebesar -0 o C HITUNGLAH, besar beban pendinginan