Refrigerant. Proses pendinginan atau refrigerasi pada hakekatnya merupakan proses pemindahan energi panas yang terkandung di dalam ruangan tersebut.

Transkripsi

1 TEKNIK PENDINGIN

2 Refrigerant Proses pendinginan atau refrigerasi pada hakekatnya merupakan proses pemindahan energi panas yang terkandung di dalam ruangan tersebut. Untuk keperluan pemindahan energi panas ruang, dibutuhkan suatu fluida penukar kalor yang selanjutnya disebut Refrigeran.

3 Chracteristic of Refrigerant Titik penguapan yang rendah kestabilan tekanan Panas laten yang tinggi Mudah mengembun pada suhu ruang Mudah bercampur dengan oli pelumas dan tidak korosif Tidak mudah terbakar Tidak beracun

4 Classification of Refrigerant

5 Classification of Refrigerant

6 Refrigeration system Refrigerator sederhana. Es balok ditempatkan dalam suatu rak khusus yang dilengkapi dengan pembuangan air, digunakan sebagai medium pendinginan. Sirkulasi udara di dalam almari berlangsung secara alami. Liquid refrijeran ditempatkan dalam suatu kontainer khusus yang dilengkapi dengan lubang angin untuk menyalurkan gas refijeran ke udara luar. Sirkulasi udara di dalam almari berlangsung secara alami.

7 Pengontrolan Suhu Penguapan Refrijeran Suhu penguapan refrijeran cair di dalam evaporator dapat diatur dengan mengontrol tekanan refrijeran gas yang berada dibagian atas refrijeran cair, atau dengan kata lain mengontrol laju kecepatan refrijeran gas yang keluar dari evaporator. Pasangan katub pelampung, akan menjaga level refrijeran cair di evaporator tetap konstan.

8 Refrigerant flow control Refrigeant control tipe pelampung, jarang digunakan karena alasan kepraktisan. Jenis yang banyak dipakai hingga saat ini adalah katub ekspansi thermal. Tipikal koil evaporator yang dilengkapi dengan katub ekspansi thermal atau thermostatic expansion valve

9 Siklus Ulang Refrijeran Untuk alasan ekonomi, maka tidak praktis membuang refrijeran gas ke udara bebas. Disamping boros, cara membuang refrijeran gas ke udara bebas juga dapat mencemari udara atmosfir. Untuk mengatasi hal itu, maka refrijeran yang menguap (evaporasi) di evaporator tidak lagsung dibuang ke udara atmosfir, tetapi dikumpulkan lagi, dihisap oleh kompresor dan selanjutnya dipampatkan atau dinaikkan tekanannya agar suhu refrijeran gas mencapai titik tertentu (di atas suhu lingkungan) dan kemudian diembunkan (kondensasi) kembali agar kembali ke wujud cair dan siap diuapkan lagi di evaporator. Dengan cara ini, tidak diperlukan lagi tanki tandon untuk mencatu refrijeran cair dan disamping itu diperoleh penghematan yang sangat luar biasa. Untuk keperluan proses kondensasi refrijeran gas, diperlukan satu kontainer khusus untuk mengembunkan refrijeran gas, yaitu condenser.

10 Tipikal Sistem Kompresi Gas Sistem Kompresi Gas merupakan mesin refrigerasi yang berisi fluida penukar kalor (refrigeran) yang bersirkulasi terus menerus. Selama bersirkulasi di dalam unitnya maka refrigeran tersebut akan selalu mengalami perubahan wujud dari gas ke liquid dan kembali ke gas. Proses tersebut berlangsung pada suhu dan tekanan yang berbeda, yaitu tekanan tinggi dan pada tekanan rendah. Tekanan tinggi diperoleh karena adanya efek kompresi, yang dikerjakan oleh kompresor. Oleh karena itu sistem refrijerasi ini lazim disebut sebagai sistem kompresi gas. Sesuai dengan proses yang terjadi di dalam siklus refrigeran maka sistem refrigerasi kompresi gas mempunyai 4 komponen utama yang saling berinteraksi satu sama lain, yaitu : 1. Evaporator untuk proses evaporasi liquid refrigeran. 2. Kompresor untuk meningkatkan tekanan gas refrigeran. 3. Kondenser untuk proses kondensasi gas refrigeran. 4. Katub ekspansi untuk menurunkan tekanan liquid refrigeran yang akan di masuk ke evaporator. Adanya gangguan pada salah satu komponen dapat menggagalkan efek refrigerasi.

11 Diagram Alir sistem Kompresi Gas Evaporator (1), menyediakan transfer panas melalui luas permukaannya, sehingga panas yang terkandung di udara dan produk makanan yang ada di dalam ruang dapat diserap oleh penguapan refrijeran cair yang mengalir di dalam koil evaporator. Suction line (2) adalah saluran yang terletak pada sisi tekanan rendah kompresor, untuk menyalurkan refrijeran gas bertekanan rendah dari evaporator menuju ke katub hisap kompresor. Compressor (3) merupakan jantung sistem refrijerasi kompresi gas, berfungsi menghisap refrijeran gas dari evaporator dan menaikkan suhu dsn tekanan refrijeran ke suatu titik di mana refrijeran gas akan mengembun dengan mudah pada kondisi normal media kondensasinya. Discharge line (4) adalah saluran yang terletak pada sisi tekanan tinggi kompresor, untuk menyalurkan refrijeran gas bertekanan dan bersuhu tinggi dari katub tekan kompresor menuju ke kondeser. Condensor (5) menyediakan transfer panas melalui luas permukaannya, sehingga energi panas yang yang terkandung dalam refrijeran dapat dipindahkan ke media kondensasi. Liquid line (7) adalah saluran yang terletak pada sisi masuk katub ekspansi, untuk menyalurkan refrijeran cair dari receiver tank ke refrigerant control. Receiver Tank (6), sebagai tempat penyimpanan atau pengumpulan refrijeran cair yang sudah mengembun di kondensor, sehingga catu refrijeran cair ke evaporator dapat dijagakonstan sesuai keperluan. Refrigerant control (8) berfungsi untuk mengatur jumlah refrijerant cair yang akan diuapkan di evaporator dan untuk menurunkan tekanan refrijeran cair yang masuk ke evaporator, sehingga refrijeran cair dapat diuapkan pada suhu rendah sesuai yang diinginkan.

12 Kompresi gas

13 Siklus Refrigerant Diagram yang sering digunakan dalam menganalisa siklus refrijerasi adalah diagram tekanan versus entalpi atau lazim disebut sebagai P-H Diagram. Pressure-enthalpy chart atau lazim disebut ph chart adalah diagram yang menampilkan kondisi refrijeran dalam berbagai status termodinamik sebagai titik atau garis yang dipetakan pada ph diagram.

14 Red: Temperature [ C] Blue: Entropy [kj/kg] Green: Specific volume [m3/kg]

15 The thermodynamic cycle The log p-h diagram shows a cycle for a mechanical heat pump. The points represent the different components of the heat pump. In this diagram a heat pump with a condensation temperature of 80 C and an evaporation temperature of 40 C is taken as an example. 1-2 The compressor: With a compressor the pressure of the gaseous refrigerant is increased from 15 to 40 bar. Ideally the entropy (s) stays constant during this process. In reality the entropy will increase somewhat, because the electric energy needed to power the compressor is partly absorbed by the refrigerant. Due to that the temperature of NH3 gas will rise to 120 C. 2-3 The condensor: The condensor delivers useful energy. In the condenser the superheated gas is cooled from 120 C to 80 C. Then condensation takes place at constant temperature of 80 C, until all vapour has become liquid. The liquid flows to the expansion device. 3-4 Expansion device: Inside the expansion device the pressure is reduced from 40 to 15 bar. Due to the expansion a mixture of gaseous and fluid Ammonia is formed. This mixture flows to the liquid separator. 4-5/1 Liquid seperator: Inside the liquid seperator both fluid (5) and gaseous (1) Ammonia can be found. Its most important function is to seperate the liquid and vapour. The vapour flows to the compressor; the liquid is pumped over the evaporators. 5-6 Evaporator: The liquis ammonia at the bottom of the seperator is pumped over the evaporator(s). Inside the evaporator a part of the ammonia is evaporated at a constant temperature of 40 C. The energy needed for evaporation is delivered by a source of waste heat. The mixture of liquid and vapour ammonia flows back to the seperator (6) and is separated again in liquid and vapour.

16 Gambar memperlihatkan contoh pemetaan siklus refrijerasi pada ph-chart. Pada chart dapat dibaca berbagai kondisi refrijeran selama siklusnya berlangsung. Titik A, B, C, D pada chart sesuai dengan titik A, B, C, dan D pada gambar. Dari chart dapat diketahui, misalnya Suhu evaporasi adalah 5C, suhu kondensasi adalah 40C. Tekanan kondensasi adalah 9,61 bar, tekanan evaporasi adalah 2,61 bar. Suhu refrigerant gas pada sisi discharge kompresor adalah 46,8C (D) atau 66,7C (D ). Panas sensible dan panas laten yang ditambahkan atau diambil dari refrijeran juga dapat langsung diketahui. Demikian juga Entalpinya. Setiap Proses yang berlangsung dapat juga diketahui secara pasti.

17 Proses ekspansi Pada kasus gambar diatas, diasumsikan, refrijeran tidak mengalami perubahan saat keluar dari condeser menuju ke katub ekspansi, jadi Tekanan refrijeran saat mencapai katub ekspansi sama dengan kondisi di titik A, yaitu 9,61 bar. Setelah melewati katub ekspansi (titik B) tekanan refrijeran cair langsung turun karena mengalami proses ekspansi adiabatic, yaitu entalpi tidak berubah. Garis ekapansi adiabatic A-B merupakan garis lurus, Karena entalpinya tidak berubah. Pada titik B tekanan refrijeran cair adalah 2,61 bar, Suhu -5oC, entalpi 238,535 kj/kg.

18 Proses Evaporasi Titik B hinggs ke titik C adalah proses eveporasi, yaitu penguapan refrijeran cair d evaporator. Karena penguapan terjadi pada suhu dan tekanan konstan, maka proses B-C lazim disebut sebagai isothermal dan isobar, dan diyatakan dengan garis lurus horizontal dari titik B ke titik C. Pada titik C penguapan refrijeran selesai, sehinga kondisinya disebut saturasi pada suhu dan tekanan penguapan. Pada titik C ini, kondisi tekanan refrijeran adalah 2,61 bar, suhu 5, entalpi 349,32 kj/kg. Garis BC lazim disebut sebagai efek refrijerasi (refrigerating efect) atau q. Besarnya qe adalah (349,32 238,54) kj/kg = 110,78 kj/kg.

19 Proses Kompresi Garis CD menyatakan proses kompresi yang dilakukan oleh kompresor, yaitu meningkatkan tekanan dan suhu refrijeran gas yang dihisap oleh katub suction dan kemudian mengkompresi hingga tekanan tertentu, yang disebut tekanan kondensasi, titik D. Dalam kasus ini, proses kompresi yang dilakukan oleh kompresor, lazim disebut sebagai proses kompresi isentropik, yaitu proses kompresi yang berlangsung pada entropi konstan atau constant entropy. Karena tidak ada perubahan entropi selama proses kompresi dari titik C ke titik D, maka entropi refrijeran pada titik C sama dengan entropi refrijeran pada titik D. Oleh karena itu titik D dapat dipetakan pada ph-chart mengikuti garis constant entropy dari titik C hingga memotong garis constant pressure, yaitu tekanan kondensasi, di titik D.

20

21

22

23 Pengaruh Suhu Evaporasi terhadap Efisiensi Siklus

24 Pengaruh Suhu Evaporasi terhadap Efisiensi Siklus

25

26

27 Pengaruh Suhu Kondensasi terhadap Efisiensi Siklus

28

29