Siklus pendinginan kompresi uap
ditunjukkan pada Gambar 3-3. Proses 1-2 adalah kompresi, 2-3 adalah
kondensasi, 3-4 adalah ekspansi, dan 4-1 adalah evaporasi.
|
Siklus pendinginan kompresi uap ditunjukkan pada Gambar 3-3. Proses
1-2 adalah kompresi, 2-3 adalah kondensasi, 3-4 adalah ekspansi, dan 4-1
adalah evaporasi. |
 Gambar 3-3. Siklus refrigerasi kompresi uap |
Siklus pendinginan kompresi uap teoritis, sebagaimana yang
umum digunakan, ditunjukkan pada Gambar 3-4 dalam sistem koordinat p-V, T-s
dan p-h, dimana tanda nomor proses sama dengan pada Gambar 3-5.
Proses kompresi yang berlangsung pada jalur 1-2 disebut kompresi basah,
dimana refrigeran yang masuk ke- dan keluar dari kompresor adalah refrigeran
kering dan jenuh (derajat kering uap = 1). Proses kompresi dapat juga
terjadi pada jalur 1'-2' yang disebut dengan kompresi basah karena
refrigeran yang masuk ke kompresor masih mengandung fase cair (derajat kering
< 1) dan keluar dari kompresor dalam keadaan kering dan jenuh.
Meskipun koefisien penampilan (cop) sedikit lebih rendah, pendinginan
dengan kompresi kering lebih sering digunakan dengan alasan kompresor akan
lebih aman karena tidak terjadi kemungkinan masuknya refrigeran cair yang dapat
mempengaruhi kerja kompresor. Pada proses kompresi kering, uap refrigeran
yang meninggalkan kompresor dalam keadaan panas-lanjut (superheat)
sehingga kelebihan panas tersebut harus dibuang di kondensor pada tekanan tetap
(tekanan kondensor) dan suhu tetap sebelum dikondensasi menjadi cairan
refrigeran (proses 2-2').
Proses kompresi dianggap berlangsung secara isentropik karena
lebih mendekati keadaan sesungguhnya, meskipun secara teoritis kompresi
isotermal lebih disukai karena membutuhkan kerja yang lebih kecil. Kerja
pada proses pencekikan (throtling) seharusnya dapat didaur-ulang, akan
tetapi karena tidak ekonomis jarang dilakukan.
Perbandingan antara siklus kompresi uap teoritis (siklus
1-2'-2''-3-4'-1) dengan siklus Carnot terbalik (siklus 1-2-3-4-1) ditunjukkan
dalam diagram T-s pada Gambar 3-6. Seperti terlihat pada bagian yang
diarsir di dalam gambar, terdapat tiga luasan yang merupakan perbedaan antara
siklus kompresi uap teoritis dengan siklus Carnot terbalik. Luasan
2-2'-2'' menunjukkan penambahan kerja yang harus diberikan ke kompresor serta tambahan
panas yang harus dilepas di kondensor sebagai akibat kompresi yang tidak
isotermal. Luasan 3-3'-4-3 menunjukkan tambahan kerja ke siklus akibat
kerja pencekikan yang tidak didaur-ulang. Luasan 4-sa-sb-4'-4 menunjukkan
kehilangan efek pendinginan sebagai akibat dari peningkatan entropi karena
proses pencekikan. Masih terdapat perbedaan-perbedaan lain antara siklus
kompresi uap teoritik dan nyata, akan tetapi karena nilainya tidak terlalu
besar masih dapat diabaikan dari perhitungan.
Keragaan suatu siklus refrigerasi umumnya dinyatakan dalam
berbagai terminologi, seperti ton refrigerasi, koefisien tampilan, dan
efisiensi refrigerasi. Satu ton refrigerasi didefinisikan sebagai
kapasitas pendinginan yang diserap oleh satu ton es untuk menjadi cair selama
24 jam, yaitu 1357 W (200 Btu/menit) . Istilah
ton refrigerasi umum digunakan untuk mesin pendingin berkapasitas besar.
C. Analisis Kinerja Mesin Pendingin
Analisa terhadap siklus pendinginan kompresi uap dapat
dilakukan dengan menggunakan Gambar 3-7. Sebagaimana telah dijelaskan di
atas, terjadi 4 proses yang membentuk satu siklus kompresi uap dan terjadi
berulang-ulang. Proses dan perubahan keadaan pada setiap proses yang
terjadi adalah :
|
Proses 1-2 (kompresi) : Gas refrigeran yang keluar dari evaporator masuk
dan dikempa pada kompresor sehingga menghasilkan gas refrigeran dengan
tekanan dan suhu yang lebih tinggi. Suhu tinggi merupakan akibat dari
proses kompresi isentropik. Proses 2-3 (kondensasi) : Gas refrigeran bertekanan dan bersuhu tinggi dikondensasi dan menghasilkan refrigeran cair jenuh. Proses yang terjadi adalah pelepasan panas ke lingkungan. Proses kondensasi bekerja pada tekanan tetap. Pada awal proses suhu gas refrigeran sedikit mengalami penurunan, selanjutnya terjadi perubahan fase gas menjadi cair pada suhu tetap. Proses 3-4 (pencekikan) : Tekanan cairan refrigeran diturunkan dengan menggunakan katup cekik (expansion valve). Saat terjadi penurunan tekanan, juga terjadi penurunan suhu dan peningkatan mutu gas refrigeran, sebab dengan penurunan tekanan dan suhu sebagian refrigeran cair berubah menjadi gas. Proses 4-1 (penguapan) : Proses penguapan terjadi pada suhu sama, dimana hanya terjadi perubahan fase refrigeran cair menjadi gas. Panas laten penguapan diambil dari lingkungan sehingga terjadi pendinginan lingkungan. Besarnya pendinginan yang terjadi dinyatakan dalam efek pendinginan (ton refrigerasi). |
Setiap proses yang terjadi sepanjang siklus dinyatakan dalam
besaran-besaran yang dapat ditentukan secara matematik. Pada Bab
Termodinamika Pendinginan telah ditunjukkan bahwa untuk proses tekanan tetap,
seperti terjadi pada proses evaporasi dan kondensasi dalam mesin pendingin
kompresi uap, dQ = dh. Dengan demikian, panas yang diserap dan
digunakan untuk menguapkan refrigeran adalah:
 |
............................................................
|
3-7
|
dan panas yang di lepas untuk kondensasi refrigeran adalah,
Qkond = h2 - h3 .........................................
3-8
Juga telah diketahui bahwa pada proses pencekikan (ekspansi)
tidak dilakukan kerja, sehingga entalpi refrigeran yang masuk dan keluar dari
katup ekspansi adalah sama (h1 = h2). Kualitas uap refrigeran setalah
melalui katup cekik menjadi,
 |
............................................................
|
3-9
|
Sesuai dengan kaidah kekekalan energi, panas yang dilepas pada kondensor harus sama dengan panas yang diserap pada evaporator ditambah dengan ekivalen panas dari kerja kompresi, yaitu :
 |
............................................................
|
3-10
|
Dengan memasukkan persamaan [3-8] hingga [3-9] ke persamaan [3-10] diperoleh kerja kompresi sebesar,
Wkomp = h2 - h1 .......................................... 3-11
dalam hal ini, dianggap tidak terjadi pengambilan dan
pelepasan panas dari dan ke lingkungan selama proses kompresi. Berikut
ini adalah beberapa istilah yang umum digunakan dalam ilmu pendinginan dan
besarannya dalam persamaan matematik.
Efek pendinginan, jumlah panas yang diserap oleh
refrigeran pada saat melalui evaporator. Selain panas laten penguapan,
efek pendinginan juga mencakup panas yang diserap akibat terjadinya pemanasan
lanjut.
Ton pendinginan (ton of refrigeration) adalah
laju penyerapan panas di evaporator, sama dengan 200 Btu/min (3517 W).
Laju aliran refrigeran yang dibutuhkan per ton pendinginan adalah laju
penyerapan panas (W) per ton pendinginan dibagi dengan efek pendinginan,
 |
............................................................
|
3-12
|
Tenaga kompresi teoritis per ton pendinginan
untuk proses kompresi adalah perkalian antara kerja kompresi dengan laju aliran
refrigeran per ton pendinginan, yaitu :
 |
............................................................
|
3-13
|
Jika yang terjadi adalah kompresi politropik, tenaga kompresi per ton pendinginan adalah,
 |
............................................................
|
3-14
|
Pada kompresi isentropik, n = g = cp/cv . Jika
silinder kompresor mempunyai jaket penutup, sejumlah panas harus dilepaskan ke
sistem pendingin kompresor, yang besarnya :
 |
............................................................
|
3-15
|
Tenaga kompresi aktual (nyata) dapat didekati
dengan menggunakan nilai n yang sebenarnya (dengan menggunakan tekanan
nyata silinder), dan dengan memasukkan faktor efisiensi mekanik
kompresor. Efisiensi mekanik adalah perbandingan antara tenaga yang
ditunjukkan oleh silinder kompresor dengan tenaga yang dibutuhkan untuk menggerakkan
kompresor.
Koefisien penampilan mesin pendingin siklus
kompresi uap dengan kompresi isentropik adalah,
 |
............................................................
|
3-16
|
Panas yang dilepaskan melalui kondensor per ton pendinginan,
meliputi panas laten, panas akibat pemanasan lanjut, dan panas yang berasal
dari refrigeran cair, yaitu :
 |
............................................................
|
3-17
|
Disamping itu, siklus kompresi uap nyata juga berbeda dalam beberapa hal dengan siklus kompresi uap teoritis, seperti :
(1) Proses 1-2 (kompresi), sering dianggap berlangsung secara
insentropik, akan tetapi dapat berlangsung tidak isentropik dan tidak juga
politropik. Meskipun berlangsung secara isentropik, dimana dianggap tidak
terjadi pertukaran panas antara refrigeran dengan dinding kompresor, pada kenyataannya
suhu dinding silinder kompresor bisa lebih tinggi dari suhu gas refrigeran yang
masuk dan lebih rendah dari suhu gas yang keluar dari kompresor sehingga
menyebabkan perpindahan panas antara dinding kompresor dengan gas refrigeran.
(2) Selama proses 2-3, refrigeran cair mengalami pendinginan
lanjut sebelum memasuki katup cekik.
(3) Pada proses 4-1, uap refrigeran yang meninggalkan
evaporator mengalami pemanasan lanjut sebelum memasuki kompresor.
Pemanasan lanjut tersebut dapat disebabkan oleh jenis pengendali katup cekik
yang digunakan, dimana penyerapan panas dapat terjadi pada jalur antara
evaporator dan kompresor.
(4) Terjadi kehilangan tekanan sepanjang pipa tempat
mengalirnya refrigeran.
SOURCE :
http://web.ipb.ac.id/~tepfteta/elearning/media/Teknik%20Pendinginan/bab3.php
0 komentar:
Posting Komentar