Refrigrant

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

2. WHM-2017
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. WHM-2017
Sistem Refrigerasi Cold Storage
Qe
Qk
W

4. WHM-2017
Design : Basic Parameter
1. 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. WHM-2017
Remark
1. Load Temperature, asumsi : - 15 ⁰C untuk
Freezer dan 10 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. WHM-2017
Parameter yang ditentukan (1)
1. Maximum Quantity of Product atau Size Cold Storage
 Maximum Capacity : 1/3 volume p y /
 Maximum Capacity : ¼ volume (jika ada forklift)
 Khusus Blast Freezer : 1/12 volume
2. Ketebalan Insulasi
 60 mm = positive temperature (> 0°C)
 80 mm = positive and negative temperature (> - 20°C)
 100 mm = positive and negative temperature (> - 25°C)
 140 mm = negative temperature (> - 35°C)
3. Load Temperature asumsi :
 -15 ⁰C untuk Freezer
 -10 ⁰C untuk Chiller

7. WHM-2017
Parameter yang ditentukan (2)
4. Daily Load, asumsi : 10 % 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
10.Jarak Outdoor ke Cold Storage, asumsi : 20 meter

8. WHM-2017
Sumber Kalor Pada Cold Storage
15417mm.
Tlingkungan
Tkabin

9. WHM-2017
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. WHM-2017
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. WHM-2017
Contoh Panel Cold Storage

12. WHM-2017
Minimum Ketebalan insulasi
Walk in Cooler
Walk in Freezer

13. WHM-2017
Minimum Ketebalan Panel Insulasi
Cold Room
Cold Room Storage
Temperature
Panel
Thickness
(mm)
Walk in Cooler ≥ 5 ℃ 50
Walk in Cooler ≥ -5 ℃ 75
Walk in Freezer ≥ -25 ℃ 100
Walk in Freezer ≥ -45 ℃ 150

14. WHM-2017
Transmisi kalor melalui dinding
2
2
2
1
1
1
1
.....
1
1
h
k
L
k
L
k
L
h
U n
n





T
UA
q D

2
1
1
1
1
h
k
L
h
U



Hot air Cold air
T1
T2 T3
T4
L
q1 q2 q3
h1
k
h2
A
h
kA
L
A
h
T
T
q
2
1
4
1
1
1




Untuk isolasi MultiLayer

15. WHM-2017
Nilai Konduktivitas termal berbagai
bahan isolasi

16. WHM-2017
Koefisien Konveksi
Koefisien konveksi permukaan di udara (h)
Udara
Koefisien konveksi
(W/m2
.K)
Diam 9.37
Bergerak kecepatan rendah 22.70
Bergerak kecepatan tinggi 34.10

17. WHM-2017
Contoh 1
2
2
2
1
1
1
1
.....
1
1
h
k
L
k
L
k
L
h
U n
n





Dinding
L
(mm)
K
(W/m.K)
C
(W/m.K)
Cement Plester 10 0.72 75.5
Clay Tile 100 5.11
Polyuretane 125 0.023
Asphalt 12.7 3.92
Plat 2 45.3
249.7
koefisien perpindahan panas = 0.1652
7
.
22
1
3
.
45
002
.
0
92
.
3
1
11
.
5
1
023
.
0
125
.
0
5
.
75
1
37
.
9
1
1







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
U = 0.1652 W/m2K

18. WHM-2017
Contoh 2
 Estimasi besarnya nilai U (overall heat transfer coefficient)
untuk panel yang terbuat dari polyurethane dengan tebal
10 cm.
 Jawab :
L
k
h
k
L
h
U 



2
1
1
1
1
Dari tabel didapat k = 0,024,
Tahanan thermal pelat pelapis luar panel diabaikan (karena k-nya besar)
Koefisien konveksi (anggap udara diam) h = 9.37.
Sehingga dari persamaan sebelumnya diperoleh:
Diperoleh U = 0,024 / 0.1 = 0,24 W/m2K
23
.
0
37
.
9
1
024
.
0
1
.
0
37
.
9
1
1
1
1
1
2
1







h
k
L
h
U W/m2K
Bila h diabaikan

19. WHM-2017
Contoh Nilai Overall Heat Transfer
Coefficient

20. WHM-2017
Contoh 3
 Perkirakan beban kalor dari suatu dinding panel poliurethan
berukuran 8 m x 4 m, bila harus mempertahankan temperatur kabin
sebesar -15 oC, sedangkan kondisi di luar ruangan / lingkungan
adalah 33 oC.

21. WHM-2017
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. WHM-2017
Kalor yang harus diambil dari
Produk
 Beban sensibel : beban kalor produk yang diakibatkan
dari perubahan temperatur produk.
T
Cp
m
Qs D



 Beban Laten : beban kalor produk akibat proses
pembekuan produk.
L
m
QL 

m : jumlah produk
Cp : kalor spesifik produk
DT : Penurunan Temperatur Produk
m : jumlah produk
L : kalor laten produk

23. WHM-2017
Kalor Produk dengan perubahan
Fasa
Cpbf : Kalor Spesifik sebelum beku
Cpaf : Kalor spesifik setelah beku
Tf : Titik beku produk
T1 : Temperatur awal produk
T2 : Temperatur akhir produk
 
f
bf
bf T
T
Cp
m
Q 


 1
 
2
T
T
Cp
m
Q f
af
af 



L
m
QL 

af
L
bf
p Q
Q
Q
Q 


Beban kalor di atas titik beku
Beban kalor pembekuan
Beban kalor di dibawah titik beku
Beban kalor TOTAL produk

24. WHM-2017
Beban Kalor Produk
 Temperatur produk, harus diturunkan dalam waktu CT (chilling Time)
atau sering disebut dengan Pulldown Time.
 Beban kalor Produk qp adalah Kalor yang harus dibuang dari produk
dibagi dengan waktu pendinginan
3600
Time
Chilling
3600
Time
Chilling
Qp






af
L
bf
p
Q
Q
Q
q
Chilling time = Pulldown time = waktu pendinginan produk,
bila tidak ditentukan, asumsikan 6 jam

25. WHM-2017
Data Produk

26. WHM-2017
Data Produk

27. WHM-2017
Data Produk

28. WHM-2017
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 :
Respirasi
Kalor

 m
Qrp

29. WHM-2017
Kalor Respirasi

30. WHM-2017
Contoh 4
 Apel pada 30 oC sebanyak 5400 kg masuk didinginkan dalam ruangan
pendingin (suhu 2 oC). Hitunglah beban tambahan dalam ruang pendingin
yang diakibatkan oleh apel tersebut, bila apel harus dingin dalam waktu 12
jam.
 Jawab:
n
T
Cp
m
Q
apel
Apel
3600

D



Respirasi
Kalor

 m
Qrp
Beban kalor untuk mendinginkan :
81
015
.
0
5400 


rp
Q W
  13.335
3600
12
2
30
81
,
3
5400
QApel 




 kW
Jadi Beban kalor tambahan akibat apel tersebut : 13.416 kW

31. WHM-2017
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. WHM-2017
Infiltrasi udara karena perbedaan
temperatur

33. WHM-2017
Kalor Infiltrasi - 1
 
E
D
qD
q f
t
t 
 1
Besar Kalor infiltrasi ditentukan oleh:
qt = average heat gain for the 24 h or other period, kW
q = sensible and latent refrigeration load for fully established flow, kW
Dt = doorway open-time factor
Df = doorway flow factor
E = effectiveness of doorway protective device

34. WHM-2017
Kalor infiltrasi (sensibel + laten)
    m
r
i
r
r
i F
gH
h
h
A
q
5
.
0
5
.
0
1
211
.
0 













q = sensible and latent refrigeration load, kW
A = doorway area, m2
hi = enthalpy of infiltration air, kJ/kg
hr = enthalpy of refrigerated air, kJ/kg
ρi = density of infiltration air, kg/m3
ρr = density of refrigerated air, kg/m3
g = gravitational constant = 9.81 m/s2
H = doorway height, m
Fm = density factor
Cara 1 :
 
5
.
1
3
/
1
/
1
2










i
r
m
F



35. WHM-2017
Kalor infiltrasi (sensibel + laten)
q = sensible and latent refrigeration load, kW
Qs /A = sensible heat load of infiltration air per square metre of doorway
opening as read from Figure 5, kW/m2
W = doorway width, m
Rs = sensible heat ratio of the infiltration air heat gain, from Table 8 or 9 (or
from a psychrometric chart)
Cara 2 :















s
s
R
A
Q
WH
q
1
577
.
0 5
.
1

36. WHM-2017
Penentuan Qs/A

37. WHM-2017

38. WHM-2017
Faktor Bukaan Pintu (Doorway
open time factor)
 
d
o
p
t
P
D



3600
60


Dt = decimal portion of time doorway is open
P = number of doorway passages
θp = door open-close time, seconds per passage
θo = time door simply stands open, min
θd = daily (or other) time period, h
θp for conventional pull-cord-operated doors = 15 to 25 s per passage.
θp for high-speed doors = 3 to 10 s, although it can be as low as 3 s.

39. WHM-2017
Faktor Aliran Pintu (Doorway flow
factor) dan Efektivitas bukaan pintu
 Faktor Aliran Pintu Df
Df = 1,0 untuk pintu terbuka tanpa hambatan/penghalang.
Df = 1,1 untuk beda temperatur lebih kecil dari 11 oC.
Df = 0,8 untuk beda temperatur lebih besar dari 11 oC.
 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. WHM-2017
Contoh 5
 Suatu pintu (2 meter x 2 meter) dengan tirai udara pada cold storage terbuka
saat pemasukan produk. Temperatur dan RH untuk kabin adalah 5 oC / 90
%RH dan lingkungan 30 oC / 60 %RH. Tentukan besar beban kalor infiltrasi
bila pintu terbuka selama 2 jam. (abaikan faktor waktu buka tutup pintu)
    17
,
0
24
3600
60
2
60
3600
60







d
o
p
t
P
D



Df = 0,8
Dari gambar Qs/A = 10 kW/m2
 
E
D
qD
q f
t
t 
 1















s
s
R
A
Q
WH
q
1
577
.
0 5
.
1
E = 0,70 Rs = 0,48
q = 0.577 x 2 x 21.5 x 10 x (1/0.48) = 68 kW
qt = 68 x 0,17 x 0,8 x (1-0,7) = 2,77 kW

41. WHM-2017
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 qp harus dikalikan dengan 1,25
t
qp 6
272 


42. WHM-2017
Kalor ekivalen orang di ruangan
t = tempratur ruang penyimpanan
qp dikalikan 1,25 bila orang sering keuar masuk

43. WHM-2017
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 oC.
 jawab
Dari Tabel diperoleh data 390 W/orang. Karena sering keluar masuk, maka
digunakan faktor pengali sebesar 1.25.
Jadi :
qp = 5 x 390 x 1,25 x 2 / 24 = 0,203 kW

44. WHM-2017
E. Beban kalor peralatan
1. 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. WHM-2017
Heat Equivalent of Electric Motors
Motor Rating
(kW Output)
Motor
Eficiency
(%)
Multiplying Factor
Connected
Load in Ref.
Space
Motor
Losses
Outside Ref.
Space
Connected
Load
Outside Ref.
Space
0,1 - 0,5 33.3 1.7 1.0 0.7
0,5 - 2,0 55.0 1.5 1.0 0.5
2,0 - 15,0 85.0 1.2 1.0 0.2

46. WHM-2017

47. WHM-2017
Beban Kalor Peralatan lainnya
jam
24
penggunaan
Jam
alat
Daya 

m
q
Contoh misalkan 12 lampu, dengan daya masing-masing 100 Watt, hidup
selama 2 jam selama pemasukan produk. Maka beban kalor akibat lampu
adalah :
qm = 12 x 100 x 2 / 24 = 100 Watt.

48. WHM-2017
BEBAN KALOR TOTAL
 Beban kalor total adalah JUMLAH dari:
 Beban kalor Transmisi, Qt
 Beban kalor Produk, Qpr
 Beban kalor Infiltrasi, Qi
 Beban kalor Orang/manusia, Qp
 Beban kalor lain-lain, Qm
 Faktor Safety, biasanya digunakan sebesar 10 %
m
p
i
pr
t Q
Q
Q
Q
Q
Q 




 
%
10
1
factor
Safety 




 Q
Q
Q
Qtotal

49. WHM-2017
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 = 16 jam, bila off cycle defrost
 RT = 18 – 22 jam, bila sistem defrost menggunakan electric
defrost atau hotgas defrost.

50. WHM-2017
Kapasitas mesin yang dibutuhkan
 Qcc 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.
RT
Q
Q total
cc
24



51. WHM-2017
Cara Pintas
(Short cuts):
Room Volume
(m3)
Service
Long Term
Storage
Average Heavy
0.6 3.63 3.97
0.85 2.56 3.57
1.5 1.77 2.76
2 1.44 2.24
3 1.25 1.96
6 1.07 1.72
8.5 1.01 1.61
11 0.96 1.52
14 0.94 1.45
17 0.91 1.44
23 0.86 1.37
28 0.85 1.30
34 0.77 1.23
43 0.71 1.16
57 0.65 0.60
85 0.58 0.45
140 0.31
200 0.24
280 0.19
560 0.16
1400 0.14
2100 0.14
2800 0.13
TD
UF
Q 

 int
int V
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.
Qint = Beban di dalam ruangan
Vint = 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

52. WHM-2017
Contoh 7
 Ruangan dgn ukuran 6 m x 4 m x 3.4 m, mempunyai tebal isolasi 200 mm.
Temperatur luar adalah 30 oC dan temperatur ruangan 5 oC. Mesin didisain
dengan running time 16 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 m3 = 60,5 m3
Dari tabel di atas diperoleh dengan interpolasi UF = 0,642 W/m3K
Beban interior Qint =60,5 m3 x 0,642 W/m3K x (30-5)K = 971 W = 0,971 kW
Beban Total, Qtotal = 0,899 kW + 0,971 kW = 1,87 kW
kW
kW
RT
Q
Q total
cc 81
,
2
16
24
87
,
1
24





Kapasitas Mesin :

53. WHM-2017
Program Refrigeration Cooling Load
Program sederhana,
tapi cukup baik.
Dapat didownload di :
http://k-rp.com/support/design-tools-software/

54. WHM-2017
Instalasi KeepRite
 Buka FOLDER CalcRite
 Jalankan program SETUP.EXE, dengan
cara men-double click icon setup.exe.
 Ikuti perintah berikutnya.

55. WHM-2017
Pilih Menu
“USER INFO”
Isi dengan data
yang diperlukan

56. WHM-2017
Pilih bahasa dan
skema warna yang
ingin digunakan
Pilih satuan :
Metrik : kg, watt, dll.
Imperial : lb, btu/h, dll
Pilih Menu
“PROGRAM
SET-UP”

57. WHM-2017
Pilih Menu
“GENERAL
INFO”
Isi dengan
data yang
diperlukan
Isi ukuran
cold storage

58. WHM-2017
Bila ingin memulai
dari awal, tekan
tombol ini
Isikan data yang diperlukan
untuk masing-masing
dinding/atap/lantai
Pilih Menu
“WALL
LOAD

59. WHM-2017
Pilih
Bentuk/layout
cold storage Pilih :
Lokasi cold storage
Temp. lingkungan

60. WHM-2017
Isikan data yang diperlukan
untuk masing-masing
dinding/atap/lantai

61. WHM-2017
Pilih Menu
“INFILTRATION
LOAD”
Pilih Menu
“Jenis infiltrasi
yang paling
mendekati”
Masukan data
yang dibutuhkan

62. WHM-2017
Pilih Menu
“PRODUCT
LOAD”
Isikan data produk
yang akan
disimpan dalam
Cold Storage

63. WHM-2017
Pilih Menu
“MISC. LOAD”
(Beban Lain2)
Isikan penggunaan
penerangan
Isikan penggunaan
motor
Isikan jumlah orang
yang bekerja
didalam cold
storage
Isikan jumlah
forklifts yang ada
Isikan sumber-
sumber panas
lainnya
Perhatikan
waktu
penggunaan

64. WHM-2017
Pilih Menu
“SELECT
EQUIPMENT”
Isikan Safety
Factor (0-100%)
Besarnya beban
pendinginan /
kapsitas mesin yang
dibutuhkan

65. WHM-2017
Contoh - 1
 Desain penyimpanan untuk daging sapi sebanyak 5 ton
 Lokasi berada di daerah bertemperatur 35oC
 Di dalam ruang ada mesin pemotong sebesar 500 W
 Ada 2 orang bekerja di dalam ruang selama 2 jam
 Ruang penyimpanan -18 oC
 Produk masuk ruang pendingin sebesar -10oC
 HITUNGLAH, besar beban pendinginan

66. WHM-2017
Contoh - 2
 Desain penyimpanan untuk Tuna sebanyak 5 ton
 Lokasi berada di daerah bertemperatur 35oC
 Di dalam ruang ada mesin pemotong sebesar 500 W
 Ada 2 orang bekerja di dalam ruang selama 2 jam
 Ruang penyimpanan -18 oC
 Produk masuk ruang pendingin sebesar -10oC
 HITUNGLAH, besar beban pendinginan