Bahan Ajar Refrigerasi Dasar

BA 09

KKRA1083

1

BUKU I BAHAN AJAR

PANDUAN KULIAH DASAR REFRIGERASI

Penyusunan Bahan Ajar Dalam Kurikulum Berbasis
Kompetensi (Kurikuum 2007) ini dibiayai dari DIPA
Politeknik Negeri Bandung
Departemen Pendidikan Nasional
Tahun anggaran 2009

Disusun oleh :
Windy Hermawan Mitrakusuma
NIP : 131 965 828

PROGRAM STUDI : TEKNIK PENDINGIN DAN TATA UDARA
JURUSAN : TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2009

HALAMAN PENGESAHAN

1.

2

Identitas Bahan Ajar
a. Judul Bahan Ajar
b. Mata Kuliah / Semester
c. SKS (T-P) / Jam (T-P)
d. Jurusan
e. Program Studi
f. Nomor Kode Mata Kuliah

:
:
:
:
:
:
:

Panduan Kuliah Dasar Refrigerasi
Dasar Refrigerasi
2 – 1 SKS / 4 – 3 Jam/minggu
Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
Teknik Pendingin dan Tata Udara
KKRA1083

Penulis
a. Nama
b. NIP
c. Pangkat/Golongan
d. Jabatan Fungsional
e. Program Studi
f. Jurusan

:
:
:
:
:
:

131 965 828
III/c
Lektor
Teknik Pendingin dan Tata Udara
Teknik Refrigerasi dan Tata Udara

Bandung, 30 September 2009
Mengetahui,
Ketua KBK

Penulis,

Ir. Arda Rahardja Lukitobudi
NIP : 131 754 148

NIP : 131 965 828

Menyetujui,
Ketua Jurusan / Program Studi

Markus, ST., MT
NIP : 131 862 728

Panduan Kuliah Dasar Reffrigerasi

i

KATA PENGANTAR PENULIS

Alhamdulillah, puji syukur pada Yang Mahakuasa, pada akhirnya materi Bahan Ajar ini
dapat saya rampungkan juga. Semenjak saya mengajar mata kuliah ini, sembilan belas
tahun lalu, sampai saat ini masih juga saya dipercaya untuk menyampaikannya pada
mahasiswa tingkat 1 di Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara – Politeknik Negeri
Bandung. Mata kuliah ini telah beberapa kali mengalami pergantian nama mulai dari
Refrigerasi 1, Dasar Refrigerasi, Refrigerasi Kompresi Uap dan sekarang Refrigerasi
Dasar. Isinya masih berkisar tentang sistem refrigerasi kompresi uap.
Rasanya baru kemarin saya mulai menyusun materi ini berdasarkan silabus yang
diberikan. Sebagai arahannya, maka perlu dibuat Satuan Acara Perkuliahan (SAP),
sehingga rencana perkuliahan selama satu semeseter dapat dicapai. Penyusunan materi
inipun, dimulai dari catatan-catatan kecil yang menjadi bahan mengajar. Kemudian ketika
itu overhead projector (OHP) menjadi alat yang memudahkan dalam penyampaian
materi, saya pun mulai beralih menggunakan OHP. Demikian juga ketika komputer dan
proyektornya menjadi sebuah alat yang bisa digunakan, saya pun mulai mempelajari
power point sebagai alat presentasi dan mengajar. Memang kemudahan untuk mengajar
saat ini sangat ditunjang oleh kemajuan teknologi. Dengan mengajar menggunakan media
seperti ini, standarisasi dalam mengajar dapat dicapai karena pola mengajar dapat
disamakan, apalagi bila harus mengajar kelas paralel. Dengan ketersediaan e-book,
menyiapkan materi berbasi komputer ini menjadi sangat mudah, saya mendapatkan
banyak bahan dari e-book dan juga scanner. Semoga mereka-mereka yang saya cuplik
karyanya meridhai langkah saya ini. Sayapun merasa yakin, masih banyak kekurangan di
sana sini, saran dan komentar akan sangat saya hargai.
Bahan Ajar ini merupakan bahan presentasi kuliah Dasar Refrigerasi, yang dikemas
sedemikian hingga dapat digunakan dan dipelajari layaknya suatu bahan ajar. Memang
dalam beberapa hal Bahan Ajar ini tidak memenuhi standar yang ditentukan oleh
pemrakarsa Bahan Ajar (yaitu Pembantu Direktur I), walaupun demikian diharapkan
Buku ini dapat menjadi bahan bagi siswa dalam mengikuti perkuliahan. Selain untuk
memudahkan pelaksanaan perkuliahan, juga dapat dipakai sebagai bahan bacaan dalam
mempersiapkan diri sebelum perkuliahan dimulai.
Terimakasih pada semua fihak yang telah membantu dalam penyiapan materi ini.
Khususnya pak Apip Badarudin yang secara moril telah selalu mendorong saya untuk
membukukan materi kuliah ini. Terimakasih saya ucapkan pada pak Arda Rahardja, yang
selalu saya pancing untuk diskusi. Terimakasih juga untuk pak Triaji pangripto, pak
Tandi dan rekan sejawat lainnya, yang banyak memberikan gambaran teknis tentang
sistem refrigerasi kompresi uap.
Bandung, Akhir September 2009


ii

KATA PENGANTAR JURUSAN

Ada beberapa faktor dalam penyelenggaran pendidikan agar didapat lulusan yang
menguasai ilmu atau keterampilan yang diajarkan sesuai dengan kompetensi yang
diharapkan. Pertama adalah kurikulum yang baik, kemudian fasilitas penunjang yang
baik, penyelenggaraan Kegiatan Belajar Mengajar (KBM) yang baik, serta lingkungan
akademik yang menunjang.
Salah satu fasilitas penunjang KBM yang dapat disiapkan adalah adanya Bahan Ajar,
yang mana akan sangat membantu dalam proses penyampaian ilmu pengetahuan atau
keterampilan. Untuk itu, kami perlu bersyukur, karena Politeknik Negeri Bandung, dapat
memberikan bantuan dari sumber dana DIPA, untuk kegiatan pembuatan Bahan Ajar ini.
Untuk tahun anggaran 2009, Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara mendapat kuota
sebanyak 4 judul Bahan Ajar. Kesempatan ini telah dimanfaatkan oleh beberapa pengajar
yaitu :
1. Ade Suryatman Margana, Amd., ST. Pengajar mata kuliah Teknik Kerja Bangku
dan Pemipaan (KBRA1053)
2. Ir. Arda Rahardja L, M.Eng. Pengajar mata kuliah Troubleshooting Sistem
Refrigerasi dan Tata Udara (KBRA3013)
3. Muhammad Anda Falahuddin, ST., MT. Pengajar mata kuliah Kelistrikan RHVAC
(KKRA1092)
4. Ir. Windy Hermawan M, MT. Pengajar mata kuliah Dasar Refrigerasi (KKRA1083)
Dengan ini, kami mengucapkan terimakasih kepada pengajar yang telah memanfaatkan
kesempatan ini. Dengan demikian, maka Bahan Ajar yang ada di Jurusan Teknik
Refigerasi semakin bertambah. Mudah-mudahan dapat dimanfaatkan oleh mahasiswa dan
juga siapa saja yang ingin mempelajarinya.
Semoga dengan kegiatan ini, akan mendorong bagi staf pengajar lainnya untuk juga
menulis dan menyiapkan Bahan Ajar bagi mata kuliah-mata kuliah lainnya.
Semoga kegiatan ini menjadi bermanfaat bagi kita semua.
Bandung, September 2009
Ketua Jurusan

Markus, ST., MT.
NIP : 131 862 728


iii

DAFTAR ISI

Halaman
LEMBAR PENGESAHAN
KATA PENGANTAR PENULIS
KATA PENGANTAR JURUSAN
DAFTAR ISI
DESKRIPSI MATA KULIAH
PETUNJUK PENGGUNAAN

i
ii
iii
iv
x
xi

BAB I Pendahuluan
Sistem Refrigerasi
Sejarah Sistem Refrigerasi
Sistem-sistem Refrigerasi
Aplikasi sistem Refrigerasi
Definisi Dasar Besaran dan satuan Massa
Pengukuran Besaran Penting dalam Sistem Termal
Tekanan
Temperatur
Pengukuran Kelembaban Udara
Diagram Psikrometrik
Tabel Konversi Satuan

1
2
3
4
4
11
18
19
22
24
25
26

BAB II Review Termodinamika dan Perpindahan Panas
Review Termodinamika
Sifat/tingkat keadaan
Hukum Termodinamika
Perubahan fasa air (padat-gas)
Proses dalam termodinamika
Proses Volume konstan
Proses Tekanan konstan
Proses Adiabatik
Proses Temperatur konstan
Proses Politropik
Proses pada aliran fluida
Diagram Moiller
Review Perpindahan Panas
Termodinamika vs Perpan
Konduksi Kalor

28
29
29
31
34
34
35
35
36
36
37
38
39
41
41
42


iv

DAFTAR ISI

Konduksi pada dinding datar
Dinding komposit seri-paralel
Tahanan termal bentuk silinder
Konveksi Kalor
Konveksi Bebas
Konveksi Paksa
Radiasi Kalor
Resume modus perpindahan Panas
BAB III Siklus Refrigerasi Kompresi Uap
Mesin Kalor Siklus Carnot
Refrigerasi Carnot
Kinerja Siklus Refrigerasi Carnot
Prestasi/Kinerja Mesin Pendingin dan Pompa Kalor
Siklus Refrigerasi Kompresi Uap Sederhana
Proses di Evaporator
Proses di Kompresor
Proses di Kondensor
Proses di Alat Ekspansi
Siklus pada diagram P-h
Contoh aplikasi Sistem Refrigerasi
H. Kekekalan Energi pada siklus
Kompresor
Proses kompresi tidak isentropik
Kondensor
Ekspansi
Evaporator
Kinerja sistem
Kalau EER itu apa ?
Typical COP
Efek Sub Cooled
Efek Super Heated
Penurunan Temperatur Evaporasi
Kenaikan Temperatur Kondensasi
Penggunaan Liquid to Suction Heat Exchanger (LSHX)
Siklus Refrigerasi Sebenarnya
Sistem Refrigerasi Kompresi Uap Multi Stage (bertingkat)
Sistem Refrigerasi Kompresi Uap Cascade
CoolPack


43
47
48
51
52
52
55
57
58
60
61
61
62
64
66
66
67
67
68
69
71
71
72
72
73
73
74
75
76
81
82
83
83
84
85
86
88
89

v

DAFTAR ISI

BAB IV KOMPRESOR
Fungsi Kompresor
Jenis Kompresor
Kompresor Torak (Reciprocating)
Sistem Silinder dan Piston
Katup Suction dan Discharge
Kompresor Putar (Rotary)
Kompresor Sekrup (Screw)
Kompresor Sentrifugal (Centrifugal)
Kompresor Skrol (Scroll)
Perbandingan Jenis Kompresor
Kompresor Hermetik (Fully Welded Compresor)
Kompresor Semi Hermetik (Semi Hermetic)
Kompresor Open Type
Pengaturan Putaran
Katup Servis pada Kompresor
Proses Kompresi (Torak)
Efisiensi Volumetrik
Piston Displacement Kompresor Rotary
Sistem Pelumasan Kompresor

92
93
93
94
94
95
95
96
97
98
99
100
101
102
103
103
105
105
107
107

BAB V EVAPORATOR
Fungsi Evaporator
Jenis Evaporator
Evaporator Berdasarkan Konstruksinya
Penggunaan Evaporator
Finned Evaporator (evaporator bersirip)
Kapasitas Evaporator
Koefisien Kalor Menyeluruh U
LMTD pada evaporator
Evaporator Konveksi Alami
Evaporator Konveksi Paksa
Evaporator Temperature Difference
Pemilihan Evaporator
Finned-Tube Evaporator
Shell-and-Tube Evaporator
Shell and Coil Evaporator
Flooded Evaporator

110
111
111
112
113
113
115
116
116
120
120
121
123
123
125
126
126


vi

DAFTAR ISI

BAB VI KONDENSOR
Fungsi Kondensor
Jumlah Kalor Dilepas di Kondensor (Heat Rejection)
Heat Rejection Factor
Jenis Kondensor
Air Cooled Condensor (Kondensor Berpendingin
Udara)
Beda temperatur di kondensor
Condensing Unit
Water Cooled Condenser
Pengotoran pada Kondensor
Jenis Water Cooled Condenser
Kondesor Pipa Ganda
Kondesor Shell and Tube
Kondesor Shell and Coil
Cooling Tower
Air hilang di Menara pendingin
Kinerja Menara Pendingin
Jenis Cooling Tower
Kapasitas Cooling Tower
Evaporative Condenser

131
132
132
133
136
137

BAB VII ALAT EKSPANSI
Fungsi Alat Ekspansi
Prinsip Kerja Alat Ekspansi
Pipa Kapiler
Manual Valve
Automatic Expansion Valve
Thermostatic Expansion Valve (TXV)
TXV – Internal / External Equalizer
Tips Pemasangan Sensing Bulb TXV
Electronic Expansion Valve (EEV)
Low Side – Floating Valve
High Side – Floating Valve

153
154
154
155
158
159
159
162
163
165
166
167

BAB VIII REFRIGERAN
Fungsi Refrigeran
Normal Boiling Point (NBP)
Karakteristik Refrigeran
Penamaan Refrigeran

169
170
171
171
172


138
141
142
143
144
144
145
146
147
148
149
150
150
151

vii

DAFTAR ISI

Refrigeran Campuran
Syarat Refrigeran (ideal)
Kode Warna Refrigeran
Pertimbangan memilih Refrigeran
Perbandingan Refrigeran
Refrigeran Sekunder
Sistem Langsung & Tak Langsung
Sistem refrigerasi tak langsung
Perbandingan Refrigeran sekunder
Titik beku Refrigeran sekunder
Refrigeran dan Lingkungan
Lapisan Ozon di Atmosfir Bumi
Ozon Depletion Potential (ODP)
Global Warming Potential (GWP)
Pengganti Refrigeran
Beralih ke Hidrokarbon
Perbandingan Kinerja

175
176
177
178
179
180
180
181
182
183
184
185
188
190
194
195
197

BAB IX PEMIPAAN SISTEM REFRIGERASI
Sistem Pemipaan Refrigeran
Bahan Pemipaan
Sambungan (fitting)
Pengerjaan Pipa untuk Flare
Kecepatan Refrigeran (rekomendasi)
Ukuran Pipa
Langkah-Langkah Instalasi Sistem
Petunjuk Pemasangan Pipa Refrigeran
Pemeriksaan Kebocoran
Manifold Gauge
Pompa Vakum dan pemvakuman
Pengisian Refrigeran
Pengisian fasa gas
Pengisian fasa cair

199
200
200
201
201
203
203
204
204
207
211
212
214
215
216

BAB X KOMPONEN PENDUKUNG SISTEM REFRIGERASI
Komponen Pendukung
Alat kontrol :
Liquid Receiver dan Accumulator

218
219
219
220


viii

DAFTAR ISI

Liquid to Suction Heat Exchanger (penukar kalor liquid suction)
Filter Drier
Sight Glass
Solenoid Valve
Evaporator Pressure Regulator
Crankcase Pressure Regulator
Condensing Pressure Regulator
Oil Separator
Check Valve
Service Valve
Strainer
Starting Relay
Defrost Timer
Thermostat
Pressurestat
Pressurestat (LP / HP)
Pressure Stat (HLP)
Differential Pressure Control
Safety Relief Valve
Four-Way Valve
Contoh Instalasi sistem refrigerasi
Contoh Sistem & Kelistrikannya
Sistem Kontrol 3 Evaporator
DAFTAR PUSTAKA

220
221
222
222
223
223
224
224
225
225
226
226
227
227
229
230
230
231
231
232
232
234
234
236

LAMPIRAN
Diagram Psikrometrik, Diagram P-h
Garis Besar Program Pengajaran (GBPP)
Satuan Acara Pengajaran (SAP)


ix

DESKRIPSI MATA KULIAH

1.1 Identitas Mata Kuliah
Judul Mata Kuliah
Semester / Tingkat
Prasyarat
Jumlah Jam/Minggu

:
:
:
:

Dasar Refrigerasi
2/1
Termodinamika
4 jam/minggu

1.2 Ringkasan Topik/Silabus :
Mata Kuliah ini membahas mengenai pengertian sistem refrigerasi; cara kerja
sistem refrigerasi kompresi uap; jenis dan fungsi serta pemilihan : komponenkomponen utama sistem refrigerasi kompresi uap, komponen-komponen tambahan;
pemilihan refrigeran, pemipaan sistem refrigerasi, efek yang terjadi dengan berbagai
perubahan kondisi kerja, Pelumas kompresor, komponen kontrol sistem refrigerasi
dan contoh-contoh aplikasi sistem kontrol refrigerasi.
1.3 Kompetensi Yang ditunjang :
1. Mengoperasikan Peralatan Sistem Refrigerasi (Kompetensi 1.1)
2. Melakukan Perawatan, Perbaikan dan Troubleshooting Sistem Refrigerasi
(Kompetensi No. 2.1)
3. Menginstalasi Mekanik Refrigerasi Dan Tata Udara (Kompetensi No. 3.1)
4. Menginstalasi Refrigerasi (Kompetensi No. 3.2)
5. Memilih Komponen Sistem Refrigerasi Dan Tata Udara (Kompetensi No. 5.4)
1.4 Tujuan Pembelajaran Umum
Setelah mengikuti mata kuliah ini, mahasiswa mampu menjelaskan dan
mengidentifikasi komponen sistem refrigerasi dan menjelaskan cara kerja dari
1.5 Tujuan Pembelajaran Khusus
1. Mahasiswa mampu menjelaskan cara kerja sistem refrigerasi dan
menggambarkan sistem pada diagram P-h.
2. Mahasiswa mampu menentukan langkah penginstalasian dan pengerjaan
pemipaan sistem refrigerasi kompresi uap.
3. Dalam situasi praktik, mahasiswa dapat mengidentifikasi komponen dan
menjelaskan kerja dari sistem refrigerasi kompresi uap.


x

PETUNJUK PENGGUNAAN

1. Pedoman Mahasiswa
Bahan Ajar ini merupakan materi kuliah, yang dapat dipakai saat Pengajar
menyampaikan materi perkuliahan.
Dalam beberapa bab, terdapat tugas yang harus dikerjakan dan kemudian
dikumpulkan.
Materi ini dapat dilengkapi dengan catatn-catatan kecil (bila diperlukan) pada
lembar/bagian yang kososng.

2. Pedoman Pengajar
Pengajar agar menyampaikan materi sesuai dengan SAP yang telah ditentukan.
Materi sudah dibuatkan dalam bentuk Modul Presentasi, dan beberapa disajikan
dalam bentuk animasi, sehingga diharapkan siswa dapat lebih mudah memahami
materi yang dijelaskan.

Penggunaan Ilustrasi dalam Bahan Ajar
Terdapat beberapa ilustrasi dalam Bahan Ajar Dasar Refrigerasi ini, yang diperoleh dari
beberapa buku dan situs internet. Beberapa sumber buku ataupun URL internet tidak
sempat penulis catat. Oleh karenanya penggunaan ilustrasi dalam Bahan Ajar ini
diperkenankan dengan menyebutkan sumber buku atau URL-nya. Bila tidak ditemukan,
akan lebih baik bila ilustrasi-ilustrasi tersebut, TIDAK disebutkan dari penulis.
Beberapa ilustrasi merupakan buatan dari penulis sendiri, oleh karenanya semua ilustrasi
tersebut dapat dipergunakan sebagaimana mestinya, sesui dengan etika yang berlaku.


xi

BAB I
PENDAHULUAN

BAB I
Pendahuluan

1

Materi : Pendahuluan
Jenis Sistem Refrigerasi
Contoh Aplikasi sistem Refrigerasi
Pengertian refrigerasi,
Jenis sistem refrigerasi menurut metoda (Refrigerasi
Mekanik dan non mekanik),
Jenis sistem refrigerasi menurut aplikasinya (Refrigerasi
domestik, transportasi, komersial, dan tata udara
(industri/kenyamanan)
Review Sistem Satuan
Pengukuran Besaran Penting Dalam Sistem Refrigerasi :
Tekanan dan Temperatur

2

WHM


1

BAB I
PENDAHULUAN

Sistem 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

Dingin ????

Adalah suatu keadaan yang
mana temperatur suatu benda
lebih rendah dari temperatur
lingkungannya.
Bila terdapat beda temperatur
akan terjadi perpindahan energi
(kalor)
4

WHM


2

BAB I
PENDAHULUAN

Bagaimana Supaya Bisa Dingin ?
Menghembuskan udara atau
menyiramkan air hanya
menghasilkan perasaan “dingin”,
tapi tak membekukan.

Untuk mendapatkan dingin, kita
harus berada pada lingkungan atau
dekat dengan benda yang lebih
rendah temperaturnya.
5

WHM

Sejarah Sistem Refrigerasi
Penggunaan es untuk mendapatkan efek pendinginan.
Pada abad XVIII, F. Turdor mengirimkan ratusan ribu ton es, -melalui kapal-, yang didapat dari
sungai-sungai dan danau-danau di Inggris, ke Hindia Barat, Amerika Selatan, Persia, India.
Tahun 1790, di Inggris, Thomas Harris dan John Long menemukan mesin refrigerasi pertama.
Tahun 1834, di Inggris, Jacob Perkins menemukan mesin refrigerasi kompresi uap dengan fluida
pendinginnya adalah ether.
Tahun 1860, di Australia Dr. James Harrison mengembangkan mesin pendingin untuk pembuatan
bir dengan menggunakan refrigeran Ether-belerang.
Tahun 1824, Michael Faraday menenukan prinsip sistem absorbsi.
Awal tahun 1890-an teknik refrigerasi sudah mulai berkembang.
Tahun 1905, Gardner T. Voorhees, menenukan kompresor efek ganda.
Thun 1910, Mesin refrigerasi domestik mulai muncul. Sejak tahun ini, Kompresor rotari,
kompresor dua tingkat dan kompresor tiga tingkat mulai dikenal.
Tahun 1913, JM Larsen memproduksi lemari es manual.
Tahun 1918, Kelvinator memporduksi lemari es otomatis yang pertama di pasaran Amerika.
Tahun 1928, Unit refrigerasi otomatis "Hermetik" yang pertama diperkenalkan oleh GE
Tahun 1927 Electrolux, yang membuat unit refrigerasi absorbsi otomatis.
Tahun 1930-an, sistem tata udara kendaraan bermotor mulai berkembang.
Tahun 1941, Ferdinand Carre dari Perancis memperkenalkan pertama kali mesin absorbsi yang
digerakkan oleh pemanas yang terdiri dari evaporator, generator, kondensor, absorber dari
pompa.

6

WHM


3

BAB I
PENDAHULUAN

Sistem-sistem Refrigerasi
Sistem refrigerasi
mekanik; dimana akan
ditemui adanya mesinmesin penggerak/dan alat
mekanik lain :
Refrigerasi sistem
kompresi uap
Refrigerasi siklus udara
Kriogenik/refrigerasi
temperatur ultra-rendah
Refrigerasi siklus sterling.

Sistem refrigerasi non
mekanik, dimana tanpa
menggunakan mesinmesin penggerak/dan alat
mekanik lain.
Refrigerasi thermoelektrik
Refrigerasi absorbsi
Refrigerasi steam jet
Refrigerasi magnetic
Heat pipe.
Termoakustik

7

WHM

Aplikasi Sistem Refrigerasi (1)
Air-conditioning

Provides human comfort for people in their own homes and in the
workplace; affects the population distribution.

Artificial Ice

Recreation ice skating is provided all over the country, even in
areas of warm climate.

Brewing Industry

Enables breweries to make uniform products all year round.

Florists

Enables people to send fresh flowers all year round.

8

WHM


4

BAB I
PENDAHULUAN

Aplikasi Sistem Refrigerasi (2)
Hospitality Businesses

Used by movie theaters, hotels, beauty salons, and restaurants to attract
customers to their air-conditioned facilities.

Meat-Packing
Industry

Permits year-round production; improved meat quality.

Medicine

Enables the transplantation of tissues and organs.

Metalworking
Industry

Aids in the production of cutlery and tools.

Morgue

Enables the preservation of human bodies.

Railway Car

Enables the distribution of products on large-scale basis; created regional
produce specialization; changed American diets.

Textile Industry

Used in mercerizing, bleaching, and dyeing.

WWI Defense
Application

Refrigerated machines kept ammunition below the temperature at which high
explosives became unstable.
9

WHM

Aplikasi sistem Refrigerasi
1.
2.
3.
4.
5.

Refrigerasi domestik
Refrigerasi komersil
Refrigerasi industri
Refrigerasi transportasi
Tata udara industri dan tata udara
kenyamanan.

10

WHM


5

BAB I
PENDAHULUAN

Freezer

11

WHM

Sistem Refrigerasi Domestik

12

WHM


6

BAB I
PENDAHULUAN

Sistem Refrigerasi Komersial (1)

13

WHM


14

WHM


7

BAB I
PENDAHULUAN


15

WHM

Display Cabinets
Display Cabinets
VT/AT
VT/AT
Upright
Upright
Island Type
Island Type
Special Type
Special Type

o

•• Tropicalized (40 oC, 70% RH)
Tropicalized (40 C, 70% RH)
•• Non CFC & Hydrocarbon Refrigerant
Non CFC & Hydrocarbon Refrigerant
•• Thermometer & Optional
Thermometer & Optional
•• Unilever Worldwide Standard, 8 yrs
Unilever Worldwide Standard, 8 yrs
lifetime
lifetime
•• -20 –– (-28) oC
-20 (-28) oC
16

WHM


8

BAB I
PENDAHULUAN

Sistem Refrigerasi Transportasi (1)

17

WHM

Sistem Refrigerasi Transportasi (2)

18

WHM


9

BAB I
PENDAHULUAN

Sistem Refrigerasi Industri (1)

19

WHM

Sistem Tata Udara (1)

20

WHM


10

BAB I
PENDAHULUAN

Definisi Dasar
Besaran dan satuan
Diambil dari internet :
karya Christina Keller
http://www.usd.edu/phys/keller.cfm

21

Massa
Besaran kuantitatif dari benda yang menyatakan
kelembaman (resistance to being accelerated)
inertia
Satuan
kilogram
Lb (pound)
ons
carat

Besaran Pokok (Fundamental Quantity)
22

WHM


11

BAB I
PENDAHULUAN

Length
Jarak antara dua titik
extension in space
units
meter
foot
mile
fathoms

Besaran pokok (Fundamental Quantity)
23

WHM

Time
dimension of universe which determines
sequence of events
units
seconds
days
months
years

fundamental unit
24

WHM


12

BAB I
PENDAHULUAN

Velocity
how fast an object is moving and in what
direction (vector)
meters/second (m/s)
miles per hour (mph)

derived quantity

25

WHM

Acceleration
rate of change of the velocity of an object
change in speed
change in direction
change in both

Units
m/s2

26

WHM


13

BAB I
PENDAHULUAN

Momentum
product of mass and velocity
light object moving fast can have same
momentum as heavy object moving slowly
units
kg-m/s

27

WHM

Force
influence that causes a body to accelerate
F = ma
vector quantity

Units
Newtons
pounds

28

WHM


14

BAB I
PENDAHULUAN

Pressure
Force per unit area
Units
Newtons per square meter (N/m2)
Pascal
torr

29

WHM

Kinetic Energy
Energy associated with the movement of
an object
K = ½ mv2
Units
Joules (kg-m2/s2)

30

WHM


15

BAB I
PENDAHULUAN

Potential Energy
energy associated with the arrangement of
a system of particles that exert a force on
each other.
Types
Gravitational
Elastic
Electric
31

WHM

Electrical Charge
inherent physical property of subatomic
particles
protons (positive) and electrons (negative)
not continuous value

Units
Coulombs

32

WHM


16

BAB I
PENDAHULUAN

Electrical Current
Transfer of charge per unit time
I = ∆q/∆t
Units
Ampere or amp (A)

Fundamental quantity
Unit of charge is derived quantity
Coulomb
33

WHM

Temperature
Measure of the internal energy of an
object
determines the direction of heat flow when
objects are placed in thermal contact

34

WHM


17

BAB I
PENDAHULUAN

Fundamental Quantities
Temperature

Mass
kilogram
mass of an international prototype
in the form of a platinum-iridium
cylinder kept at Sevres in France

Kelvin

Current
Ampere
current which produces a specified
force between two parallel wires which
are 1 meter apart in a vacuum

Length
meter
distance light travels, in a vacuum,
in 1/299792458th of a second.

Amount
mole
6.02 x 1023 of anything

Time
seconds
length of time taken for 9192631770
periods of vibration of the cesium133

Luminous Intensity
candela
intensity of a source of light of a
specified frequency, which gives a
specified amount of power in a given
direction
35

WHM

Pengukuran Besaran
Penting dalam Sistem
Termal
Tekanan
Temperatur
36


18

BAB I
PENDAHULUAN

Tekanan (1)
Umum :
Tekanan (P)

Konversi Satuan Tekanan

Force (F)

105 Pa

Area (A)

=

1 MPa
1 mm Hg

Dimensi / satuan :

=

1 bar

=

10 bar

(0oC)

= 133,332 Pa

1 in H2O (4oC) = 249,082 Pa

1 Newton (N)

1 Atm

=

1 m² (A)

1 Atm

=

1 psi

1 Pascal (Pa) =

=

101,325 kPa
1,01325 bar
6894,76 Pa

1N

A = 1 m2

37

WHM

Tekanan (2)

Tekanan Atmosfir

(

p = 101,325 ⋅ 1 - 2,25577 ⋅ 10 -5 ⋅ Z

)

5,2559

p = tekanan atmosferik [kPa]
z = ketinggian dari permukaan laut [m]
38

WHM


19

BAB I
PENDAHULUAN

Tekanan (3)
P

Pabsolut

Pgauge
Patm= 0 gauge

Pvakum

1 Atm = 76 cmHg
= 101,3 kPa

0 absolut

Pabsolut = Pgauge + Patm
Low Pressure Gauge
39

WHM

Tekanan (4) : Manifold Gauge

Ke High Pressure
Side / Discharge
Compresor
Ke Low Pressure
Side / Suction
Compresor

Ke Vacuum Pump
atau
Tabung Refrigeran
40

WHM


20

BAB I
PENDAHULUAN

Prinsip manometer U
Pengukuran tekanan
dapat dilakukan
dengan mengamati
kesetimbangan gaya
yang bekerja pada
suatu pipa U
(manometer U).
P=ρgh

41

WHM

Prinsip Kerja Pressure Gauge (1)

Jenis Bourdon gauge
42

WHM


21

BAB I
PENDAHULUAN

Prinsip Kerja Pressure Gauge (2)

43

WHM

Temperatur (1)
Ukuran yang menyatakan potensi perpindahan panas.
Celcius
100 o

Kelvin
373

Fahrenheit
212 o

Rankine
672
Air Mendidih pada 1 Atm

0o

273

32 o

492
Es membeku pada 1 Atm

0

0

Nol Mutlak

44

WHM


22

BAB I
PENDAHULUAN

Temperatur (2)
Ukuran yang menyatakan potensi perpindahan panas.
Kelvin

Celcius

TKelvin = tCelcius + 273
Fahrenheit

Celcius

9
= tCelcius + 32
5

t Fahrenheit

Celcius

tCelcius

5
= (t Fahrenheit − 32)
9

Fahrenheit

Rankin

TRankine = t Fahrenheit + 460
45

WHM

Latihan
Tentukan :
25 oC = …. oF
89 oF = …. oC
95 oF = …. oC
6 oC = …. oF
110 oC = …. oF
45 oC = …. oF

Jawab :
25 oC = 9/5(25)+32 = 77 oF
89 oF = 5/9(89-32) = 31,7 oC
95 oF = 5/9(95-32) = 35 oC
6 oC = 9/5(6)+32 = 42,8 oF
110 oC = 9/5(110)+32 = 230 oF
45 oC = 9/5(45)+32 = 113 oF

46

WHM


23

BAB I
PENDAHULUAN

Pengukuran Kelembaban Udara
Dengan sederhana dapat dilakukan dengan
menggunakan 2 (dua) termometer.
termometer

termometer
Tdb

Aliran
udara

Aliran
udara

Twb

kasa
Pengukuran Temperatur bola kering
(dry bulb Temperatur = Tdb) dan
Temperatur bola basah (wet bulb Temperatur = Twb)

air
47

WHM

Sling Psikrometer
Berfungsi untuk mengukur kelembaban udara dengan
mengukur temperatur tabung basah dan temperatur
tabung kering.
Pengukuran dilakukan dengan memutar sehingga
kecepatannya 2-3 m/s (400-600 fpm)
Tdb

Twb

48

WHM


24

BAB I
PENDAHULUAN

Diagram Psikrometrik
Rasio Kelembaban

Entalpi
Tdp

% RH

Twb

Tdb
49

WHM

Contoh Perhitungan (soal)
Contoh
Suatu tempat diukur temperatur tabung basah dan tabung
keringnya, dan didapatkan :
Tdb = 30 oC = 86 F
Twb = 25 oC = 77 F

Tentukan Kelembaban udara pada tempat tersebut

50

WHM


25

BAB I
PENDAHULUAN

Contoh Perhitungan (jawab)
Tdp = 73 oC
RH = 67 %
77

86
51

WHM

Tabel Konversi Satuan
Besaran
Panjang
Luas
Volume
Debit volume
Massa
Debit massa
Volume Spesifik
Rapat massa
Kecepatan
Tekanan

Gaya
Kerja/Energi
Daya

Dari
inch (in.)
foot (ft)
ft2
in2
ft3
galon (US)
ft3/min (cfm)
gpm
lb
lb/min
ft3/lb
lb/ft3
ft/s
mph
mH2O (pd 4 oC)
bar
1 atm
lb
ft.lb
Btu
Btu/h
hp
Ton.Ref (TR)

Ke
meter (m)
meter (m)
m2
cm2
m3
L
m3/s
L/s
kg
g/s
m3/kg
kg/m3
m/s
m/s
Pa
Pa
Pa
N
J
J
J/s (Watt)
W
W

Dikalikan dengan
0,0254
0,3048
0,0929
6,4516
0,0283
3,785
0,000472
0,06309
0,45359
7,55987
0,062428
16,0185
0,00508
0,44704
9806,65
100000
101325
4,44822
1,355818
1055,06
0,293067
745,6999
3516,8
52

WHM


26

BAB I
PENDAHULUAN

Bacaan lebih lanjut
Dossat Roy J. Principles of Refrigeration
2nd Ed. John Wiley & Son. Chapter 1
Arora CP. Refrigeration And Air
Conditioning (in SI Unit). Tata McGrawHill. Chapter 1

53

WHM


27

BAB II
REVIEW TERMODINAMIKA DAN PERPINDAHAN PANAS

BAB II
Review Termodinamika dan
Perpindahan Panas

1

Materi : Review Termodinamika
dan Perpindahan Panas
Sifat / tingkat keadaan fluid
Energi, entalpi, daya, kerja, debit.
Proses-Proses dalam Termodinamika
Diagram p-H,
modus-modus perpindahan panas
(konduksi, konveksi, dan radiasi)

2

WHM


28

BAB II

Termodinamika dan energi
Termodinamika : Ilmu tentang energi
Energy : kemampuan untuk melakukan
perubahan
Classical Thermodynamic (macroscopic)
Statistical
Thermodynamics
(microscopic)

Fluid Mechanics

Heat Transfer
3

WHM

Sifat/tingkat keadaan
Sifat / tingkat keadaan adalah
karakterisitik atau dari sistem yang
dinyatakan dengan angka-angka.
Massa
Temperatur
Tekanan
Densitas (rapat massa)
4

WHM


29

BAB II

Sifat Extensive
Sifat Extensive adalah sifat yang dapat
dihitung berdasarkan jumlah atau besarnya
(kuantitatif) dari keseluruhan sistem.
Sifat ini bergantung pada ukuran dari sistem.
Biasanya dinyatakan dengan huruf besar.
Contoh : Volume, Mass, Berat

5

WHM

Sifat Intensive
Intensive adalah sifat yang tidak
bergantung pada ukuran (massa
atau volume) dari sistem.
Biasa dilambangkan dengan huruf
kecil.
Contoh : Densitas, Temperatur
6

WHM


30

BAB II

Sifat
m
V
T
P

ρ

m/2 m/2
V/2 V/2
T
T
P
P

ρ

Sifat Extensive
Sifat Intensive

ρ

Sifat Ekstensif per satuan unit massa (atau dgn volume)
akan menjadi sifat intensif
3
⎛m ⎞
volume V
⎜ ⎟
Specific volume v =
=
⎜ kg ⎟
mass
m
⎝ ⎠
mass
m ⎛ kg ⎞
⎜ 3⎟
ρ=
=
densitas
⎜m ⎟
⎝ ⎠
volume V
WHM

7

Hukum Termodinamika
Hukum 0 Termodinamika : panas mengalir
dari temperatur tinggi ke temperatur
rendah
Hukum I Termodinamika : Energi tidak
dapat diciptakan atau dimusnahkan
8

WHM


31

BAB II

Hk. 0 Termodinamika
Laju Perpindahan
Panas bergantung
pada beda temperatur

9

WHM

Sistem dalam termodinamika
W
W

Sistem Tertutup

Fluida kerja
masuk

Sistem Terbuka

Fluida kerja
keluar

Q
Q

Lapisan batas/
Boundary

Lapisan batas
volume atur /
boundary

10

WHM


32

BAB II

Hk. I Termodinamika
Kesetaraan Energi
dalam bentuk panas
dan kerja.

Dalam sistem tertutup berlaku pula :

δQ = dU + δW
Setelah diitegrasi

∫ dQ = ∫ dW

Q − W = U1 − U 2
Dalam sistem tertutup berlaku pula :

W = ∫ pdV
11

WHM

Percobaan Joule
Temperatur air dalam
bejana naik akibat sudu
berputar saat beban
turun.
Konstanta kesetaraan
energi (Proportionality
constant) :
4.186 J/g- ºC

12

WHM


33

BAB II

Perubahan fasa air (padat-gas)

13

WHM

Proses dalam termodinamika
Proses Volume Konstan
Proses Tekanan Konstan
Proses Temperatur Konstan
Proses Adiabatik
Proses Politropik

14

WHM


34

BAB II

Proses Volume konstan
Karena selama proses volumenya konstan, maka tidak ada kerja
dilakukan (W=0)

Q − W = U1 − U 2
Karena W = 0, maka :

Q = U 2 − U1
Energi hanya digunakan untuk mengubah energi dalam saja.

15

WHM

Proses Tekanan konstan
Kerja yang dilakukan merupakan integrasi tekanan terhadap
perubahan volume, sehingga

W=
dan karena

maka

∫ pdV = p(V

2

− V1 )

Q − W = U1 − U 2

Q = U 2 − U 1 + p(V2 − V1 ) = H 2 − H1

Energi akan sama dengan perubahan entalpi dari sistem.

16

WHM


35

BAB II

Proses Adiabatik
Proses adiabatik adalah proses dimana pada sistem tidak terjadi
pertukaran kalor (tidak ada kalor yang masuk maupun keluar). Q = 0

Q − W = U1 − U 2

W = U 2 − U1
Kerja dilakukan adalah hasil dari perubahan energi dalam.

17

WHM

Proses Temperatur konstan
Kalor yang diberikan/diterima akan dipengaruhi dengan perubahan
entropi dan temperatur, demkikian juga dengan kerja yang dilakukan.

Q = ∫ Tds = T ( S 2 − S1 )
W = T ( S 2 − S1 ) − (U 2 − U 1 )

18

WHM


36

BAB II

Proses Politropik
Proses ini berlaku untuk semua gas yang memenuhi persamaan gas ideal

pv = RT

pV = mRT

atau

pV n = Konstan

Akan berlaku pula :
2

2

W = ∫ pdV = Konstanta ∫
1

1

dV
Vn

Tabel 2-1 Proses dengan berbagai indeks politropik
n

Proses

0

(tekanan konstan)

1

isotermal

(temperatur konstan)

k

isentropik

(entropi konstan)

∞

P2V2 − PV1 mR(T2 − T1 )
1
W
=
1 2 =
1− n
1− n

isobarik

isokhorik

(volume konstan)

19

WHM

Persamaan proses non aliran reversibel untuk
fluida yang memenuhi persamaan gas ideal
Proses

Hukum dasar

Volume konstan

v
= Konstan
T

Adiabatik

cv ln

T2
T1

c p (T2 − T1 )

c p ln

T2
T1

p( v 2 − v1 )

atau R(T2 − R1 )

γ −1
γ

⎛v ⎞
= ⎜ 2⎟
⎝ v1 ⎠

T2 ⎛ p2 ⎞
=⎜ ⎟
T1 ⎝ p1 ⎠

n −1
n

⎛v ⎞
= ⎜ 2⎟
⎝ v1 ⎠

pv = konstan

Perubahan entropi
⎛ dq ⎞
s2 − s1 = ∫ ⎜ ⎟
⎝ T ⎠ rev

0

0

1−γ

pv n = Konstan = C
atau

Isotermal

cv (T2 − T1 )

pv γ = Konstan = C
cp
dimana γ =
cv
atau
T2 ⎛ p2 ⎞
=⎜ ⎟
T1 ⎝ p1 ⎠

Politropik

Kalor ditambahkan
Q = (u2 − u1 ) + W = ∫ Tds

0

P
= Konstan
T

Tekanan konstan

Kerja dilakukan
w = ∫ pdv

1− n

R(T2 − T1 )
1− n

R ⎞
⎛
⎟ (T2 − T1 )
⎜ cv +
⎝
1 − n⎠

cv ln

T2
v
+ R ln 2
T1
v1
atau

c v ln

RT .ln

v2
v1

T ( s2 − s1 )

p2
v
+ R ln 2
p1
v1

− R ln

p2
p1

Disalin dari [arora]

20

WHM


37

BAB II

Proses pada aliran fluida
•

W

•
m , v1, p1
u1, T1
C1
z1

Sistem
Terbuka
•

Q

•
m , v2, p2
u2, T2
C2
z2

grs. acuan

Dalam keadaan mantap (steady)

[(
Q − W = m[( h
•

•

•

•

•

) (

•

2
Q − W = m u2 + pv 2 + 1 C2 + gz 2 − u1 + pv1 + 1 C12 + gz1
2
2

2

− h1 ) +

1
2

(C

2
2

)]

]

)

− C12 + g( z 2 − z1 )

21

WHM

Fenomena alam yang menarik
Temperatur saturasi
fluida (titik didih) akan
turun bila tekanan
yang dialaminya turun.
(Demikian juga
sebaliknya)

22

WHM


38

BAB II

Diagram Moiller
Adalah diagram yang menyatakan sifat-sifat
refrigeran/fluida.
Jenis : bisa P-v atau T-s atau P-h, dll.
Di lingkup Refrigerasi, penggambaran dan
analisis sistem lebih banyak menggunakan
diagram P-h
Untuk menentukan keadaan suatu fluida pada
diagram P-h, diperlukan 2 sifat/parameter.
23

WHM

T konstan

x konstan
s konstan

P konstan

Subcooled
(Cair)

h konstan

Mixture
(Campuran cair-gas)

Superheated
(Uap)

v atau ρ
konstan
24

WHM


39

BAB II

Latihan :
Tentukan sifat-sifat refrigeran (h, s, P, T,
ρ) pada diagram P-h R-22 kondisi berikut :
Temperatur 25 oC, tekanan 5 Bar abs.
Temperatur -2 oC, fasa uap dengan volume
spesifik 0.15 m3/kg.
Entalpi 300 kJ/kg dan tekanannya 8 bar.

Tentukan fasa refrigeran pada saat
tekanan 6 bar gauge dan temperatur 25 oC
25

WHM

26

WHM


40

BAB II

BAB II
Review Perpindahan Panas

27

Termodinamika vs Perpan
Termodinamika (Thermodynamics)
Mempelajari tentang effek dari penambahan atau pengurangan
kalor (energi) dari/ke suatu sistem.
Mengamati / melihat awal dan akhir dari suatu proses saja.

Perpindahan Kalor (Heat Transfer)
Mempelajari bagaimana perpindahan kalor (energi) dapat terjadi
pada suatu sistem.
Melihat bagaimana proses energi berpindah

Ketika dua sistem berada pada beda beda temperatur, maka
akan terjadi pertukaran kalor (energi).
Panas/kalor/energi mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur
rendah (Hukum 0 Termodinamika)
Laju aliran panas/kalor/energi sebanding dengan beda temperatur

28

WHM


41

BAB II

Bagaimana Energi Berpindah

29

WHM

KONDUKSI Kalor
Laju aliran konduksi kalor sebanding
dengan luas bidang perpindahan kalor
dan gradien suhu.

Konduktivitas termal, k : merupakan
konstanta kesetaraan, yang merupakan
karakteristik termal dari meterial/benda.

q ∂T
∝
A ∂x

q = − kA

∂T
∂x

30

WHM


42

BAB II

Konduksi pada dinding datar
q = − kA

Jika persamaan

2

∂T
∂x

diintegrasi, diperoleh

2

∫ q∂x = − ∫ kA∂T
1

q12 = q = −

1

T1

q12

q12 = − kA

T2
x1

x2

kA
(T2 − T1 ) = kA (T1 − T2 )
∆x
∆x

dT kA
(T1 − T2 )
=
dx
L

L
31

WHM

Tahanan Termal (Thermal Resistance)
T1

T
x

h1

T2

h2
T4

T3
k

Hot air
q1

L

q2

Cold air
q3

ETerkumpul = EMasuk - EKeluar + EDibangkitkan
Maka diperoleh :

q1 = q2 =q3
32

WHM


43

BAB II

q1
= T1 − T2
h1 A1

q1 = h1 A1 (T1 − T2 )

q2 = −kA2

q2 L
= T2 − T3
kA2

(T3 − T2 )
L

q3 = h2 A3 (T3 − T4 )

q3
= T3 − T4
h2 A3

+

q
q1
qL
+ 2 + 3 = T1 − T4
h1 A1 kA2 h2 A3
Karena :

q1 = q2 =q3 =q

dan

A1 = A2 =A3 =A didapatkan

⎛ 1
L
1 ⎞
⎟ = T −T
q⎜
+
+
⎜ h A kA h A ⎟ 1 4
2 ⎠
⎝ 1
33

WHM

q=

Penyelesaian untuk q

T1 − T4
1
1
L
+
+
h1 A kA h2 A

Hal ini analog dengan sistem tahanan listrik yang dipasang serial

I=

∆V
∆V
= i =n
R1 + R2 + ... + Rn
∑ Ri
i =1

T1
h1

T2

h2

T3
k

Hot air

L

T4
Cold air

q
R1
WHM


R2

R3

34

44

BAB II

R1 =

Jadi

1
,
h1 A
q=

Sehingga

R2 =

L
kA

R3 =

dan

1
h2 A

∆T
T1 − T4
= i =3
L
1
1
+
+
R
h1 A kA h2 A ∑ i
i =1

Bentuk umum untuk koordinat Kartesian
L
R=
Tahanan termal konduksi
kA
1
Tahanan termal konveksi
R=
hA

∆T

q=

Laju aliran perpindahan kalor

∑R
i =1

WHM

i

35

Dinding komposit dipasang seri
T1
h1

T3

T2
A

B

C

Cold air

T4
Hot air

kA

kB

LA

LB

h2
T6

T5

kC
LC

q
R1

R2

R3

R4

R5
36

WHM


45

BAB II

Maka

R1 =
dan

Sehingga

1
L
L
, R2 = A , R3 = B ,
h1 A
kA A
kB A
R5 =
q=

R4 =

LC
kC A

1
h2 A

T1 − T6
∆T
= i =5
L
1
1
L
L
+ A + B + C +
R
h1 A k A A k B A kC A h2 A ∑ i
i =1

37

WHM

Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh
(Overall Heat Transfer Coefficient)
Kita dapat mendefinisikan Koefisien Perpindahan Panas
Menyeluruh (overall heat transfer coefficient) sebagai :
1
U=
RTotal A
Yang menhasilkan suatu bentuk yang analogi dengan hukum Newton :

q = UA∆T

38

WHM


46

BAB II

Dinding komposit seri-paralel
F
kF

T1

A2
H

A1
E
kE

q

G
kG

LA

kH

A3

T2

LF = LG

LH

RF
RE

RH
39

RG

WHM

Jadi

L
LE
L
, RF = F , RG = G
k E A1
k F A2
kG A3

RE =

Rangkaian ekivalen

R1

=

R2
Yang mana

Sehingga

1
1
1
= +
R3 R1 R2

q=

jadi

and R = LH
H
k H A1

R3 =

R3

1
1
1
+
R1 R2

T1 − T2
⎛
⎜
1
LE ⎜
+
k E A1 ⎜ k F A2 + kG A3
⎜ L
LG
⎝ F

⎞
⎟
⎟ + LH
⎟ k H A1
⎟
⎠

WHM


=

∆T
∆T
=
∑ R RTotal

40

47

BAB II

Tahanan termal bentuk silinder
T

i
Misal diketahui temperatur sisi bagian dalam
suatu silinder adalah Ti dan sisi luarnya To.
Diasumsikan bahwa :
Konduktivitas termal conductivity k konstan
Keadaan mantap (Steady-state)
Tidak ada sumber kalor
L jauh lebih besar dari ro
Perpindahan hanya terjadi dalam arah radial.
v
v
Maka, kita dapat menuliskan persamaan : q = − kA∇T
untuk menentukan perpindahan panas pada
silinder, jadi :

(

L
ri
ro

To

)

Q
r

dT
dT
qr = −kA
= − k 2πrL
dr
dr

ri
ro
dr
41

WHM

Dengan memisahkan variabel, kita dapatkan :
ro

T

o
qr
dr = − ∫ k 2πLdT
∫r
ri
Ti

qr
dr = − k 2πLdT
r

qr (ln (ro ) − ln (ri )) = 2kπL(Ti − To )
qr =

qr =

2kπL(Ti − To )
⎛r ⎞
ln⎜ o ⎟
⎜r ⎟
⎝ i⎠

∆T (Ti − To )
=
R
⎛r ⎞
ln⎜ o ⎟
⎜r ⎟
⎝ i⎠
2kπL

⎛r ⎞
ln⎜ o ⎟
⎜r ⎟
R= ⎝ i ⎠
2kπL

42

WHM


48

BAB II

Untuk silinder dengan beberapa lapisan ko-sentris
R1 =

1
2h1πr1 L

C

⎛r ⎞
ln⎜ 2 ⎟
⎜r ⎟
R2 = ⎝ 1 ⎠
2k AπL

r2

r1

r3

⎛r ⎞
ln⎜ 3 ⎟
⎜r ⎟
R3 = ⎝ 2 ⎠
2k BπL

T∞,1

r4

T1
T2

⎛r ⎞
ln⎜ 4 ⎟
⎜r ⎟
R4 = ⎝ 3 ⎠
2kCπL

R5 =

B

A

T3

1
2h1πr4 L

T4

qr
R1

R2

R3

R4

T∞,4
R5

WHM

qr =

43

T∞ ,1 − T∞ , 4
⎛r ⎞
⎛r ⎞
⎛r ⎞
ln⎜ 2 ⎟ ln⎜ 3 ⎟ ln⎜ 4 ⎟
⎜r ⎟
⎜r ⎟
⎜r ⎟
1
1
+ ⎝ 1⎠+ ⎝ 2⎠+ ⎝ 3⎠+
2h1πr1 L 2k AπL 2k BπL 2k BπL 2h4πr4 L

qr =

T∞ ,1 − T∞ , 4

∑R

= UA(T∞ ,1 − T∞ , 4 )

Jadi dengan A1 yang didefinisikan sebagai : A1 = 2πr1 L
U1 =

1
1 r1 ⎛ r2 ⎞ r1 ⎛ r3 ⎞ r1 ⎛ r4 ⎞ r1
+ ln⎜ ⎟ + ln⎜ ⎟ + ln⎜ ⎟ +
h1 k A ⎜ r1 ⎟ k B ⎜ r2 ⎟ k B ⎜ r3 ⎟ h4 r4
⎝ ⎠
⎝ ⎠
⎝ ⎠
44

WHM


49

BAB II

Hal yang sama untuk A2 yang besarnya : A2 = 2πr2 L
U2 =

1
r2
r ⎛r ⎞ r ⎛r ⎞ r ⎛r ⎞ r
+ 2 ln⎜ 2 ⎟ + 2 ln⎜ 3 ⎟ + 2 ln⎜ 4 ⎟ + 2
h1r1 k A ⎜ r1 ⎟ k B ⎜ r2 ⎟ k B ⎜ r3 ⎟ h4 r4
⎝ ⎠
⎝ ⎠
⎝ ⎠

Dan

U1 A1 = U 2 A2 = U 3 A3 = U 4 A4 = (∑ R )

−1

45

WHM

Solusi terhadap persamaan perpindahan panas untuk satu dimensi,
keadaan tunak dan tidak ada pembangkitan kalor
Bidang Datar
Pers. energi
(Heat equation)
Distribusi
temperatur
(Temperature
distribution)

d 2T
=0
dx 2

Ts ,1 − ∆T

Fluks Kalor
(Heat flux)

k

Laju aliran Kalor
(Heat rate)

kA

Tahanan Termal
(Thermal
resistance)

∆T
L
∆T
L

L
kA

x
L

Dinding silinder
1 d ⎛ dT ⎞
⎜r
⎟=0
r dr ⎝ dr ⎠
ln⎛ r ⎞
⎜ r⎟
⎝ 2⎠
r
ln⎛ 1 ⎞
⎜ r⎟
⎝ 2⎠

Ts , 2 − ∆T

k

∆T
r ln⎛ r2 ⎞
⎜ r⎟
⎝ 1⎠

2πkL

∆T
⎛ r2 ⎞
ln⎜
⎟
⎝ r1 ⎠

r
ln⎛ 2 ⎞
⎜ r⎟
⎝ 1⎠
2πkL
46

WHM


50

BAB II

KONVEKSI Kalor
Media/benda yang menghantarkan kalor
juga turut berpindah
umumnya terjadi dari benda padat ke
fluida (baik cair maupun gas)

47

WHM

KONVEKSI Kalor
Media/benda yang menghantarkan kalor juga turut berpindah
umumnya terjadi dari benda padat ke fluida (baik cair maupun gas)
Persoalan utama adalah menentukan nilai h (koef. Konveksi)

q = hA(Tw − T∞ )

Lapisan batas termal
(thermal boundary
layer edge)

Lapisan batas kecepatan
(velocity boundary
layer edge)

y

T∞ , U
T ( y)

δt

Tw
WHM


δ

48

51

BAB II

Konveksi Bebas
Tentukan geometri dan kasus.
Tentukan sifat fluida pada temperatur yang tepat
Tentukan bilangan Grashof (Gr) atau Rayleigh
(Ra)
Hitung Bilangan Nusselt (Nu), dan Nu = f(Gr,Pr)
Tentukan nilai h
Hitung Fluks kalor atau laju aliran kalor.

49

WHM

Konveksi Paksa
Tentukan geometri dan kasus.
Tentukan sifat fluida pada temperatur
yang tepat
Tentukan bilangan Reynolds (Re)
Hitung Bilangan Nusselt (Nu); Nu = f(Re).
Tentukan nilai h
Hitung Fluks kalor atau laju aliran kalor.
50

WHM


52

BAB II

Sumber : A HEAT TRANSFER TEXTBOOK THIRD EDITION, John H. Lienhard IV / John H. Lienhard V

51

WHM

Table 9 Forced-Convection Correlations

WHM

Sumber : Hand book of ASHRAE 2005 : Fundamentals (SI) Chapter 3 : Heat Transfer


52

53

BAB II

Table 9 Forced-Convection Correlations

WHM


53

Table 10 Natural Convection Correlations

WHM



54

54

BAB II

Table 10 Natural Convection Correlations

WHM


55

Radiasi Kalor
Merupakan emisi energi, yang disebut sebagai
daya emisi (emissive power)
Besarnya sebanding dengan pangkat empat dari
temperatur absolutnya.
Benda hitam ideal (black body) disebut juga
ideal radiator, daya emisi dinyatakan dengan
persamaan Stefan-Boltzman :

Eb = σT 4

σ = 5,669 x 10-8 W/m2K4
56

WHM


55

BAB II

Radiasi benda nyata
E = εEb = εσT 4

Radiasi dari benda nyata dinyatakan sebagai :

Besarnya energi yang dipindahkan dari benda 1 dan 2, masing-masing

Q1 = ε 1 A1σT14

Q2 = ε 2 A2σT24

ε = emisitivitas benda
Radiasi juga dipengaruhi oleh bentuk/geometri antara benda 1 dan 2

(

)

(

Q = A1 F12 T14 − T24 = A2 F21 T24 − T14

)
57

Sumber : A HEAT TRANSFER TEXTBOOK THIRD EDITION, John H. Lienhard IV / John H. Lienhard V

WHM

58

WHM


56

BAB II

Resume modus perpindahan
Panas
Bentuk (Datar, Silinder, Bola)
- Konduksi

Geometri
Koordinat (Kartesian, Silinder, Bola)

Waktu

Mantap
Transien

Paksa
- Konveksi

Kasus
Bebas

Per-Pan
Geometri

Sederhana : datar, silinder, bola
Kompleks : rangkuman tabung

- Radiasi
59

WHM

Bacaan Lebih Lanjut dan Tugas
Pelajari :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

CP Arora, Refrigeration and Air Conditioning, Tata Mc Graw
Hill, bab 2.
RJ Dossat, Principles of Refrigeration, John Willey & Son, bab
2-3.
JP Holman, Perpindahan Kalor, terjemahan E. Jasjfi,
Erlangga.
FP Incropera & DP De Witt, Fundamentals of Heat and Mass
Transfer, John Willey & Son.
Hand book of ASHRAE 2005 : Fundamentals (SI) Chapter 3 :
Heat Transfer
John H. Lienhard IV / John H. Lienhard V, A Heat Transfer
Textbook, 3rd Edition, 2002

60

WHM


57

BAB III
SIKLUS REFRIGERASI KOMPRESI UAP

BAB III
Siklus Refrigerasi Kompresi
Uap

1

Materi : Siklus Refrigerasi
Kompresi uap
Konsep perubahan fasa fluida dan tekanan/ temperatur
jenuh.
Siklus carnnot, siklus refrigerasi (reverse carnot), Mesin
kalor, mesin refrigerasi .
Proses evaporasi, kondensasi, ekspansi dan kompresi.
Perhitungasn kinerja sistem (efek refrigerasi, kerja
kompresi, heat rejection, COP)
Pengaruh-pengaruh perubahan parameter thd kinerja
sistem (Perubahan tekanan/ temperatur kerja, dll)
Efek-efek drop tekanan pada saluran pipa,
suction/discharge kompresor, dan gambaran siklus
sebenarnya
2


58

BAB III

Masih Ingat ???
Hukum Termodinamika
Hukum 0 Termodinamika : panas mengalir
dari temperatur tinggi ke temperatur
rendah
Hukum I Termodinamika : Energi tidak
dapat diciptakan atau dimusnahkan
3

Hk. 0 Termodinamika
Laju Perpindahan
Panas bergantung
pada beda temperatur

4


59

BAB III

Mesin Kalor Siklus Carnot
Energi dilepaskan dari reservoir panas sebesar
Q1, pada saat yang sama kerja dilakukan
sebesar W, sisa panas dibuang ke resevoir
dingin sebesar Q2.

Reservoir Panas
T1
Q1

Maka didapat efisiensi Mesin Carnot (η) :

W
Q2

η=
η=

Reservoir Dingin
T2

Q1 − Q2 = W

Kerja yang dilakukan
Kalor yang diberikan
W Q1 − Q2
Q
=
= 1− 2
Q1
Q1
Q1
5

Mesin Kalor Siklus Carnot ?
Pernyataan Kelvin-Plank
Reservoir Panas
T1
Q1
W

Pernyataan Kelvin-Plank tentang hukum termodinamika II :
Tidaklah mungkin membuat suatu mesin yang bekerja
dalam suatu siklus dengan hanya reservoir tunggal
6


60

BAB III

Kebalikan Mesin Kalor Carnot =
Mesin Refrigerasi Carnot
Tk

Lingkungan
Qk
W

R
Qo
Benda Dingin
To

COP =

Energi diserap dari benda dingin (temperatur
To) sebesar Qo, dengan menggunakan mesin
refrigerasi Carnot, untuk itu dibutuhkan kerja
sebesar W, kemudian kalor dilepaskan ke
lingkungan “panas” (temperatur Tk) sebesar
Qk.
Ukuran kinerja Mesin Refrigerasi Carnot
dinyatakan sebagai COP (Coefficient of
Performance), yang didefinisikan sebagai :

Energi yang termanfaatkan Qo
=
W
Kerja yang dilakukan
7

Kinerja Siklus Refrigerasi Carnot
Tidak ada siklus yang mempunyai COP lebih besar dari COP siklus
Refrigerasi Carnot pada Temperatur kerja yang sama. (Tk, To),
sehingga untuk proses dengan temperatur konstan diperoleh :
dQ = Tds
2
Tk
Karena
3

COP =

Qo
W

W
To
4

1

Maka :

Qo

COP =
Buktikan !!!!

To
Tk − To

5

6

s

Proses 1-2 : Kompresi isentropik, s1=s2
Proses 2-3 : Pembuangan kalor pada isotermal, T2 = T3
Proses 3-4 : Ekspansi isentropik, s3=s4
Proses 4-1 : Penyerapan kalor secara isotermal, T4 = T1
8


61

BAB III

Perbedaan Mesin, Pompa Kalor
dan Mesin Refrigerasi
Sumber kalor T 1
Ruang yang
dipanaskan

T k>T h

E
WE
H
T 2>T a

WH

Lingkungan, T a

T k>T a
T o<T a

R

WR

Ruang yang
didinginkan

T o<T r

9

Prestasi/Kinerja Mesin Pendingin
dan Pompa Kalor
Definisi Coefficient Of Performance (COP) :

COP =

Energi termanfaatkan
energi yang digunakan sebagai kerja

Maka prestasi/kinerja mesin Pendingin (COP)

COPR =

Qo
Qo
=
W Q k − Qo

Maka prestasi/kinerja mesin Pompa Kalor (Performance Factor, PF)

COPH = PF =

Qk
Qk
=
W Qk − Qo
10


62

BAB III

Bagaimana Siklus nyatanya ?

11

Masih ingat ??
Fenomena alam yang menarik
Temperatur saturasi
fluida (titik didih) akan
turun bila tekanan
yang dialaminya turun.
(Demikian juga
sebaliknya)

12


63

BAB III

Siklus Refrigerasi Kompresi Uap
Sederhana

P/T

1
2

Evaporator

Te

Refrigeran Cair

Refrigeran Uap
Te < T kabin

Qe
13

Q
Sederhana
P/T
c

Tk > T Lingkungan
3

4

Condenser

Refrigeran Cair

Tk

Refrigeran Uap

P/T

1

Evaporator
Refrigeran Cair

2

Te
Refrigeran Uap

Te < T kabin

Qe
14


64

BAB III

Q
Sederhana
P/T
c

Tk > T Lingkungan
3

4

Condenser

Refrigeran Cair

Tk

Refrigeran Uap
W

P/T

Compressor
1
2

Evaporator

Te

Refrigeran Cair

Refrigeran Uap
Te < T kabin

Qe
15

Q
Sederhana
P/T
c

Tk > T Lingkungan
3

4

Condenser

Refrigeran Cair

Tk

Refrigeran Uap
W

P/T

Compressor
Throttling Device
1

Evaporator
Refrigeran Cair

2

Te
Refrigeran Uap

Te < T kabin

Qe
16


65

BAB III

pressure

Proses di Evaporator

A

evaporator

B

enthalpy
17

Proses di Kompresor

pressure

C
compressor
A

evaporator

B

enthalpy
18


66

BAB III

Proses di Kondensor

C

condenser

pressure

D

compressor
A

evaporator

B

enthalpy
19

Proses di Alat Ekspansi

pressure

D

C

condenser

expansion
device
A

compressor
evaporator

B

enthalpy
20


67

BAB III

Siklus pada diagram P-h
Asumsi :
• Refrigeran keluar kondensor
adalah cair jenuh,
• Refrigeran keluar Evaporator
berfasa uap jenuh.
• Proses ekspansi secara
isentalpi
• Kompresi secara isentropi

21

Siklus pada Diagram P-h dan T-s

22


68

BAB III

Contoh aplikasi Sistem Refrigerasi
Temperatur akan naik
condensation = Kalor dilepas

qout

qout = qint + qcomp
T↑P↑
T↓P↓

qin = evaporasi = Kalor diserap

Temperatur akan turun
23

Sistem AC Split

Indoor Unit
atau
Cooling
Unit

“Liquid
Line”
Outdoor Unit
atau
Condensing
Unit

Suction
Line
24


69

BAB III

Sistem Pendingin
• Air Cooled
• Water Cooled
• Evaporative
Discharge line

Condenser
Prime Mover
• Motor
• Engine
• Steam Turbin
• Gas Turbin

Compressor
• Scroll
• Reciprocating
• Screw
• Rotary
• Centrifugal

Liquid line

Throttling Device
High Press. Side

Low Press. Side

• Capillary Tube
• Orifice
• TXV
• Level Con. V.
• Hand Ex.V

Evaporator
Suction line
• Air Cooled Coil
• Shell and Tube HX (Liquid Chiller)
• Special Configuration for specific Processes
25

Perhatikan sekali lagi siklus !!

Bagaimana dengan kinerja sistem ???
26


70

BAB III

H. Kekekalan Energi pada siklus
Qc

3

4

Refrigeran Cair

Condenser

Tk

Refrigeran Uap
W

Compressor

Throttling Device
1

2

Evaporator

Te

Refrigeran Cair

Refrigeran Uap

Q
e

Energi yang keluar sistem = energi yang masuk sistem

Qk = Qe + W
27

Kompresor
Kerja spesifik dilakukan kompresor

q w = h2 − h1
Kerja dilakukan kompresor
•

Rc = rc =

Pd
Ps

Laju aliran volume refrigeran
yang mengalir di suction
•
kompresor :

•

W = m q w = m(h2 − h1 )

Rasio kompresi,
Perbandingan tekanan
Discharge terhadap tekanan
suction.

qw = besarnya kerja kompresi yang dilakukan (kJ/kg)
h1 = entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)
h2 = entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)
•

m = laju aliran refrigeran pada sistem. (kg/s)

V1 = mυ1


28

71

BAB III

Proses kompresi tidak isentropik
Proses isentropik pada kompresor hanya idealisasi, nyatanya tidak isentropik.
Kenyataannya entropi refrigeran di discharge lebih besar (tidak mungkin lebih
kecil) dari entropi refrigeran di suction kompresor (pada proses isentropi).
Perbedaan ini dinyatakan dengan efisiensi isentropik yang didefinisikan
sebagai : Perbandingan energi kompresi pada proses isentropi terhadap
energi kompresi sebenarnya.
•

W
m(h2 − h1 )
ηis = is = •
Wakt m(h − h ) + W
2'
1
loss

P
(Tekanan)

2

3

P evaporasi

4

2’

W loss= Energi yang hilang di kompresor dalam
bentuk panas, dalam beberapa kasus, W loss
dianggap NOL

1

H
(entalpi)

ηis =

(h2 − h1 )
(h2' − h1 )

29

q k = h2 − h3

Kondensor

Kalor dilepas di kondensor persatuan massa refrigeran :

q k = h2 − h3

Kalor total dilepas di kondensor, (heat rejection) •

•

Qk = m q k = m(h2 − h3 )

qc = besarnya panas dilepas di kondensor (kJ/kg)
h2 = entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)
h3 = entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)
30


72

BAB III

Ekspansi
Proses ekspansi terjadi secara adiabatik, artinya tidak ada energi yang
keluar maupun masuk. Sehingga ekspansi terjadi pada entalpi konstan
atau disebut isentalpi.
Kualitas uap atau fraksi uap didefinisikan sebagai :

h3 = h4

Kualitas uap =

xg =

massa uap refigeran
massa campuran

mg
mg + m f

mg 4
Maka fraksi uap di titik 4 didapat : x g 4 = m + m
g4
f4
Karena :

Maka fraksi uap dapat ditentukan :

h4 = h f + x g 4 (hg − h f

xg4 =

h4 − h f
hg − h f

xg 4 =

)

h4 − h f
h1 − h f
31

Evaporator

Kalor diserap persatuan massa refrigeran :

q e = h1 − h4

Kalor total diserap di evaporator, (Kapasitas pendinginan) :
•

•

Qe = m q e = m(h1 − h4 )
Qe = kalor yang diserap di evaporator (kW)
qe = efek pendinginan (efek refrigerasi) (kJ/kg)
h1 = harga entalpi ke luar evaporator (kJ/kg)
h4 = harga entalpi masuk evaporator (kJ/kg)
32


73

BAB III

Kinerja sistem
COP =


COP untuk sistem refrigerasi adalah :
•

•

Q
m q = m(h1 − h4 ) (h1 − h4 )
COP = e = • e
=
•
W m q = m(h − h ) (h2 − h1 )
w
2
1
COP untuk sistem heat pump disebt juga Performance Factor (PF) adalah :
•

•

Q
m q = m(h − h ) (h − h )
PF = k = • k • 3 4 = 3 4
W m q = m(h − h ) (h2 − h1 )
2
1
w
33

Kinerja sistem
Ukuran kinerja yang lain adalah efisiensi refrigerasi yang
didefinisikan sebagai perbandingan COP aktual terhadap
COP siklus Carnot pada temperatur kerja yang sama.

COPaktual
ηR =
COPCarnot
34


74

BAB III

Kalau EER itu apa ?
ARI (STANDARD 1200 : Performance Rating Of Commercial Refrigerated
Display Merchandisers And Storage Cabinets, hal. 1 ) :
A ratio of the cooling capacity in Btu/h to the power input values in watts at any
given set of Rating Conditions expressed in Btu/(W·h)
.
ASHRAE (2008 HVAC Systems and Equipment Chapter 49 hal 49.2) :
Efficiency is capacity in watts divided by input in watts. For room air conditioners,
it may be called energy efficiency ratio (EER) or coefficient of performance (COP).
To convert EER to COP, multiply EER × 0.2931
.
Wikipedia (http://en.wikipedia.org/wiki/SEER) :
which is the ratio of output cooling in Btu/Hr and the input power in watts W at a
given operating point and also to the coefficient of performance (COP) commonly
used in thermodynamics .
35

Kesimpulan :

COP = EER × 0.2931

EER = COP × 3.413

COP : Unitless [W/W]
EER : Btu/h.W

36


75

BAB III

Untuk Siklus Sederhana
COP =


COP untuk sistem refrigerasi adalah :
•

•

Q
m q = m(h1 − h4 ) (h1 − h4 )
COP = e = • e
=
•
W m q = m(h − h ) (h2 − h1 )
w
2
1

37

Typical COP

38


76

BAB III

Kinerja sistem
Ukuran kinerja yang lain adalah efisiensi refrigerasi yang
didefinisikan sebagai perbandingan COP aktual terhadap
COP siklus Carnot pada temperatur kerja yang sama.

COPaktual
ηR =
COPCarnot
39

Ingat : COP Carnot !!
COP Carnot adalah COP teoritik,
COP Carnot adalah COP maksimum yang dapat diperoleh pada
temperatur kerja yang sama dengan sistem refrigerasi sebenarnya.

Tk

2

3

COPCarnot =

W
Te
4

1

Qe
s1 (Te )
Te
=
=
W s1 (Tk − Te ) (Tk − Te )

Qe
5

6

s

40


77

BAB III

Contoh 1
Diketahui suatu sistem refrigerasi dengan temperatur
evaporasi -5 oC dan temperatur kondensasi sebesar 45
oC. Tentukanlah kinerja (COP) maksimum yang mungkin
dicapai oleh sistem tersebut.
Jawab :
COP maksimum yang dapat dicapai oleh suatu mesin pendingin adalah
COP Carnot, yaitu :

COPR ,Carnot = COPR ,C =

Qo
To
268
=
=
= 5,36
W Tk − To 318 − 268

Jadi COP maksimumnya adalah 5,36

41

Contoh 2
Jika suatu sistem refrigerasi dengan menggunakan
refrigeran R-12, bekerja pada temperatur penguapan
(evaporasi) sebesar -10 oC, dan temperatur
pengembunan 45 oC. Bila jumlah kalor yang harus
diserap di evaporator sebesar 3,5 kW, tentukanlah
a)
b)
c)
d)
e)
f)

Gambar dari sistem dan besaran entalpi pada diagram P-h.
Laju aliran refrigeran yang bersirkulasi dalam sistem.
Laju aliran volume refrigeran saat masuk kompresor.
Panas dibuang di kondensor
COP dan Efisiensi refrigerasi dari sistem
Rasio kompresi dari kompresor

42


78

BAB III

Jawab (soal no 2)
45 oC

3

2

Pk =10,843 bar

1

4
Ps =2,191 bar

-10 oC

ν1 = 0,076659 m3/kg

h2 = 375,545 kJ/kg

h3 = h4 = 243,652 kJ/kg

h1 = 347.141 kJ/kg

43

Jawab (soal no 2)
b)
c)

d)

e)

f)

Laju aliran massa = 0,0338 kg/s
Laju aliran volume refrigeran di suction
kompresor adalah 2,5926 L/s
Panas yang dibuang di kondensor adalah
4,461 kJ per detik (4,461 kW)
COP-nya adalah 3,64 dan efisiensi
refrigerasinya 76,15%
rasio kompresi sebesar 4,949
44


79

BAB III

Tugas (PR)
Kumpulkan minggu depan.
Soal-soal Dossat Bab 6 dan 7, soal no : 61, 6-2, 6-3 dan 7-1.
Ditulis tangan pada kertas A4. (tidak
dikerjakan dengan Coolpack)

45

Bacaan lebih lanjut :
2nd Ed. John Wiley & Son. Chapter 6-78
Conditioning 2nd Ed. McGraw-Hill.
Chapter 2-3

46


80

BAB III

Efek Sub Cooled
Pembuangan kalor di kondensor yang berlanjut,
menyebabkan refrigeran setelah mengembun
berlanjut dengan penurunan temperatur. Hal ini
disebut Subcooled.
Subcooled menyebabkan efek refrigerasi yang
lebih besar.
Subcooled dapat terjadi karena antara lain
lingkungan kondensor yang menjadi dingin
(adanya hujan misalnya),
47

Subcooled di kondensor
P
Subcooled

3a

3

2

4
4a

Temperatur Lingkungan

1
qe1
qe2

we1
we2

Temperatur kabin

h

48


81

BAB III

Efek Super Heated
Penarikan kalor yang berlebihan di evaporator atau
sepanjang pipa menuju suction kompresor,
menyebabkan refrigeran setelah menguap, kemudian
berlanjut dengan kenaikan temperatur. Hal ini disebut
Super heated.
Superheated refrigeran yang masuk kompresor lebih
panas, akibatnya kompresor bekerja lebih panas.
Superheated dapat terjadi karena antara lain : beban di
evaporator yang berlebih, sistem kekurangan refrigeran
atau pipa menuju suction tidak diisolasi.

49

Superheated di evaporator
P

3

2

4


1
qe1
qe2

2a

we1

1a
Temperatur kabin

we2

Superheated

h

50


82

BAB III

Penurunan Temperatur Evaporasi
P

3

2b

2


4

1

Temperatur kabin 1

1b

4b

Temperatur kabin 2

we1

qe1

we2

qe2

h
Penurunan temperatur evaporasi dapat terjadi
karena :
1. Setting temperatur kabin yang lebih dingin
2. Kekurangan refrigeran
3. Terjadi penyumbatan di liquid line

Hal ini akan berakibat :
1. Efek pendinginan turun
2. Kerja kompresor meningkat
3. Kinerja (COP) mesin turun
51

Kenaikan Temperatur Kondensasi
P
2a

3a
3

2

4

Temperatur Lingkungan 2

Temperatur Lingkungan 1

1
qe1
qe2

we1

Temperatur kabin

we2

h
Kenaikan temperatur kondensasi dapat
terjadi karena :
1. Lingkungan kondensor yang lebih panas
2. Kondensor kotor
3. Pedinginan kondensor tidak jalan
4. Terjadi penyumbatan di liquid line

Hal ini akan berakibat :
1. Efek pendinginan turun
2. Kerja kompresor meningkat
3. Kinerja (COP) mesin turun
52


83

BAB III

Penggunaan Liquid to Suction Heat
Exchanger (LSHX)
Qc

W

Qe
Keuntungan sistem ini :
Meningkatkan efek refrigerasi
Fasa cair masuk alat ekspansi
Fasa uap masuk suction kompresor

Kerugian :
Uap refrigeran masuk kompresor
lebih “panas”, sehingga kompresor
jadi lebih panas
53

Penggunaan LSHX

P

Kondisi Keluaran
Kondensor

4

3

2

2’


6

5

1
Temperatur kabin

qe

w

h

Kondisi Keluaran
Evaporator

•

(h3-h4) = ε (h1-h6)

ε = efektifitas HX

(h − h )
Q
mq
q
COP = e = • e = e = 6 5
W
m w w (h2 − h1 )
54


84

BAB III

Siklus Refrigerasi Sebenarnya
Adanya “ketidak idealan” pada mesin
sebenarnya menyebabkan penggambaran siklus
refigerasi sebenarnya pada diagram P-h
berbeda dengan siklus refigerasi sederhana
Hal tersebut disebabkan karena antara lain :
Rugi-rugi gesek disepanjang pipa
Gesekan piston/silinder di kompresor
Adanya katup-katup di suction dan discharge

55

Siklus refrigerasi sebenarnya

pressure

2
3a
3b

4

2c

3

2a
2b

1d

1c
1a

enthalpy

1b

1

1d-1c : Superheat di evaporator
1c-1b : Rugi kalor di suction line
1b-1a : Drop tekanan di suction line
1a-1 : Drop tekanan krn katup suction
1 – 2 : Kompresi politropik ≠ isentropik
2 – 2a : Drop tekanan di discharge valve
2a-2b : drop tekanan di discharge line
2b-2c : Rugi kalor di superheating di
discharge line
2c-3 : Drop tekanan di kondensor
3-3a : Subcooling di kondensor atau di
subcooler
3a-3b : Pelepasan kalor di liquid line
3b-4 : penurunan tekanan tidak
adiabatik
4– 1d : Drop tekanan di evaporator.
56


85

BAB III

Siklus refrigerasi sebenarnya

57

Sistem Refrigerasi Kompresi Uap
Multi Stage (bertingkat), 2 tingkat
Mixing point

intercooler

Tekanan di Intercooler didisain sebesar :

Pi = Pd Ps
58


86

BAB III

Intercooler
Di Inter coler terjadi 2 (dua) kali ekspansi.

Pencampuran
Di titik Pencampuran (Mixing Point)

59

Kinerja sistem Multi Stage (2 tingkat)
Kalor diserap di evaporator
Kerja kompresor
Coefficient of Performance

Laju aliran refrigeran
Dimana
60


87

BAB III

Multi Stage (bertingkat), tingkat

61

Cascade

62


88

BAB III

CoolPack
Adalah suatu perangkat lunak, yang dapat
digunakanuntuk menganalisis suatu siklus
refrigerasi kompresi uap.
Software bersifat bebas (Freeware), dan
dapat didownload di website
http://www.et.web.mek.dtu.dk/Coolpack/UK/download.html

63

64


89

BAB III

Contoh :
Diketahui Sistem Refrigerasi dengan
refrigeran R134a bertekanan kerja :
Ps = 0,5 bar dan Pd = 9 bar
Bila kapasitas pendinginan 1,5 kW, tentukan
prestasi dari sistem, kalor dilepaskan di
kondensor, kerja kompresor dan laju aliran massa
refrigeran dalam sistem
Catatan :
Tekanan terukur biasanya berupa tekanan gauge.

65

66


90

BAB III

Hasil perhitungan (dgn coolpack)
Temperatur evaporasi [°C]
Temperatur kondensasi [°C]

=
=

-17.17
39.39

=
=
=
=

131.749
171.058
39.309
3.35

Dari Gambar diperoleh :
h1 = 387,0 kJ/kg
h2 = 426,3 kJ/kg
h3 = h4 = 255.3 kJ/kg

Dihitung
qe [kJ/kg]
qc [kJ/kg]
w [kJ/kg]
COP [-]
Pressure ratio [-] =

6.667

Dengan kapasitas pendinginan Qe = 1.500 kW, maka
Kalor dilepaskan di Kondensor, Qc = 1.948 kW,
Kerja dilakukan kompresor, W = 0.448 kW
Laju aliran sirkulasi masa refrigeran dalam sistem m = 0.01138525 kg/s
67

Bacaan lebih lanjut :
2nd Ed. John Wiley & Son. Chapter 6-78
Conditioning 2nd Ed. McGraw-Hill.
Chapter 2-3

68


91

BAB IV
KOMPRESOR

BAB IV
KOMPRESOR

1

Materi : Kompresor
Fungsi, Jenis dan konstruksi.
Penentuan volume langkah piston (piston
displacement)
Penentuan efisiensi volumetrik pada kompresor
Penentuan kerja yang dibutuhkan pada
kompresor
Pengaturan putaran kompresor jenis opentype
Pelumasan pada kompresor

2


92

BAB IV
KOMPRESOR

Fungsi Kompresor
merupakan “jantung” / komponen utama dari
berfungsi menekan refrigeran hingga terjadi
kenaikan tekanan di kondensor
berfungsi mensirkulasikan refrigeran dalam
sistem

3

Jenis Kompresor (1)
Berdasarkan Cara kerja kompresi
Kompresor torak (Reciprocating)
Kompresor putar (Rotary)
Kompresor heliks atau sekrup (helix or
screw)
Kompresor skrol (Scroll)
Kompresor sentrifugal (centrifugal).

4


93

BAB IV
KOMPRESOR

Kompresor Torak (Reciprocating)
F

B
A

D

A.

Piston

B.

E

Silinder

C. Poros
D. Puli

G

E.

Katup
(suction/discharge)

C

F.

Silinder Head

G. Batang Penghubung

5

Sistem Silinder dan Piston

6


94

BAB IV
KOMPRESOR

Katup Suction dan Discharge

A. Reed Valve, Spring-Closed
B. Poppet Valve
C. Reed Valve

7

Kompresor Putar (Rotary)

8


95

BAB IV
KOMPRESOR

Kompresor Rotary
Keuntungan kompresor rotary :
pemakaian daya listrik lebih hemat
bentuknya kompak, kecil dan sederhana
tekanannya rata
suaranya tenang, getarannya kecil.

Kerugian kompresor rotary :
jika terjadi kerusakan, sukar diperbaiki
pembuatannya lebih sukar
harganya lebih mahal

Kompresor rotary ada dua macam :
bilah/daun pisau tetap (stationary blade atau roller type)
bilah/daun pisau berputar (rotary blade atau vane type).
9

Kompresor Sekrup (Screw)
1

3

2

4

10


96

BAB IV
KOMPRESOR

Kompresor Screw
Keuntungan Kompresor Sekrup :
Suaranya tenang, getarannya sedang
Bentuknya kompak
Bersifat fleksibel
Kuat/tahan lama
Dapat diandalkan

Kerugian :
Pembuatannya sulit
Harganya mahal
Hanya untuk kapasitas besar
11

Kompresor Sentrifugal (Centrifugal)

12


97

BAB IV
KOMPRESOR

Kompresor Sentrifugal
Keuntungan :
Mempunyai efisiensi yang tinggi pada range kondisi
beban yang lebar.
Mempunyai desakan volumetrik yang tinggi per
satuan ukuran/kapasitas.

Kerugian :
Mempunyai karakteristik head-capacity yang rata
Hanya untuk kapasitas-kapasitas yang besar.
13

Kompresor Skrol (Scroll)

14


98

BAB IV
KOMPRESOR

Kompresor Scroll
Keuntungan
Komponen yang digunakan sedikit

Kerugian
Hanya untuk kapasitas kecil

15

Perbandingan Jenis Kompresor
RECIPROCATING

SCREW

ROTARY

SCROLL

CENTRIFUGAL

Compresion
Process

Positive
Displacement

Positive
Displacement

Positive
Displacement

Positive
Displacement

Non Positive
Displacement

CAPASITY
TR

<200

50-1500

Komersial <4
Industrial < 150

Sampai 60

100-1800

REFRIGERANT

R-22
R-134a
R-12
HC

R-22
R-134a
R-717
R-12
HC

R-22
R-134a
R-717
R-12

R-22

R-123
R-134a
R-717
R-11
R-12

Compressor
Efisiensy

0.75-0.83

0.67-0.82

0.87

5-10%>Recip

0.87

Capasity
Control

On off cyl unloader
step control

Sliding value
stepless
inverter

-

Inverter

Inletvanes
inverter

Jumlah
Komponen

Banyak

Sedikit

Sedikit

Sedikit

Sedikit

KW/TR

0.8-0.9

0.8-0.9

-

-

0.5-0.7

Aplikasi

Kecil
Medium

Medium
Besar

Kom. Kecil
Ind. Sedang

Kecil


Medium
Besar16

99

BAB IV
KOMPRESOR

Jenis Kompresor (2)
Berdasarkan dudukan / konstruksi
terhadap penggeraknya
Hermetic
Semi hermetic
Open : belt drive dan direct drive.

17

Kompresor Hermetik
(Fully Welded Compresor) - 1

Screw – Hermetic Compressor

18


100

BAB IV
KOMPRESOR

Kompresor Hermetik
(Fully Welded Compresor) - 2

Reciprocating – Hermetic

Scroll – Hermetic

Rotary – Hermetic
19

Kompresor Semi Hermetik
(Semi Hermetic) - 1

Screw – Semi Hermetic Compressor
20


101

BAB IV
KOMPRESOR

Kompresor Semi Hermetik
(Semi Hermetic) - 2

Reciprocating – Semi Hermetic Compressor
21

Kompresor Open Type

Reciprocating – Open Type Compressor
22


102

BAB IV
KOMPRESOR

Pengaturan Putaran
Kompresor Open Type
RPM K

RPM M
DK

Puli Kompresor

DM
Puli Motor

23

Katup Servis pada Kompresor
Berfungsi untuk :
Mengeluarkan refrigeran / udara pada saat
pemvakuman
Memasukkan Nitrogen saat mengecek
kebocoran
Mengisi refrigeran saat akan digunakan

24


103

BAB IV
KOMPRESOR

Katup Servis Kompresor (1)

25

Katup Servis Kompresor (2)

26


104

BAB IV
KOMPRESOR

Proses Kompresi (Torak)
VAC = VC – VA = volume langkah
= PD = Piston Displacement

PD =

π
4

⋅D2 ⋅L ⋅ N ⋅n

N = Frekuensi Putaran Kompresor
n = Jumlah silinder pd kompresor
VBC = VC – VB = volume hisap
Faktor Clearence C adalah

C=

VA
V
= A
VAC PD
27

Didefinisikan sebagai ηv
ηv =

volume refrigeran dihisap
ηv =
volume langkah piston

VBC
VAC

Karena VBC = VAC - VAB = VAC – VB + VA dan dari A ke B berlaku
proses politropik (dengan koefisien politropik k), sehingga
1/ k

⎛P ⎞
VB = V A ⎜ A ⎟
⎜P ⎟
⎝ B⎠

pV = p V = p V = konstan
k

k
A A

k
B B
1/ k

⎛P ⎞
ηv = 1 + C − C ⎜ A ⎟
⎜P ⎟
⎝ B⎠

Dimana PA = Pd dan PB = Ps

⎛P
ηv = 1 + C − C ⎜ d
⎜P
⎝ s

1/ k

⎞
⎟
⎟
⎠

= 1 + C − C (Rc )


1/ k
28

105

BAB IV
KOMPRESOR

⎛P
ηv = 1 + C − C ⎜ d
⎜P
⎝ s

1/ k

⎞
⎟
⎟
⎠

= 1 + C − C (Rc )

1/ k

Efisiensi volumetrik dipengaruhi :
Faktor “Clearence”
Tekanan kerja sistem (rasio kompresi)
Sifat-sifat dari refrigeran yang digunakan.
Temperatur kompresor.

29

Grafik Efisiensi Volumetrik
(untuk kapasitas 3,7 – 18,7 kW)
Efisiensi Volumetrik (%)

90
80
70
60
50
40
30
20
2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Rasio Kompresi
Sumber : Dossat

30


106

BAB IV
KOMPRESOR

Piston Displacement Kompresor
Rotary
Kompresor rotari dengan diameter
impeler ri dan diameter stator rs
mempunyai frekuensi putaran N
dan jumlah silinder n. akan
mempunyai Piston displacement :

ri
rs

(

)

PDrotary = π ⋅ rs2 − ri 2 ⋅ t ⋅ N ⋅ n
t = tebal silinder rotari

31

Sistem Pelumasan Kompresor
Kegunaan minyak pelumas pada sistem Refrigerasi adalah untuk :
Mengurangi gesekan dari bagian-bagian yang bergerak.
Mengurangi terjadinya panas pada poros dan bearing (bantalan).
Membentuk lapisan penyekat (sealing agent) antar piston dan dinding
silinder.
Membantu mendinginkan kumparan motor listrik di dalam kompresor
hermetik.

Jenis :
hewan.
tumbuh-tumbuhan.
mineral.
Sintetis

Metode pelumasan kompresor torak
tipe percik (Splash).
tipe paksa (force feed).
tipe gabungan


32

107

BAB IV
KOMPRESOR

Contoh Sistem Pelumasan

33

Contoh soal
Sistem Refrigerasi dengan R-22 bekerja pada
temperatur penguapan -10 oC dan temperatur
kondensasi 40 oC. Anggaplah siklus refrigerasinya
sederhana. Kompresor bekerja pada efisiensi
volumetrik 0,8, bila kapasitas pendinginan adalah 3,5
kw, tentukanlah volume langkah (Piston Displacement)
dari piston. Kompresor bekerja pada 900 RPM, dan
mempunyai 2 silinder.
Bila perbandingan bore dan stroke adalah 1 : 1,
tentukan bore dan stroke dari silinder kompresor
tersebut.
34


108

BAB IV
KOMPRESOR

Langkah mencari solusi
Menentukan Piston Displacement :
1.
2.
3.
4.

Gambar pada diagram P-h, Cari entalpi di tiap titik dan
volume spesifik di suction kompresor.
Tentukan laju aliran massa refrigeran yang bersirkulasi dalam
sistem
Tentukan laju aliran volume refrigeran di suction kompresor =
Volume hisap dari kompresor
Hitung Piston Displacement.

Memperkirakan dimensi Piston
1.

Gunakan data sebelumnya dengan menggunakan persamaan

PD =

π

4

⋅ D2 ⋅ L ⋅ N ⋅ n
35

Bacaan Lebih Lanjut dan Tugas
Pelajari :
1.
2.

3.

Dossat, Principles of Refrigeration, 2nd ed.,
John Wiley and Sons, Chapter 12 dan 18.
Althouse, dkk., Modern Refrigeration and Air
Conditioning, The Goodheart-Willcox
Company, Inc., 2003.
CP Arora, Refrigeration and Air Conditioning
2nd : (International Edition), McGraw Hill,
2001
36


109

BAB V
EVAPORATOR

BAB V
EVAPORATOR

1

Materi : Evaporator
Kapasitas evaporator
Beda temperatur di evaporator
(Evaporator Temperature Difference, ETD,
LMTD)
Pemilihan evaporator

2
WHM


110

BAB V
EVAPORATOR

Fungsi Evaporator
Tempat perpindahan kalor antara
refrigeran dan ruang atau bahan yang
akan didinginkan.
Di evaporator, refrigeran mengalami
perubahan fasa dari cair menjadi uap.

3
WHM

Jenis Evaporator
Berdasarkan kontruksinya
Berdasarkan metoda pengaturan aliran
fluidanya
Berdasarkan kompaknya permukaan
Berdasarkan jumlah fluida yang mengalir
Berdasarkan cara pemasukan
refrigerannya
4
WHM


111

BAB V
EVAPORATOR

Evaporator Berdasarkan
Konstruksinya
Tubular
A.

Jenis pipa spiral, dengan bentuk-bentuk umum
adalah :
1.
2.

B.
C.

koil zig-zag rata
Koil trombone oval

Jenis pipa ganda
Jenis Shell and Tube
1.
2.

Jenis sekat plat (plate baffle)
Jenis sekat batang (rod baffle)

Plate Surface
Finned
5
WHM

Koil Turbular, Plate surface, Finned

Turbular Coil

Plate Surface with coil

Finned Evaporator

6
WHM


112

BAB V
EVAPORATOR

Penggunaan Evaporator
Turbular ataupun plate surface, biasa
digunakan untuk temperatur dibawah 0 oC,
yang mana pengaruh FROST tidak jadi
masalah.
Koil evaporator bersirip, biasa digunakan
untuk temperatur-temperatur diatas nol.
Sangat efektif bila yang didinginkan
adalah udara atau fluida dalam bentuk
gas.
7
WHM

Finned Evaporator
(evaporator bersirip)
Adalah evaporator yang dilengkapi
dengan sirip-sirip, baik di sisi tabung
bagian dalam ataupun di sisi luar tabung.
Digunakan untuk meningkatkan laju
perpindahan panas pada fluida
Laju perpindahan panas ke liquid lebih
besar dibandingkan ke gas
8
WHM


113

BAB V
EVAPORATOR

Finned Tube (outside – inside)

9
WHM

Koil Bersirip

(a) Sirip datar
(b) Sirip berlekuk
Spasi fin bervariasi antara 40 – 500 fin
per meter.
Untuk Free Convection, Sirip lebih
jarang.
Untuk Forced convection, sirip dapat
lebih rapat.
10
WHM


114

BAB V
EVAPORATOR

Indoor Unit AC SPLIT

11
WHM

Kapasitas Evaporator
Dari sisi refrigeran,
Dari sisi perpindahan kalor
dengan fluida pendingin,

QE = m r (hE ,out − hE ,in )
•

QE = U × A × LMTD
•

Dari sisi fluida yg
didinginkan

QE = m cf C p ∆T

12
WHM


115

BAB V
EVAPORATOR

Koefisien Kalor Menyeluruh U
QE
ri

ro
ri
1
1
Rth =
+
+
hi Ai 2πkL ho Ao

hi

ln

ho
Fluida yang
didinginkan

Refrigeran

ro

QE = U i × Ai × LMTD atau QE = U o × Ao × LMTD
Uo =

1
r
Ao ln o
ri
1 Ao
1
+
+
2πkL
hi Ai
ho

atau U i =

1
r
Ai ln o
ri
1
1 Ai
+
+
hi
2πkL ho Ao
13

WHM

LMTD pada evaporator
LMTD =

(T

f 1−in

− T f 2−out ) − (T f 1−out − T f 2−in )
(T − T f 2−out )
ln f 1−in
(T f 1−out − T f 2−in )

Karena, untuk refrigeran temperatur masuk
evaporator = temperatur keluar evaporator, maka
TRin = TRout = TR. Untuk Fluida yang didinginkan
masuk adalah TE dan keluar adalah TL

LMTD =

(TE − TR ) − (TL − TR )
(T − T )
ln E R
(TL − TR )
14

WHM


116

BAB V
EVAPORATOR

Equations for Boiling Heat Transfer (1)


15

WHM

Equations for Boiling Heat Transfer (2)


16

WHM


117

BAB V
EVAPORATOR

Equations for Forced Convection Evaporation in Tubes(1)


17

WHM



18

WHM


118

BAB V
EVAPORATOR



19

WHM



20

WHM


119

BAB V
EVAPORATOR

Evaporator Konveksi Alami
Disebut : free convection / natural convection, karena tanpa
menggunakan fan untuk sirkulasi udara
1.

Digunakan bila dinginkan laju aliran yang rendah dan
tingkat dehidrasi pada produk yang rendah

2.

Bila jenis evaporator bersirip, maka Spasi sirip dipilih
yang renggang.

21
WHM

Evaporator Konveksi Paksa
Disebut juga cooler, fan coil unit atau
blower coils.
ETD rata-rata 2 K lebih rendah dari ETD
evaporator konveksi alami.
Kecepatan Udara :
Rendah : 1 – 1,5 m/s
Menengah : 2,5 – 4 m/s
Tinggi : 4 – 10 m/s
22
WHM


120

BAB V
EVAPORATOR

Beberapa jenis Fan

23
WHM

Evaporator Temperature Difference
ETD = Evaporator Temperature
Difference, adalah beda temperatur
antara temperatur saturasi refrigeran
dalam evaporator dengan temperatur
udara/ fluida yang direncanakan (kabin).
-11 ºC
- 5 ºC

Contoh :
Untuk kasus disamping maka
ETD = -5 oC – (-11 oC)
=6K
24

WHM


121

BAB V
EVAPORATOR

Penentuan ETD berdasar kapasitas
Qe vs ETD

Kapasitas Evaporator (kW)

18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0

2

4

6

8

10

12

14

16

Evaporator Temperature Difference (K)

25
WHM

Penentuan ETD, bila RH penting
Relative Humidity
%
95-91
90-86
85-81
80-76
75-70

Design TD, K
Natural
Forced
Convection
Convection
7-8
5-6
8-9
6-7
9-10
7-8
10-11
8-9
11-12
9-10

Bila temperatur dibawah -12 oC, maka untuk evaporator dengan konveksi
paksa biasanya digunakan ETD sebesar 6 K
26
WHM


122

BAB V
EVAPORATOR

Pemilihan Evaporator
Faktor yang harus diperhatikan :
Kondisi kerja yang diinginkan. (Kapasitas pendinginan, yang sesuai
dengan komponen lain)
Temperatur udara/fluida masuk
Ketersediaan fluida pendingin dan terperatur kerjanya
Keterbatasan ruang dan dimensi
Keterbatasan jumlah dan distribusi udara/fluida yang didinginkan
Friksi/hambatan aliran udara/fluida yang didinginkan yang diizinkan saat
melewati evaporator
Friksi/hambatan aliran refrigeran dalam sistem pemipaan
Kondisi kerja lain, antara lain : Kontrol yang digunakan, kondisi
lingkungan (korosive/tidak), kekuatan/jenis bahan yang dipakai untuk
tube, fin, dan frame.
27
WHM

liquid/vapor
refrigerant
airflow

refrigerant vapor
28
WHM


123

BAB V
EVAPORATOR

liquid/vapor
refrigerant

airflow
liquid
distributor

suction
header

refrigerant vapor
29

WHM

Superheat
B
A

A
C

{

B

C
superheat
30

WHM


124

BAB V
EVAPORATOR

chilled
water
supply
baffles

chilled
water
return

refrigerant
vapor

tube bundle

liquid/vapor
refrigerant
31

WHM


baffles

32

WHM


125

BAB V
EVAPORATOR

Shell and Coil Evaporator

33
WHM

Flooded Evaporator
Evaporator yang “dibanjiri” oleh refrigeran
Ekspansi
(Floating Valve)

34
WHM


126

BAB V
EVAPORATOR

Flooded Evaporator

Gravity Circulation

Forced Circulation

35
WHM

Control
expansion
valve
evaporator
liquid
refrigerant
refrigerant
vapor

36
WHM


127

BAB V
EVAPORATOR

Face-Split Arrangement

distributors

37
WHM

Face-Split Arrangement
e coil 80ºF
80º
n
iinactiv

[27ºC]
[27º

co il
tive
ac

55ºF
55º

[13ºC]
[13º

80ºF
80º

[27ºC]
[27º

30ºF
30º

[-1.1ºC]
1.1º
38
WHM


128

BAB V
EVAPORATOR

Intertwined Arrangement

39
WHM

Row-Split Arrangement

70ºF
70º

[21ºC]
[21º

80ºF
80º

[27ºC]
[27º

55ºF
55º

[13ºC]
[13º
40

WHM


129

BAB V
EVAPORATOR

Bacaan lebih lanjut
1.

2.

Dossat, Principles of Refrigeration, 2nd
ed., John Wiley and Sons, Chapter 11.
Althouse, dkk., Modern Refrigeration and
Air Conditioning, The Goodheart-Willcox
Company, Inc., 2003

41
WHM

Tugas :
Carilah dan buatlah penjelasan tentang istilah berikut :
Coil and baffle assemblies
Double pipe Cooler
Baudelot Coolers
Tank - type Cooler
Shell and Coil Cooler
Shell and Tube Chiller
Dry Expansion Chiller
Flooded Chiller
Spray – type Chillers

Kerjakan Soal-soal dalam buku Dossat bab 11 soal no :
11-1, 11-2 (KUMPULKAN MINGGU DEPAN)
42
WHM


130

BAB VI
KONDENSOR

BAB VI
KONDENSOR

1

Materi : Kondensor
Air Cooled Condensor, Water Cooled
Condensor, Evaporative Condensor
Penentuan kalor yang dilepas di kondensor dan
heat rejection factor
Kapasitas kondensor
Konstruksi dan cara kerja menara pendingin

2
WHM


131

BAB VI
KONDENSOR

Kondensor
Alat penukar kalor yang berfungsi untuk
melepaskan kalor dari refrigeran, sehingga
refrigeran berubah fasa dari uap menjadi
cair
Kalor dilepas di kondensor berasal dari
kalor yang diserap di evaporator dan kalor
akibat kerja kompresi.
3
WHM

Jumlah Kalor Dilepas di Kondensor
(Heat Rejection)
Besarnya Kalor dilepas Qc :

Qc = Qe + W
Qe = kapasitas kompresor/Kalor diserap di
Evaporator
Jika Kompresor jenis Open,
W = Daya output motor

Jika Kompresor Hermetik/semihermetik,
W = Daya input Kompresor

4
WHM


132

BAB VI
KONDENSOR

Karena
Qc = Qe + W = (1 + 1/COP) x Qe
maka dapat dituliskan pula sebagai :
Qc = HRF x Qe
Dimana HRF = Heat Rejection Factor
5
WHM

Evaporator
Temp
(°C).

Condensing Temperature (°C)
32

38

43

49

54

60

-34

1.37

1.42

1.47

-29

1.33

1.37

1.42

1.47

-23

1.28

1.32

1.37

1.42

1.47

-18

1.24

1.28

1.32

1.37

1.41

1.47

-12

1.21

1.24

1.28

1.32

1.36

1.42

-7

1.17

1.20

1.24

1.28

1.32

1.37

-1

1.14

1.17

1.20

1.24

1.27

1.32

5

1.12

1.15

1.17

1.20

1.23

1.28

10

1.09

1.12

1.14

1.17

1.20

1.24

Untuk Kompresor Jenis Open Type Compressor
6
WHM


133

BAB VI
KONDENSOR

Evaporator
Temp
(°C).

Condensing Temperature (°C)
32

38

43

49

-40

1.66

1.73

1.80

1.57

1.62

1.68

60

2.00

-34

54

1.80

-29

1.49

1.53

1.58

1.65

-23

1.42

1.46

1.50

1.57

1.64

-18

1.36

1.40

1.44

1.50

1.56

1.62

-15

1.33

1.37

1.41

1.46

1.52

1.59

-12

1.31

1.34

1.38

1.43

1.49

1.55

-9

1.28

1.32

1.35

1.40

1.46

1.52

-7

1.26

1.29

1.33

1.37

1.43

1.49

-4

1.24

1.27

1.31

1.35

1.40

1.45

-1

1.22

1.25

1.28

1.32

1.37

1.42

5

1.18

1.21

1.24

1.27

1.31

1.35

10

1.14

1.47

1.20

1.23

1.26

1.29

Untuk Kompresor Jenis Suction Cooled Hermetic Compressor

7

WHM

Heat Rejection
Dari sisi refrigeran,
Dari sisi perpindahan kalor
dengan fluida pendingin,

QC = m r (hc ,in − hc ,out )
•

QC = U × A × LMTD
•

Dari sisi fluida pendingin

QC = m cf C p ∆T

8
WHM


134

BAB VI
KONDENSOR

Heat Transfer Coefficients for Film-Type Condensation (1)


9

WHM



10

WHM


135

BAB VI
KONDENSOR



11

WHM

Jenis Kondensor
Air Cooled Condenser

12
WHM


136

BAB VI
KONDENSOR

Air Cooled Condensor
(Kondensor Berpendingin Udara)
Konveksi Alamiah (Natural Convection), biasa
digunakan untuk sistem dengan kapasitas
rendah
Konveksi Paksa (Forced Convection), untuk
kapasitas kecil sampai dengan kapasitas besar.
Jenisnya :
Chassis Mounted (menyatu dengan kompresor)
Remote

13
WHM

Rancangan yang baik dilihat dari kecepatan
aliran udara minimum yang menghasilkan aliran
turbulen dan koefisien perpindahan panas yang
tinggi.
Kenaikan laju aliran udara dapat menyebabkan
drop tekanan berlebihan sehinggga daya motor
kipas kondenser harus dinaikan agar sirkulasi
udara bertambah besar.
Kecepatan udara antara 2,5 m/s s/d 6 m/s.
(yang terbaik didapat dari eksperimen)
14
WHM


137

BAB VI
KONDENSOR

Contoh :
Kecepatan udara antara 2,5 sampai dengan 6 m/s.
Cp : panas jenis udara sekitar kondensor,
∆T : selisih temperatur udara melewati kondensor,
ρ

: rapat massa udara sekitar kondensor.

Maka Kecepatan aliran udara yang melewati kondenser :
Kecepatan Udara = V =

Beban kalor yang harus dilepas dikondensor
C p x ∆T x ρ x Luas Penampang kondensor
15

WHM

Beda temperatur di kondensor
Beda temperatur udara (Tdb) dengan
temperatur kondensasi refrigeran di
kondensor disebut Condenser
Temperature Difference (CTD) = beda
temperatur kondensor.
Berkisar antara 6 K – 22 K
CTD menentukan ukuran fisik kondensor.
16
WHM


138

BAB VI
KONDENSOR

propeller
fan

outdoor
air
condenser
coil

subcooler
17

WHM

Centrifugal Fan Air-Cooled
Condenser

condenser
coil
centrifugal
fan
18
WHM


139

BAB VI
KONDENSOR

Profil Temperatur pada Kondensor

condenser

C

pressure

D

enthalpy

19
WHM

Air-Cooled Condenser Control

A

B

condenser airflow

damper

fan A

fan A

fan B

heat rejection capacity
20
WHM


140

BAB VI
KONDENSOR

Condensing Unit
Condensing Unit
adalah kesatuan
kondensor dengan
kompresor dalam
satu konstruksi/
dudukan.

21
WHM

Kondensor berpendingin air.
Ukuran kondensor lebih kecil
dibandingkan Air Cooled Condenser pada
kapasitas yang sama.
Umumnya untuk unit sistem pendingin
dengan ukuran besar.

22
WHM


141

BAB VI
KONDENSOR

Sistem Air Pendingin
Air buang (one-through)
Cocok untuk dengan sumber air
melimpah Kecepatan air 0,025 L/s
per kW Kapasitas pendinginan

Sirkulasi ulang
Perlu Cooling Tower,
Kecepatan air 0,045 L/s – 0,06 L/s
per kW Kapasitas pendinginan

23
WHM

Water Cooled Condenser with
Cooling Tower

24
WHM


142

BAB VI
KONDENSOR

Laju aliran air pada Water Cooled
Condenser
Laju aliran air paling optimum pada sistem sirkulasi
ulang adalah antara 0,045 l/s sampai 0,06 l/s per kW
Makin rendah laju aliran air, maka makin tinggi
kenaikkan temperatur, sehingga dibutuhkan rangkaian
pipa yang lebih panjang.
Faktor yang harus diperhatikan adalah :
kecepatan air
koefisien perpindahan panas
pengotoran permukaaan pipa (karena dapat mengurangi
koefisien perpindahan panas dan menghambat laju aliran air
serta meningkatkan tekanan kondenser).

25
WHM

Pengotoran pada Kondensor
Jenis air

Kecepatan alir
< 1 m/s

> 1 m/s

1

air laut

0,0005

0,0005

2

air payau

0,002

0,001

3

air menara pendingin
a. diolah
b. tak diolah

0,001
0,003

0,001
0,003

4

air kota/air sumur

0,001

0,001

5

air sungai

0,002

0,001

6

air danau

0,001

0,001

7

air berlumpur

0,004

0,002

8

air destilasi

0,0005

0,0005

Faktor Pengotoran air pada temperatur 52 OC
26
WHM


143

BAB VI
KONDENSOR

Jenis Water Cooled Condenser
Jenis pipa ganda (double pipe)
Jenis shell and coil
Jenis shell and tube

27
WHM

Kondesor Pipa Ganda

28
WHM


144

BAB VI
KONDENSOR

95ºF
95º

hot, refrigerant vapor

[35ºC]
[35º

cooling water
85ºF
85º

[29ºC]
[29º

subcooled, liquid
subcooled,
refrigerant

subcooler

29
WHM


30
WHM


145

BAB VI
KONDENSOR


31
WHM

Kondesor Shell and Coil

32
WHM


146

BAB VI
KONDENSOR

Cooling Tower

33
WHM

Cooling Tower
propeller
fan

Approach = (Twl – Twb)
Range = (Twe - Twl)

sprays

fill
Tdb
Twb

outdoor
air
sump

Twl

85ºF
85º

[29ºC]
[29º

to
condenser

Twe

from
condenser

95ºF
95º

[35ºC]
[35º
34

WHM


147

BAB VI
KONDENSOR

Istilah pada Cooling Tower
Approach. Beda temperatur antara temperatur air keluar cooling
tower dengan temperatur tabung basah udara lingkungan yang
masuk cooling tower. (Twl – Twb)
Blowdown. Jumlah air yang dikeluarkan lewat drain/pembuangan
secara periodik untuk menghindari pengendapan pada cooling
tower.
Fill. Struktur yang membentuk permukaan penukaran panas antara
udara dan air, dimana air menyusur mengalir permukaan dan masuk
ke wadah penampung.
Makeup. Air penambah yang diberikan untuk menjaga jumlah air
yang bersirkulasi pada sistem. Pengurangan air dikarenakan
penguapan, butiran yang terbawa udara, dan blowdown.
Range. Beda temperatur antara temperatur air masuk cooling tower
dan temperatur air keluar cooling tower. (Twe - Twl)

35
WHM

Air hilang di Menara pendingin
terjadi karena :
Penguapan dan terbawa oleh udara
Titik-titik air yang kecil terbawa oleh udara keluar dari
menara (drift) hal ini tergantung dari rancangan
menara dan kecepatan angin.
Karena sejumlah persentase tertentu dari air yang
tersirkulasi dibuang (bleed off, blow down) untuk
menghindari naiknya konsentrasi dari kotoran-kotoran
dan padatan mineral yang terlarut dalam air
kondenser.

36
WHM


148

BAB VI
KONDENSOR

Bleed Off (Blow Down) Rate
Cooling Range
(K)
3,5

Percent Bleed Off

4,2

0,22

5,5

0,33

8,6

0,54

11

0,75

0,15

37
WHM

Kinerja Menara Pendingin
Bergantung pada :
Luas permukaan air yang terbuka dan
lamanya air yang terbuka tersebut
bersinggungan dengan udara.
Kecepatan udara melewati menara pendingin.
Arah laju aliran udara terhadap tetesan air :
aliran paralel;
aliran silang;
aliran berlawanan.
38
WHM


149

BAB VI
KONDENSOR

Jenis Cooling Tower
Air
Udara

Parallel Flow
Air

Counter Flow

Udara

Air

Cross Flow

Udara

39
WHM

Kapasitas Cooling Tower
•

QCT = m C p (Tair masuk − Tair keluar )
Dimana
QCT : Beban Cooling Tower [kJ/s = kW]
•

m : Laju aliran air masuk cooling tower [kg/S]
Cp : kalor spesifik air, [4,19 kJ/kg.K]
Tair,masuk : Temperatur air masuk kondensor [oC]
Tair,keluar : Temperatur air keluar kondensor [oC]
40
WHM


150

BAB VI
KONDENSOR


41
WHM


42
WHM


151

BAB VI
KONDENSOR

Bacaan Lebih Lanjut
Dossat, Principles of Refrigeration, 2nd ed.,
John Wiley and Sons, Chapter 14.
Althouse, dkk., Modern Refrigeration and
Air Conditioning, The Goodheart-Willcox
Company, Inc., 2003

43
WHM


152

BAB VII
ALAT EKSPANSI

BAB VII
ALAT EKSPANSI

1

Materi : Alat Ekspansi
Pipa kapiler, Manual valve, Automatic
valve, TXV, High side floating valve, Low
side floating valve, EEV
Pemilihan kapiler
Pemasangan sensing bulb

2

WHM


153

BAB VII
ALAT EKSPANSI

Fungsi Alat Ekspansi
1.

2.

Mengatur laju aliran refrigeran yang
masuk ke evaporator dari “liquid line”,
sehingga sesuai dengan laju penguapan
refrigeran di evaporator
Menurunkan dan Menjaga beda tekanan
antara sisi tekanan tinggi dan sisi
tekanan rendah, sehingga terjaga
tekanan yang diinginkan
3

WHM

Prinsip Kerja Alat Ekspansi (1)
Bukaan konstan
Katup ekspansi manual (Hand Expansion Valve)
Pipa kapiler (capillary Tube)

Mengubah-ubah tahanan aliran refrigeran
(dengan mengubah bukaan lubang aliran)
Katup apung sisi tekanan rendah (Low Side Float Valve)
Katup apung sisi tekanan tinggi (High Side Float Valve)
Katup ekspansi termostatik (Thermostatic Expansion VAlve)
Katup ekspansi otomatis (Automatic Expansion Valve)
Katup ekspansi elektronik (Electronic Expansion valve)
4

WHM


154

Bahan Ajar Refrigerasi Dasar

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (6)

Similar to Bahan Ajar Refrigerasi Dasar

Similar to Bahan Ajar Refrigerasi Dasar (20)

More from Rizaldi Satria N

More from Rizaldi Satria N (7)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Bahan Ajar Refrigerasi Dasar