5 BAB II DASAR TEORI 2.1 Refrigeran Refrigeran adalah suatu media
Transcript of 5 BAB II DASAR TEORI 2.1 Refrigeran Refrigeran adalah suatu media
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Refrigeran
Refrigeran adalah suatu media (fluida) perambat panas yang menyerap panas
dengan menguapkan pada temperatur dan tekanan rendah serta melepaskan panas
dengan jalan mengembunkannya pada temperatur yang dan tekanan yang tinggi. Jadi
refrigeran yang ada pada sistem (refrigeration cycle) mudah mengalami perubahan
phase dari cair menjadi gas maupun sebaliknya.
Tabel 2.1 Potensi yang Dimiliki Oleh Refrigeran Hydrocarbon Dan Halocarbon
Refrigerant ODP GWP Flammable? Toxic?
Compatibility
with system
material
Other issues
CFC High High No No Good
HCFC Low High No No Good Will be phased
out
HFC
Zero High No No Needs different
oil and filter
drier, some seal
problems
Moisture and
contamination in
system are a
serious problem
Hydrocarbon Zero Very
low
Yes No Good
Ammonia
Zero Zero Yes Yes Cannot use
copper
components
Toxicity restricts
use significantly
Sumber: Agarwal R.S, Refrigeration Appliances Using Hydrocarbon Refrigerants,
Hal 1-2
5
6
Perlu diketahui bahwa tidak ada refrigeran yang dapat bekerja secara
sempurna (ideal) pada semua tingkat keadaan. Namun demikian kita perlu mengetahui
sifat refrigeran ideal adalah sebagai berikut:
1. Tekanan evaporasi yang positif yaitu harus mempunyai temperatur
penguapan pada tekanan yang lebih besar dari tekanan atmosfir, sehingga
dapat menghindarkan dari kemungkinan terjadinya kevakuman pada
evaporator dan memudahkan penditeksian bila terjadi kebocoran
refrigeran dari sistem.
2. Mempunyai tekanan kondensasi yang rendah yaitu refrigeran harus
mempunyai tekanan pengembunan yang rendah, sehingga perbandingan
kompresinya menjadi lebih rendah menyebabkan daya kompresor juga
lebih rendah. Selain itu dengan tekanan kerja yang lebih rendah, system
dapat bekerja lebih aman karena kemungkinan terjadinya kebocoran,
kerusakan, ledakan dan sebagainya menjadi lebih kecil.
3. Panas laten penguapan yang tinggi yaitu panas yang diserap per satu satuan
masa refrigeran di evaporator lebih besar bila refrigeran mempunyai panas
laten penguapan yang besar dan sebaliknya. Atau dengan kata lain
refrigeran yang mempunyai panas laten penguapan yang tinggi lebih
menguntungkan karena untuk kapasitas refrigerasi yang sama, jumlah
refrigeran yang bersirkulasi menjadi lebih kecil.
4. Volume spesifik (terutama fase gas) yang cukup kecil yaitu refrigeran
yang kalor laten penguapan yang besar dan volume spesisifik gas yang
kecil (berat jenis yang besar) akan memungkinkan penggunaan kompresor
dengan volume langkah torak yang kecil. Dengan demikian untuk
kapasitas refrigerasi yang sama ukuran unit refrigerasi akan menjadi lebih
kecil.
5. Temperatur pembekuan yang rendah yaitu refrigeran harus mempunyai
temperatur pembekuan yang rendah agar bisa digunakan untuk sistem
refrigerasi suhu rendah.
6. Mempunyai konduktifitas thermal yang besar yaitu bila refrigeran
mempunyai konduktifitas thermal yang besar, maka refrigeran tersebut
7
akan sangat mudah menghantarkan panas (karakteristik perpindahan
kalornya baik).
7. Mempunyai sifat stabil dan tak mudah bereaksi selama refrigeran
bersirkulasi dalam sistem tidak boleh mengalami perubahan sifat
kimianya, dan tidak bereaksi dengan material yang dipakai serta
menyebabkan korosi.
8. Mempunyai konstanta dielektrik yang kecil artinya tidak mudah
menghantarkan listrik atau mempunyai sifat sebagai isolator, dan tidak
menyebabkan korosi pada material isolator lilitan motor. Pada hal ini
penting terutama untuk refrigeran yang akan digunakan pada kompresor
hermetic.
9. Mempunyai temperatur kritis yang tinggi.
10. Tidak beracundan tidak menyebabkan iritasi.
11. Tidak mudah terbakar dan meledak sendiri.
12. Mudah dideteksi bila terjadi kebocoran.
13. Harga murah dan mudah didapat di pasaran
14. Dapat bercampur dengan pelumas dengan baik.
15. Tidak mudah larut dalam air.
2.2 Jenis-jenis Refrigeran
Menurut standar ASHRAE, refrigeran di klasifikasikan kedalam beberapa
kelompok sebagai berikut:
Refrigeran primer:
o Refrigerant Halocarbon compounds;
Refrigeran CFC
Refrigeran HCFC
Refrigeran HFC
o Refrigeran Hydrocarbon compounds
o Refrigeran Inorganic Compounds
o Refrigeran Azeotropes
o Refrigeran Nitrogen Compounds
o Refrigeran Oxygen Compounds
8
o Refrigeran Cyclic Organic Compounds
o Refrigeran Unsaturated Organic Compounds
o Refrigeran Sulfur Compunds
Refrigeran Sekunder
o Larutan Garam (Brine)
o Larutan Anti Beku (Anti Freezes)
Larutan - Air dengan glikol etilen
- Air dengan glikol propilen
- Air dengan kalsium klorida
o Air
Refrigeran Dua Subastansi
o Sistem Air-Amoniak
o Sistem Air-Alkohol
o Sistem LiBr-Air
2.2.1 Refrigeran Halocarbon Compounds
Refrigeran halocarbon compounds adalah merupakan refrigeran yang
menggandung satu atau lebih unsur-unsur halogen seperti; Fluorine, Chlorine, dan
Bromine. Refrigeran yang paling populer dari kelompok ini adalah R-11,R-12, dan
refrigeran R-22. Beberapa refrigeran dari kelompok inin dapat dilihat pada tabel
dibawah ini.
9
Tabel 2.2 Penomeran Refrigeran Halocarbon
No Numerical designation Chemical name Chemical formula
1 11 Tricloromonofluoro methane CCl3F
2 12 Dichlorodifluoro methane CCl2F2
3 22 Monochlorodifluoro
methane CHClF2
4 40 Methyl chloride CH3Cl
5 114 Dichlorotetrafluoro ethane CClF2CClF2
Sumber: Arora C P, Refrigeration and Air Conditioning, hal. 141
2.2.2 Azeotropes Compounds
Azeotrope merupakan refrigeran campuran antara dua jenis refrigeran
dimana hasil campuran tersebut tidak dapat diuraikan kembali dengan jalan distilasi,
dan refrigeran hasil campuran tersebut mempunyai sifat yang berbeda dengan
refrigeran penyusunya. Refrigeran azeotrope diantaranya:
R-500 yang merupakan campuran antara 73,8% berat refrigeran R-12 dengan
26,2% berat refrigeran R-152a
R-501 yang merupakan campuran antara 75% berat refrigeran R-22 dengan
25% berat refrigeran R-12
R-502 Merupakan Campuran antara 48,8% berat refrigeran R-22 dengan
51,2% berat refrigerant R-115
10
a. Refrigeran 12, R-12 (CFC-12)
R-12 adalah refrigeran yang sangat aman, tidak korosif, tidak beracun, tidak
dapat terbakar, dan tidak dapat meledak sendiri tetapi apabila berhubungan dengan api
yang sedang menyala dapat membentuk gas yang sangat beracun. R-12 dapat
bercampur dengan minyak pelumas dalam segala keadaan, sehingga tidak saja
mempermudah mengalirkan minyak kembali ke kompresor. Dengan terbebasnya
kondensor dan evaporator dari minyak, maka kemampuan perpindahan panas dari
kedua alat tersebut dapat dipertahankan dengan baik.
Pada R-12 mengandung senyawa CFC yang dapat merusak lapisan ozon dan
oleh karena itu refrigeran ini dilarang untuk diproduksi kembali.
b. Refrigerant R 134a (HFC 134a)
Refrigerant R – 134a adalah refrigerant yang tergolong dalam HFC
(hydroflourocarbon) karena refrigerant ini tidak mengandung chlorine. Refrigerant R
134a memiliki ancaman yang rendah terhadap penipisan lapisan ozon jika
dibandingkan dengan refrigreant yang tergolong dalam HCFC
(Hydrochloroflourocarbon) dan yang tergolong dalam CFC (Chloroflourocarbon).
Refrigerant R 134a adalah salah satu alternative pengganti R – 12 yang memiliki
beberapa properti yang baik sebagai refrigerant, yaitu tidak beracun, tidak mudah
terbakar dan stabil. Tetapi refrigerant R – 134a masi memiliki kelemahan yaitu potensi
sebagai slah satu pemicu effect rumah kaca dengan nilai GWP (Global Warming
Potensial) yang tinggi.
11
Gambar 2.1 Diagram P – h (R-134a)
Sumber: http://organic-rankine-cycle.blogspot.com/2011_09_24_archive.html
c. Refrigeran hidrokarbon
Refrigeran hidrokarbon merupakan refrigeran alternatif terbaik untuk
menggantikan refrigeran sintetik (refrigeran lama), seperti refrigeran dari golongan
CFC dan HCFC, karena disamping mempunyai performansi yang baik juga sangat
ramah terhadap lingkungan (tidak menyebabkan pengikisan ozon / non ODP dan
pemanasan global / non GWP). Contoh refrigeran yangtermasuk dalam kelompok
Hidrokarbon adalah sebagai berikut:
Tabel 2.3 Penomeran Refrigeran Hidrokarbon
No Numerical designation Chemical name Chemical formula
1 50 Methane CH4
2 170 Ethane CH3CH3
3 290 Propane CH3CH2 CH3
4 600a Isobutane CH3CH2 CH2 CH3
Sumber: Arora C P, Refrigeration and Air Conditioning, hal 141
12
Hidrokarbon terbentuk secara alamiah yang dicapai dari penghalusan setelah
destilasi. Refrigeran ini telah dipakai sejak lama, secara umum dipakai dalam industri
yang berskala besar dan juga untuk mesin refrigerasi yang kecil. Hidrokarbon sangat
baik dipakai untuk bahan pendingin dengan beberapa kriteria antara lain:
Dapat bekerja dengan baik, dengan capasitas yang baik serta efisien
Refrigeran hidrokarbon di perbolehkan untuk berbagai aplikasi dalam
sistem refrigerasi, termasuk sebagai bahan perngganti refrigeran sintetik
Tidak merusak lingkungan dibandingkan dengan CFC, HCFC,dan HFC
Dapat digunakan pada pipa tembaga dan oli yang standar untuk mesin
refrigerasi
Prosedur untuk kebersihanya sama dengan menggunakan R-12 maupun R-
22
Untuk penanganan dari mesin refrigerasi yang menggunakan refrigeran
HC prosedurnya hampir sama dengan sistem yang menggunakan R-12
maupun R-22, tetapi letak perbedaannya adalah dari sisi keamannya
karena refrigeran HC merupakan refrigeran yang mudah terbakar
(flammable)
Disamping keunggulan lebih yang menjadi kekuatan dari bahan pendingin
hidrokarbon, maka bahan pendingin ini juga memiliki kelemahan, peluang serta
ancaman, yang tergambar dalam analisa SWOT berikut ini:
Strengths (kekuatan/keunggulan):
Kalor laten (penyerapan panas) lebih tinggi
Penggunaan lebih irit
Ramah lingkungan
Kompatibel terhadap semua peralatan
Dapat diproduksi dalam negeri
13
Weaknesses (kelemahan):
Dapat terbakar (Flamable)
Opportunities (Peluang):
Adanya pembatasan / pelarangan bahan pendingin jenis CFC / HCFC/
HFC (Konvensi Wina, Protokol montreal, Protokol Kyoto, Keppres RI
dan Permen Menperindag, Permeneg KLH, Permen Perindustrian)
Adanya keharusan untuk mendapatkan ISO 14001 bagi perusahaan –
perusahaan
2.2.3 Refrigeran Musicool – 134
Refrigeran musicool adalah substansi perpindahan kalor yang ramah
lingkungan dengan bahan dasar hidrokarbon yang dirancang sebagai pengganti
refrigeran sintetik kelompok halokarbon dan mempunyai sifat fisik, thermodinamika,
serta yang lebih baik dari refrigeran halokarbon. (Gasdom.pertamina.com)
Sifat fisika dan thermodinamika refrigeran musicool 134 dapat dilihat pada tabel di
bawah ini:
Gambar 2.2 Diagram P – h (mc – 134)
Sumber: http// gasdom.pertamina.com
14
Tabel 2.4 Sifat Fisika dan Thermodinamika Refrigeran
Properties unit MC -134 HFC 134
Enthalpy liquid kJ/kg 261 235
Enthalpy vapor kJ/kg 601 412
Density, liquid kg/m3 531 1207
Density vapor kg/m3 12.90 32.35
Specific heat liquid kJ/kg ˚K 2.53 1.42
Specific heat Vapor kJ/kg ˚K 1.89 1.03
Viscosity liquid µPa.s 128 195
Viscosity vapor µPa.s 7.9 11.7
Thermal conductivity liquid W/m.K 0.092 0.081
Thermal conductivity vapor W/m.K 0.018 0.014
Saturated Pressure Bar 5.7 6.7
Sumber: http// gasdom.pertamina.com
2.2.4 Kondisi Fisik Refrigeran Dalam Sistem
Refrigeran yang berupa uap kering dan uap jenuh yang keluar dari evaporator
dikompresikan oleh kompresor sehingga tekanan dan temperaturnya menjadi naik atau
mengalami peningkatan yang disebut dengan uap superpanas (super heat vapor),
selanjutnya menuju kondensor. Dikondensor panas refrigeran dikeluarkan sehingga
proses kondensasi dapat berlangsung, dimana uap super panas berubah menjadi cair
jenuh pada tekanan konstan. Selanjutnya refrigeran cair jenuh ini menuju alat ekspansi,
dan didalam alat ekspansi ini berlangsung proses ekspansi yaitu penurunan tekanan
refrigeran menjadi tekanan rendah dan diikuti dengan penurunan temperatur refrigeran
serta refrigeran dalam kondisi cair dan uap kabut.
15
Gambar 2.3 Diagram Mollier dan Keadaan Fisik Refrigeran
Sumber : Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara, hal. 107
Refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur rendah ini menuju evaporator,
di dalam evaporator berlangsung proses evaporasi (penguapan refrigeran) dengan jalan
menyerap panas dari ruangan yang dikondisikan sehingga refrigeran berubah dari cair
+ uap menjadi uap jenuh, menyebabkan temperatur ruangan turun (dingin).
2.3 Definisi Mesin Pompa Kalor (heat pump)
Mesin yang berfungsi untuk memindahkan panas dari satu lokasi (atau
sumber) ke lokasi lainnya dengan proses daur siklus kompresi uap. Pada mesin
kompresi uap terdapat dua bagian yang berfungsi sebagai penyerap kalor yang
dimafaatkan sebagai penyejuk ruangan dan bagian pembuang kalor pada kondensor.
Panas yang dihasilkan oleh proses pengembunan ini akan diserap oleh air yang akan
merubah teperatur air menjadi lebih tinggi.
(http://teknologi.kompasiana.com/terapan/2013/12/23/mesinpendin
620921.html)
16
2.4 Siklus Kompresi Uap
Siklus daur kompresi uap merupakan daur yang banyak digunakan dalam
sistem refrigerasi. Pada proses ini kompresor berkerja untuk menekan uap refrigeran
kemudian diembunkan menjadi cairan lalu tekanannya di turunkan agar cairan tersebut
dapat menguap kembali. Daur ini merupakan kebalikan dari mesin kalor, dimana
energi disalurkan dari suhu rendah menuju suhu suhu yang lebih tinggi.
Gambar 2.4 Skematik Sistem Pendingin Siklus Kompresi Uap Standar
Daur kompesi uap dapat dilihat pada gambar 2.5 dan 2.6
Gambar 2.5 T – s Diagram Siklus Kompresi Uap Standar
katu
p e
ksp
ansi
Q out
evaporator
Wk
kom
pre
sor
kondensor
2
Qin
3
1
4
3 2
1 4
T
s
17
Gambar 2.6 P – h Diagram Siklus Kompresi Uap Standar
Pada pompa kalor terdiri dari beberapa komponen utama, serta fungsi dan
cara kerja komponen tersebut dapat di jabarkan sebagai berikut:
1. Proses 1 – 2
Kompresi adiabatic reversible: merupakan kompresi kering (uap dalam
keadaan superheated) yang berlangsung didalam kompresor, dari tekanan
evaporator menuju tekanan kompresor. Refrigerant dihisap kompresor dan
meninggalkan evaporator dalam wujud uap jenuh dengan kondisi temperatur
dan tekanan rendah, kemudian oleh kompresor uap tersebut dinaikan
tekanannya menjadi uap dengan tekanan yang lebih tinggi (tekanan kodensor).
Kompresi diperlukan untuk menaikan temperature refrigerant, sehingga
temperature refrigerant didalam kondensor lebih tinggi dari pada temperature
lingkungan. Maka perpindahan panas dari refrigerant ke lingkunga dapat
terjadi. Dengan demikian proses 1 – 2 tersebut adalah kompresi isentropic
disepanjang garis entropi konstan, mulai dari uap jenuh hingga tekanan
pengembunan.
2. Proses 2 – 3
Setelah mengalami proses kompresi, refrigeran berada dalam fase panas lanjut
dengan tekanan dan temperature tinggi. Untuk merubah wujudnya menjadi
cair, kalor harus dilepaskan kelingkungan. Proses ini terjadi pada alat penukar
kalor kondensor. Refrigeran mengalir melalui kondensor dan pada sisi lain
3 2
1 4
P
h
18
dialirkan fluida pendingin (air atau udara) dengan temperatur yang lebih rendah
dari temperatur refrigeran. Kalor akan berpindah dari refrigeran ke fluida
pendingin dan sebagai akibat refrigerant mengalami penurunan temperature
dari kondisi uap panas lanjut menuju kondisi uap jenuh. Selanjutnya
mengembun menjadi fase cair dan keluar dari kondensor berfase cair jenuh.
Kesimpulannya proses kondesasi ini adalah proses pengeluaran kalor secara
isobarik reversibel pada kondensor. Dengan kata lain proses 2 – 3 tersebut
merupakan penurunan panas lanjut dan pengembunan dengan tekanan tetap,
yang merupakan garis lurus mendatar pada diagram tekanan enthalpy.
3. Proses 3 -4
Refrigeran dalam wujud cair jenuh mengalir melaui alat ekspansi. Refrigeran
mengalami proses ekspansi pada enthalpy konstan terjadi pada katup ekspansi.
Selanjutnya refrigeran keluar dari katup ekspansi berwujud campuran uap –
cair pada tekanan dan temperatur sama rendah. Proses 3 – 4 berlangsung pada
entalpi konstan.
4. Proses 4 – 1
Refrigeran dalam fasa campuran uap – cair, mengalir melalui sebuah penukar
kalor yang disebut evaporator. Pada tekanan evaporator, titik didih refrigeran
haruslah lebih rendah dari pada temperatur lingkungan (media kerja atau media
yang didinginkan), sehingga dapat terjadi perpindahan panas dari media kerja
ke dalam refrigeran. Kemudian refrigeran yang berwujud cair menguap dalam
evaporator dan selanjutnya meninggalkan evaporator meninggalkan
evaporator dalam fasa uap jenuh. Proses penguapan tersebut adalah proses
pemasukan kalor secara isobarik pada evaporator yang menyebabkan
refrigeran menguap menjadi uap jenuh.
2.5 Komponen – Komponen Utama Pompa Kalor
2.5.1 Kompresor
Kompresor adalah komponen yang merupakan jantung dari sistem refrigerasi.
Kompresor bekerja menghisap uap refrigeran dari evaporator dan mendorongnya
19
dengan cara kompresi agar mengalir masuk ke kondenser. Karena kompresor
mengalirkan refrigeran sementara piranti ekspansi membatasi alirannya, maka di
antara kedua komponen itu terbangkitkan perbedaan tekanan, yaitu di kondenser
tekanan refrigeran menjadi tinggi (high pressure – HP), sedangkan di evaporator
tekanan refrigeran menjadi rendah (low pressure – LP).
Gambar 2.7 Kompresor
Sumber: Anonim, 2013
2.5.2 Kondensor
Kondensor merupakan pesawat penukar kalor yang berfungsi untuk
mengembunkan uap refrigerant yang mengalir dari kompresor. Untuk mengembunkan
uaap refrigeran yang bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi (yang keluar dari
kompresor) diperlukan usaha untuk melepaskan kalor laten pengembunan dengan cara
mendingikan uap refrigeran tersebut. Jumlah kalor yang dilepaskan pada kondensor
sama dengan jumlah kalor yang diserap refrigeran di dalam evaporator ditambah
ekivalen dengan energi yang diperlukan untuk kerja kompresi dalam kompresor.
Ditinjau dari media yang diperlukan untuk mendingikan kondensor, maka
dapat di bagi menjadi:
a. Kondensor dengan pendingin air (Water cooled condenser)
b. Kondensor dengan pendinginan udara (Air cooled condenser)
c. Kondensor dengan pendinginan air dan udara (Evaporative condenser)
Dalam penelitian ini mengunakan kondensor jenis pipa ganda. Kondensor jenis pipa
ganda merupakan susunan dari dua pipa koaksial, dimana refriegerant mengalir
melalui saluran yang terbentuk antara pipa dalam dan pipa luar, dari atas ke bawah.
Sedangkan air pendigin mengalir didalam pipa - dalam dalam arah yang berlawanan
20
dengan arah aliran refrigerant, jadi dari bawah ke atas. Pada mesin refrigerasi
berkapasitas rendah, dengan freon sebagai refrigerant. Dipergunakan pipa dalam dan
pipa luar terbuat dari tembaga. Gambar 2.8 menunjukan kondensor jenis pipa ganda,
dalam bentuk koil. Pipa dalam dalam dapat dibuat bersirip atau tanpa sirip.
Gambar 2.8 Kondensor Koil Pipa Ganda
Sumber: Wiranto Aris Munandar, 1991:151
Gambar 2.9 Kondensor Koil Pipa ganda
Keterangan :
a. Uap refrigeran masuk e. Tabung luar
b. Air pendingin keluar f. Sirip bentuk bunga
c. Air pendingin masuk g. Tabung dalam
21
d. Cairan refrigeran keluar
Kecepatan aliran dalam pipa pendingin antara 1 sampai 2 m/detik sedangankan
perbedaan antara temperatur air pendingin keluar dan masuk pia pendingin (kenaikan
temperatur air pendingin di dalam kondensor) kira – kira 8 sampai 10˚C. Laju
perpindahan panas relatif besar.
Ciri – ciri kondensor jenis pipa ganda adalah sebagai berikut:
- Kontrusi yang sederhana dengan harga yang memadai.
- Dapat mencapai kondisi super dingin karena arah aliran refrigeran dan air
pendingin yang berlawanan.
2.5.3 Katup Ekspansi
Katup ekspansi berfungi untuk memampatkan cairan refrigeran yang
bertekanan tinggi hingga tekananan refrigeran menjadi rendah, atau sebagai pengatur
laju dan tekanan aliran refrigerant sesuai dengan beban pendinginan yang harus
dilayani oleh evaporator disesuaikan dengan tekananan yang diberikan oleh
kompresor, sehingga refrigerant berubah menjadi kabut. Haltersebut dimaksudkan
agar refrigerant cair dapat lebih cepat menguap oleh karena tekanan refrigerant sudah
rendah dan temperaturnya juga menjadi turun, maka proses penyerapan kalor pada
lingkungan akan mudah terjadi pada evaporator.
Gambar 2.10 Katup Ekspansi
Sumber: http://4.bp.blogspot.com
22
2.5.4 Evaporator
Evaporator adalah komponen di mana cairan refrigeran yang masuk ke
dalamnya akan menguap. Proses penguapan (evaporation) itu terjadi karena cairan
refrigeran menyerap kalor, yaitu yang merupakan beban refrigerasi sistem.
Ada dua jenis evaporator antara lain:
Evaporator kering
Pada evaporator ini terdapat bagian, yaitu di bagian keluarannya, yang
dirancang selalu terjaga ‘kering’, artinya di bagian itu refrigeran yang
berfasa cair telah habis menguap sebelum terhisap ke saluran masuk
kompresor.
Evaporator basah
Pada evaporator jenis ini seluruh permukaan bagian dalam evaporator
selalu dibanjiri, atau bersentuhan, dengan refrigeran yang berbentuk cair.
Terdapat sebuah tandon (reservoir, low pressure receiver), di mana cairan
refrigeran terkumpul, dan dari bagian atas tandon tersebut uap refrigeran
yang terbentuk dalam evaporator tersebut dihisap masuk ke kompresor.
Evaporator juga dapat dibagi ke dalam beberapa golongan sesuai dengan
keadaan refrigeran yang ada di dalamnya yaitu:
Evaporator jenis kering
Cairan refrigeran yang diekspansikan melalui katup ekspansi, pada waktu
masuk evaporator sudah dalam keadaan cair dan uap sehingga keluar dari
evaporator dalam keadaan uap kering.oleh karena itu sebagian dari
evaporator terisi oleh uap refrigeran maka kalor yang terjadi tidak begitu
besar jika dibandingkan dengan keadaan dimana evaporator terisi oleh
refrigeran cair.
Pada evaporator basah sebagian jenis sebagian besar dari evaporator terisi oleh
refrigeran cair proses penguapannya terjadi seperti pada ketel uap.
2.6 Prestasi Siklus Kompresi Uap Pompa Kalor
Unjuk kerja dari sebuah siklus kompresi uap dapat ditentukan dari ukuran
dasar yaitu kapasitas refrigerasi, kerja kompresi, daya kompresor, Coefisien Of
23
Performance (COP) dan laju pemanasan air yang akan dilakukan perhitungan dalam
percobaan ini.
2.6.1 Kalor yang Dilepas Oleh Kondensor
Besarnya kalor yang dilepaskan pada kondensor merupakan perpindahan
kalor dari refrigeran ke air yang akan di panaskan, yang terjadi pada proses 2 – 3.
Dengan persamaan sebagai berikut:
𝑞𝑘 = �̇�𝑟𝑒𝑓(ℎ2 − ℎ3) ............................................................................ (2.1)
Dari Persamaan diatas dapat didapatkan persamaan kalor pada kondensor
sebagai berikut:
Dimana:
𝑞𝑘𝑜𝑛 = Kalor yang dilepas oleh kondensor (kj/s)
h3 = enthalpi akhir kondensor (kj/kg)
h2 = enthalpi awal kondensor (kj/kg)
�̇�𝑟𝑒𝑓 = ρ (kg/l).Q(l/min) = kg/min (laju aliran massa refrigeran)
Perubahan enthalpi imi juga merupakan bersaran negatif yang menunjukan
adanya pelepasan kalor refrigerant sehingga menjadi penurunan temperatur dari
keadaan awal.
2.6.2 Laju Pemanasan Air
Laju Pemanasan Air adalah kecepatan peningkatan temperatur oleh sistem
pemanasan air pada kondensor tube in tubesatuan waktu tertentu. Laju pemanasan air
(�̇�𝑎𝑖𝑟) dapat dihitung dengan persamaan berikut:
�̇�𝑎𝑖𝑟 = �̇�𝑎𝑖𝑟. 𝑐𝑝. (𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑖𝑛) .................................................................. (2.2)
Dimana:
�̇�𝑎𝑖𝑟 = Laju pemanasan air (kJ/s)
24
�̇�𝑎𝑖𝑟 = ρ (kg/L).Q(L/min) = kg/min (laju aliran massa air pada kondensor tube in
tube)
𝑐𝑝 = kalor spesifik air yang dipanaskan (J/kg °K)
𝑇𝑖𝑛 = temperatur awal pemanasan air(˚C)
𝑇𝑜𝑢𝑡 = temperatur akhir pemanasan air (˚C)
2.6.3 Analisis Efektivitas Kondensor
Efektifitas kondensor dianalisis dengan metode praktis, yaitu dengan
menghitung laju aliran kalor yang dapat dikeluarkan / dibuang oleh unit kondensor ke
air yang menyebabkan beda suhu air input dan output kondensor, dibandingkan dengan
laju aliran kalor yang terjadi dari proses kondensasi fluida kerja (refrigeran) didalam
pipa kondensor. Efektifitas unit kondensor yang berupa suatu alat penukar kalor (heat
exchanger) di analisa menggunakan persamaan berikut:
𝜀𝑐𝑜𝑛 =�̇�𝑎𝑖𝑟
�̇�𝑘𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟𝑥 100% ..................................................................... (2.3)
2.6.4 Kerja Kompresi
Kerja kompresi (kj/kg) merupakan perubahan enthalpi proses 1 – 2 gambar
2.4. yang dinyatakan sebagai berikut:
𝑤𝑐 = (ℎ2 − ℎ1) ......................................................................................... (2.4)
Dimana:
wc = Kerja Kompresor (kj/kg)
h1 = enthalpi awal kompresi (kj/kg)
h2 = enthalpi akhir kompresi (kj/kg)
Perubahan enthalpi ini merupakan besaran negatif yang menunjukan kerja
yang diberikan kedalam sistem (kerja yang dibutuhkan kompresor).
25
2.6.5 Daya Kompresor
Daya kompresor merupakan hasil kali antara laju aliran massa dengan
kenaikan enthalpi gas selama pross kompresi isentropik. Jika dilihat dari refrigeran
maka persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut:
𝑊𝑐 = �̇�𝑟𝑒𝑓. 𝑤𝑐 ...................................................................................... (2.5)
Dimana:
𝑤𝑐 = kerja kompresor (kJ/kg)
𝑊𝑐 = daya kompresor (kJ/s)
�̇�𝑟𝑒𝑓 = laju aliran massa (kg/s)
Dan dilihat dari daya listrik yang terukur menggerakan motor kompresor
maka persamaan dapat dituliskan sebagai berikut:
𝑃𝑐 = 𝑉. 𝐼. cos 𝜃.................................................................................... (2.6)
Dimana:
𝑃𝑐 = daya kompresor (Watt)
V = tegangan listrik (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
cos 𝜃 = Faktor Daya
2.6.6 COP Heating (Performa Saat Pemanasan) Berdasarkan Siklus
COP pemanasan dari siklus kompresi uap standar adalah kalor yang
dilepaskan kondensor dibagi kerja kompresi yang dapat dituliskan sebagai berikut:
𝐶𝑂𝑃 =�̇�𝑘𝑜𝑛
𝑤𝑐...................................................................................... (2.7)
Dimana:
COP Pemanasan = koefisien prestasi atau untuk kerja
26
�̇�𝑘𝑜𝑛 = Kalor yang dilepas oleh kondensor (kj/s)
𝑊𝑐 = daya kompresor (kJ/s)
Secara aktual COP Pemanasan air dapat dihitung dengan membagi laju pemanasan air
(�̇�𝑎𝑖𝑟) dengan daya listrik yang terukur. Yang dapat dituliskan sebagai berikut:
𝐶𝑂𝑃 =�̇�𝑎𝑖𝑟
𝑊𝑘 𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 .................................................................(2.8)
Dimana:
COP Pemanasan = koefisien prestasi atau untuk kerja
�̇�𝑎𝑖𝑟 = Laju pemanan Air (kJ/s)
𝑊𝑘 𝐴𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 = daya kompresor (kJ/s)
27