Mesin Pendingin Kompresi Uap

Mesin Pendingin Kompresi Uap

1.       Tujuan

1.    Mengetahui dan memperoleh karakteristik mesin pendingin kompresi uap.

2.    Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang prinsip – prinsip teknik pendingin.

2.    Teori Dasar

2.1      Pendahuluan

Daur kompresi uap adalah daur yang paling banyak diterapkan untuk mesin pendingin. Pada daur kompresi uap terjadi empat macam proses yaitu proses kompresi, kondensasi (pengembunan), ekspansi dan evaporasi (penguapan). Secara skematis diperlihatkan pada gambar.1, sedangkan diagram T-s ideal ditampikan pada gambar 2.

Gambar .1. Skema daur kompresi uap

 

Gambar. 2. Diagram proses ideal daur kompresi uap

2.2          Kajian Termodinamika

2.2.1        Daur refrigerasi Carnot

 Daur Carnot adalah daur reversibel (dapat dibalik) yang didefenisikan oleh dua proses isotermal dan dua proses isentropik (gambar 3). Proses isentropik reversibel adalah adiabatik, maka perpindahan energi sebagai panas ke atau dari zat yang mengalami suatu daur Carnot berlangsung hanya selama proses isotermal dari daur.

 

 

 

 

Gambar 3. Diagram proses daur refrigerasi Carnot

Proses yang dapat membentuk daur tersebut adalah:

1-2.             Kompresi adiabatik

2-3.            Pelepasan kalor isotermal

3-4.            Ekspansi adiabatik

4-1.            Pemasukan kalor isotermal

Suatu daur refrigerasi dinilai dengan menggunakan koefisien performansi  ( coefficient of perfomance disingkat dengan COP):

COP_R  =                                                         

 W_net = Q_c - Q_e                                                          

COP_r  =                                    

                          =    =                                     

Koefisien prestasi =                                          

Daur kompresi uap ideal

Daur kompresi uap ideal dapat dilihat pada diagram suhu – entropi dan diagram tekanan – entalphi dalam gambar 4

                 (a). Diagram T-s ideal                                (b). Diagram P-h ideal

Gambar .4. Diagram daur kompresi uap ideal

Proses – proses yang dapat membentuk daur kompresi uap standar adalah:

1-2. Kompresi adiabatik dan reversibel, dari uap jenuh menuju tekanan     kondensor.

2-3. Pelepasan kalor reversibel pada tekanan konstan, menyebabkan penurunan                                panas lanjut (desuperheating) dan pengembunan refrigeran.

3-4. Ekspansi tidak reversibel pada entalpi konstan, dari cairan jenuh menuju tekanan evaporator.

4-1. Penambahan kalor reversibel pada tekanan tetap, yang menyebabkan penguapan     menuju uap jenuh

2.2.3        Daur kompresi uap nyata

Pada daur kompresi uap nyata proses kompresi berlangsung tidak isentropik, hal ini disebabkan oleh adanya kerugian mekanis, dan pengaruh temperatur lingkungan selama proses kompresi. Gesekan dan belokan pipa, meyebabkan penurunan tekanan didalam alat penukar panas. Akibatnya kompresi dari titik 1 menuju titik 2 memerlukan lebih banyak kerja dibandingkan dengan daur ideal. Untuk menjamin seluruh refrigeran dalam keadaan cair sewaktu memasuki alat ekspansi, diusahakan refrigeran meninggalkan kondensor dalam keadaan sub dingin. Kondisi panas lanjut refrigeran yang meninggalkan evaporator disarankan untuk mencegah kerusakan kompresor akibat terisapnya cairan.

         

   (a). Diagram T-s aktual                               (b). Diagram P-h aktual

Gambar.5. Diagram daur kompresi uap aktual

2.2.4     Prestasi daur kompresi uap

Apabila operasi dimaksudkan untuk tujuan pendinginan, maka indeks prestasi sistim sebanding dengan panas yang diserap evaporator dibanding dengan kerja kompresor sebenarnya.

COP_R =                                                           

Apabila operasi dimaksudkan untuk tujuan pemanasan, maka indeks prestasi sistim merupakan perbandingan antara panas yang dilepaskan kondensor dengan kerja kompresor sebenarnya.

COP_HP =                                                 

Komponen Utama

Mesin pendingin kompresi uap terdiri dari empat komponen utama, yaitu kompresor, kondensor, evaporator, alat ekspansi..

2.4     Dasar – Dasar Psikrometri

Psikrometri merupakan kajian tentang sifat – sifat campuran udara dan uap air, yang mempunyai arti penting di dalam bidang teknik pengkondisian udara, karena udara atmosfir tidak kering betul tetapi merupakan campuran udara dan uap air.

2.4.1 Garis jenuh (saturation line).

Garis jenuh adalah garis yang menunjukkan batas uap air yang mulai mengembun jika uap ini didinginkan dengan tekanan tetap.

2.4.2 Kelembaban relatif.

Kelembaban relatif  (relative humidity) didefenisikan sebagai perbandingan fraksi molekul uap air di dalam udar basah terhadap fraksi molekul uap air jenuh pada temperatur dan tekanan yang sama sehingga :

2.4.3    Rasio kelembaban.

Rasio kelembaban (humidity ratio) adalah berat atau massa air yang terkandung dalam setiap kilogram udara kering.

W =                                     

W =                               

Dimana:

P_s = tekanan parsial uap air dalam keadaan jenuh

P_t = tekanan atmosferik = P_a + P_s, Pa

2.4.4    Entalpi.

Entalpi h campuran udara kering dan uap air adalah jumlah dari entalpi udara kering dan entalpi uap air.

2.4.5    Volume spesifik.

Untuk menghitung volume spesifik v campuran udara – uap, digunakan persamaan gas ideal. Volume spesifik adalah volume udara campuran dengan satuan meter – kubik per kilogram uadara kering.

Dari persamaan gas ideal, volume spesifik v adalah:

                v =          m³/kg udara kering

2.4.6    Temperatur bola basah dan bola kering.

Temperatur bola basah T_wb didapatkan dengan menggunakan termometer alkohol, yaitu dengan membalut sensor dengan kain basah untuk menghilangkan pengaruh radiasi panas. Temperatur bola kering T_db dapat dibaca pada temperatur alkohol dengan sensor kering dan terbuka.

                               

3.     Prosedur Percobaan

Alat Ukur Yang Digunakan

1. Alat Ukur Tekanan

Untuk mengukur tekanan refrigeran digunakan pengukur tekanan tabung bourdon yang banyak digunakan dalam pengukuran tekanan statik.

2. Alat Ukur Temperatur

Alat ukur yang digunakan untuk pengukuran temperatur adalah termometer jenis cairan dalam glass (alkohol).

3. Pengukuran Daya

Alat pengukur daya digunakan untuk pengukuran daya fan dan daya  kompresor. Alat ukur yang dipakai adalah Ampermeter untuk menghitung jumlah arus yang masuk dari sumber dan Voltmeter untuk menghitung besar tegangan yang diterima oleh kompresor dan fan.

Daya adalah perkalian kuat arus I (A), dengan tegangan listrik V (Volt) dikali dengan phi () yang nilainya dari 0 sampai dengan 1.

P =

Susunan alat ukur tegangan (voltmeter) dan kuat arus (ampermeter) dapat dilihat pada gambar 3.8.

 Skema pengukuran daya kompresor

1.      Cek air yang ada pada wadah termometer bola basah disaluran udara evaporator dan kondensor.

2.      Hubungkan kabel input ke sumber listrik.

3.      Hubungkan kabel input kompresor ke sumber listrik

4.      Cek kerja kompresor dengan mengamati perubahan tekanan yang terjadi pada pressure gauge, bila terjadi perubahan lanjutkan ke prosedur berikutnya.

5.      Biarkan mesin tetap bekerja sampai kondisi stabil dengan memperhatikan jarum ukur pressure gauge menunjukkan angka tertentu.

6.      Amati dan catat perubahan tekanan yang terjadi pada tingkat keadaan 1 sampai dengan tingkat keadaan 4 dan juga catat perubahan temperatur refrigeran pada masing-masing tingkat keadaan tersebut.

7.      Amati dan catat perubahan temperatur bola basah dan temperatur bola kering pada saluran udara evaporator dan saluran udara kondensor.

8.      Lakukan prosedur diatas beberapa kali dengan sistematis.