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