Buku Ajar Teknik Pendingin dan Penukar Kalordigilib.polban.ac.id/files/disk1/66/jbptppolban-gdl-drirharyad... · 1.2 Klasifikasi Mesin Pendingin ... Gambar IV-6 Prinsip kerja

BUKU I BAHAN AJAR

TEKNIK PENDINGIN DAN PENUKAR KALOR

Penyusuan Bahan Ajar Dalam Kurikulum Berbasis

Kompetensi (Kurikulum 2007) ini dibiayai dari PHKI

Politeknik Negeri Bandung

Departemen Pendidikan Nasional

Tahun Anggaran 2009

Disusun Oleh :

Ir. Haryadi, MT

NIP : 131 911 646

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2010

BA 09 PBME3162 01

Teknik Pendingin dan Penukar Kalor

i

HALAMAN PENGESAHAN

1. Identitas Bahan Ajar

a. Judul Bahan Ajar : Teknik Pendingin dan Penukar Panas

b. Mata Kuliah / Semester : Teknik Pendingin dan Penukar Panas/ V

c. SKS (T-P) /Jam (T-P) : 2(2-4)/(2-4)

d. Jurusan : Teknik Mesin

e. Program Studi : Teknik Mesin

e. Nomor Kode Mata Kuliah : PBME3162

2. Penulis

a. Nama : Ir. Haryadi, MT

b. NIP : 131 911 646

c. Pangkat / Golongan : III/d

d. Jabatan Fungsional : Lektor

e. Program Studi : Teknik Mesin

f. Jurusan : Teknik Mesin

Bandung, 17 Juli 2010

Mengetahui,

Ketua KBK

Ir. Ali Mahmudi, MSc.

NIP.

Penulis,

Ir. Haryadi, MT

NIP. 131 911 646

Menyetujui,

Ketua Jurusan / Program Studi

Dr. Carolus Bintoro, Dipl. Ing., MT.

NIP. 131932818


ii

DAFTAR ISI

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................................... i

DAFTAR ISI ..................................................................................................................... ii

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................... vi

DESKRIPSI MATA KULIAH ......................................................................................... 1

CARA PENGGUNAAN ................................................................................................... 1

BAB I ................................................................................................................................ 2

PENGANTAR TEKNIK PENDINGIN ............................................................................ 2

1.1 Sejarah ................................................................................................................ 2

1.2 Klasifikasi Mesin Pendingin .............................................................................. 3

1.3 Kesimpulan ........................................................................................................ 6

1.4 Soal-soal ............................................................................................................. 7

BAB II ............................................................................................................................... 8

TERMODINAMIKA REFRIGERASI ............................................................................. 8

2.1 Hukum-hukum Termodinamika ......................................................................... 8

2.1.1 Hukum Pertama Termodinamika ................................................................ 8

2.1.2 Hukum Kedua Termodinamika .................................................................. 9

2.2 Sifat-sifat Termodinamik Fluida ........................................................................ 9

2.3 Menurunkan Temperatur Fluida ...................................................................... 10

2.4 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap ..................................................................... 13

2.5 Kinerja Mesin Refrigerasi ................................................................................ 15

2.6 Kesimpulan ...................................................................................................... 15

2.7 Soal-soal ........................................................................................................... 16

BAB III ........................................................................................................................... 17

KOMPONEN MESIN REFRIGERASI.......................................................................... 17

3.1 Komponen-komponen Utama .......................................................................... 18

3.1.1 Kompresor ................................................................................................ 18

3.1.2 Kondenser ................................................................................................. 20

3.1.3 Penurun Tekanan ...................................................................................... 20

3.1.4 Evaporator ................................................................................................. 21

3.2 Komponen Pembantu ....................................................................................... 22

3.2.1 Filter Dryer ............................................................................................... 22

3.2.2 Katup Selenoid .......................................................................................... 23


iii

3.2.3 Sight Glass ................................................................................................ 23

3.2.4 Access Port ............................................................................................... 23

3.2.5 Liquid Reciver .......................................................................................... 23

3.3 Peralatan Kontrol ............................................................................................. 24

3.3.1 Termostat .................................................................................................. 24

3.3.2 High-Low Pressurestat .............................................................................. 24

3.3.3 Pelindung Kelebihan Beban Motor ........................................................... 24

3.4 Refrigeran ......................................................................................................... 25

3.4.1 Penomoran Refrigeran Halokarbon .......................................................... 25

3.4.2 Sifat Mampu Nyala dan Tingkat Racun Refrigeran Halokarbon ............. 26

3.4.3 Refrigeran Halokarbon dan Lingkungan Hidup ....................................... 26

3.5 Kesimpulan ...................................................................................................... 28

3.6 Soal-soal ........................................................................................................... 28

BAB IV ........................................................................................................................... 30

PERALATAN INSTALASI ........................................................................................... 30

4.1 Peralatan Pimipaan ........................................................................................... 30

4.1.1 Pemotong Pipa (Cutter) ............................................................................ 30

4.1.2 Pembengkok Pipa (Bender) ...................................................................... 31

4.1.3 Alat untuk flaring and swaging ................................................................. 31

4.2 Alat Brazing ..................................................................................................... 32

4.3 Peralatan Penanganan Refrigeran .................................................................... 33

4.3.1 Pompa Vakum ........................................................................................... 33

4.3.2 Gauge Manifold ........................................................................................ 34

4.3.3 Alat Pendeteksi Kebocoran ....................................................................... 36

4.4 Kesimpulan ...................................................................................................... 36

4.5 Soal-soal ........................................................................................................... 36

BAB V ............................................................................................................................ 37

PENGANTAR PEREPINDAHAN PANAS .................................................................. 37

5.1 Konsep dasar perpindahan panas ..................................................................... 37

5.1.1 Konduksi ................................................................................................... 37

5.1.2 Konveksi ................................................................................................... 39

5.1.3 Radiasi ...................................................................................................... 39

5.1.4 Perpindahan Panas yang Sebenarnya ........................................................ 40

5.2 Sifat-sifat Termal Material ............................................................................... 41

5.3 Analogi panas/kalor dan listrik. ....................................................................... 42

5.4 Kesimpulan ...................................................................................................... 43

5.5 Soal-soal ........................................................................................................... 44

BAB VI ........................................................................................................................... 45

PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI ........................................................................ 45

6.1 Konduksi pada Dinding Datar Satu Dimensi ................................................... 45


iv

6.1.1 Konduksi Tunak pada Dinding Datar Lapis Rangkap .............................. 45

6.1.2 Konduksi pada Dinding Paralel ................................................................ 47

6.1.3 Susunan Kombinasi Seri-Paralel .............................................................. 47

6.2 Konduksi pada Silinder .................................................................................... 48

6.2.1 Silinder Tunggal ....................................................................................... 48

6.2.2 Silinder Ganda Konsentris ........................................................................ 49

6.3 Kesimpulan ...................................................................................................... 49

6.4 Soal-soal ........................................................................................................... 49

BAB VII .......................................................................................................................... 51

KONVEKSI .................................................................................................................... 51

7.1 Aliran Laminer di dalam Pipa .......................................................................... 52

7.2 Aliran Turbulen di dalam Pipa ......................................................................... 52

7.3 Aliran di Luar Pipa ........................................................................................... 53

7.4 Aliran Konveksi pada Susunan Kelompok Pipa .............................................. 54

7.5 Kesimpulan ...................................................................................................... 55

7.6 Soal-soal ........................................................................................................... 55

BAB VIII ........................................................................................................................ 56

DASAR PENUKAR PANAS ......................................................................................... 56

8.1 Jenis Penukar kalor .......................................................................................... 56

8.1.1 Penukar kalor pipa ganda ( Concentric tube heat exchanger ) ................. 56

8.1.2 Penukar Panas Selongsong dan Pipa (Shell and Tube) ............................. 57

8.1.3 Penukar Panas Alir Silang ( Cross-flow Heat Exchanger ) ...................... 60

8.1.4 Penukar Kalor Kompak (Compact heat exchanger) ................................. 60

8.2 Perhitungan Kapasitas Penukar Panas ............................................................. 61

8.2.1 Metode LMTD .......................................................................................... 61

8.2.2 Metode NTU ............................................................................................. 62

8.3 Kesimpulan ...................................................................................................... 63

8.4 Soal-soal ........................................................................................................... 63

BAB IX ........................................................................................................................... 65

ESTIMASI BEBAN PENDINGINAN ........................................................................... 65

9.1 Faktor-faktor dalam estimasi beban pendinginan ............................................ 65

9.2 Jenis Beban Pendinginan .................................................................................. 65

9.3 Psikrometri ....................................................................................................... 66

9.4 Dasar-dasar Estimasi Beban Pendinginan ........................................................ 67

9.4.1 Kondisi perencanaan Udara Luar ............................................................. 67

9.4.2 Kondisi Perencanaan Dalam Ruangan ...................................................... 67

9.4.3 Lembar Perhitungan Beban Penyegaran Udara ........................................ 68

9.5 Kesimpulan ...................................................................................................... 75

9.6 Soal-soal ........................................................................................................... 76


v

REFERENSI ................................................................................................................... 78

GBPP (Garis-garis Besar Program Pengajaran) ............................................................. 79

SAP (Satuan Acara Perkuliahan) .................................................................................... 80


vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar I-1 Mesin refrigerasi absorpsi ............................................................................ 4

Gambar I-2 Mesin refrigerasi siklus udara ...................................................................... 5

Gambar I-3 Mesin refrigerasi siklus ejektor uap ............................................................. 5

Gambar II-1 Diagram T – v dari fluida ............................................................................. 9

Gambar II-2 Diagram Molier R 134a ............................................................................. 11

Gambar II-3 Diagram Molier R 22 ................................................................................ 12

Gambar II-4 Diagram T – v dari fluida Diagram T –s dan P – h dari siklus refregerasi

kompresi uap ........................................................................................... 13

Gambar II-5 Skema peralatan utama siklus refrigerasi kompresi uap ........................... 14

Gambar III-1 Komponen-komponen mesin refrigerasi ................................................. 17

Gambar III-2 Jenis kompresor refrigerasi menurut cara karjanya .................................. 18

Gambar III-3 Jenis kompresor refrigerasi menurut letak motornya: terbuka, hermetik

dan semihermetik .................................................................................... 19

Gambar III-4 Berbagai jenis kondenser ......................................................................... 20

Gambar III-5 Katup ekspansi termostatik ..................................................................... 21

Gambar III-6 Jenis-jenis evaporator ............................................................................. 22

Gambar III-7 Filter dryer, tipe replaceble dan core ..................................................... 23

Gambar III-8 Katup selenoid ........................................................................................ 23

Gambar III-9 Sight glass ............................................................................................... 23

Gambar III-10 Hi-lo Pressurestat .................................................................................... 24

Gambar III-11 Cara penomoran hidrokarbon ................................................................. 26

Gambar III-12 ODP bebagai jenis refrigeran .................................................................. 27

Gambar III-13 GWP bebagai jenis refrigeran ................................................................. 27

Gambar IV-1 Alat pemotong pipa dan alat pemotong pipa kapiler .............................. 31

Gambar IV-2 Alat pembengkok pipa ............................................................................ 31

Gambar IV-3 Alat flaring dan swaging ......................................................................... 32

Gambar IV-4 Alat-alat brazing ..................................................................................... 33

Gambar IV-5 Gauge Manifod, dua laluan dan empat laluan ........................................ 34

Gambar IV-6 Prinsip kerja manifold ............................................................................. 35

Gambar IV-7 Manfold empat laluan ............................................................................. 35


vii

Gambar V-1 Konduksi pada kawat .............................................................................. 38

Gambar V-2 Konduksi satu dimensi pada dinding pelat ............................................. 38

Gambar V-3 Konveksi ................................................................................................. 39

Gambar V-4 Radiasi .................................................................................................... 40

Gambar V-5 Konduktivitas berbagai material ............................................................. 41

Gambar V-6 Konduktivitas berbagai padatan .............................................................. 41

Gambar V-7 Konduktivitas berbagai gas ..................................................................... 42

Gambar V-8 Konduksi konveksi ................................................................................. 43

Gambar VI-1 Konduksi tunak pada dinding datar lapis rangkap .................................. 46

Gambar VI-2 Konduksi tunak pada dinding datar paralel ............................................ 47

Gambar VI-3 Konduksi tunak pada dinding datar kombinasi seri dan paralel ............. 48

Gambar VI-4 Konduksi tunak pada silinder ................................................................. 48

Gambar VI-5 Konduksi silider ganda konsentris .......................................................... 49

Gambar VII-1 Konveksi pada dinding luar silinder ....................................................... 53

Gambar VII-2 Susunan kelompok pipa: (a) Tegak (b) Miring ...................................... 54

Gambar VIII-1 Penukar panas pipa ganda, paralel dan berlawanan arah ....................... 56

Gambar VIII-2 Jenis-jenis selongsong menurut TEMA ................................................ 57

Gambar VIII-3 Jenis-jenis susunan pipa ........................................................................ 58

Gambar VIII-4 Pengaturan deretan pipa ........................................................................ 59

Gambar VIII-5 Pengaturan deretan pipa: ....................................................................... 59

Gambar VIII-6 Penukar panas kompak ......................................................................... 60

Gambar VIII-7 Distribusi temperatur pada penukar panas pipa ganda ......................... 61

Gambar VIII-8 Faktor koreksi untuk penukar panas selongsong pipa .......................... 61

Gambar VIII-9 Efektivitas untuk penukar panas selongsong pipa ................................ 63

Gambar IX-1 Skema diagram psikrometri ................................................................... 66

Gambar IX-2 Sudut deklinasi matahari ........................................................................ 69

Gambar IX-3 Faktor amplitudo dan kelambatan waktu untuk dinding beton ............. 73


viii

DAFTAR TABEL

Tabel I-1 Aplikasi mesin refrigerasi ................................................................................ 6

Tabel V-1 Analogi listrik - kalor .................................................................................... 42

Tabel VII-1 Harga khas koefisien perpindahan panas konveksi .................................... 52

Tabel VII-2 Harga C dan m untuk aliran melintang pipa tunggal .................................. 53

Tabel VII-3 Harga C dan m untuk persamaan konveksi pada sekelompok pipa ............ 54

Tabel IX-1 Kondisi temperatur dan kelembaban untuk berbagai keperluan ................. 68

Tabel IX-2 Faktor transmisi dari jendela ....................................................................... 70

Tabel IX-3 Jumlah penggantian N vetilasi alami ........................................................... 71

Tabel IX-4 Kebutuhan udara untuk penghuni untuk penyegaran .................................. 71

Tabel IX-5 Jumlah panas per orang dan faktor kelompok .............................................. 74

Tabel IX-6 Beban panas kegiatan masak dan makanan ................................................. 75

Tabel IX-7 Ringkasan Lembar Perhitungan Beban ....................................................... 77


1

DESKRIPSI MATA KULIAH

Identitas Mata Kuliah

Judul Mata Kuliah : Teknik Pendingin dan Penukar Kalor

Nomor Kode / SKS : KBME 2082 / 2

Semester / Tingkat : III / 1

Prasyarat : Termodinamika

Jumlah Jam/Minggu : 4

Ringkasan Topik / Silabus

Mata kuliah Teknik Pendingin dan Penukar Kalor membahas Teknik Refrigerasi

dan penyejuk AC digunakan untuk mendinginkan produk, proses, atau lingkungan

gedung.

Kompetensi Yang Ditunjang

1. Menghitung daya kompresor dan koefisien performansi mesin refrigerasi.

2. Menginstalasi dan memperbaiki mesin refrigerasi.

3. Menghitung kapasitas penukar panas.

4. Menghitung beban pendingin secara sederhana.

5.

Tujuan Pembelajaran Umum

1. Mahasiswa memahami berbagai teknik refrigerasi.

2. Mahasiswa memahami cara kerja mesin refrigerasi kompresi uap dan

komponen-komponennya, menghitung kinerja dan kebutuhan dayanya.

3. Mahasiswa dapat menginstalasi dan memperbaiki mesin refrigrasi.

4. Mahasiswa memahami cara kerja penukar panas dan dapat mengitung

kapasitasnya.

5. Mahasiswa dapat menghitung beban pendinginan secara sederhana.

Tujuan Pembelajaran Khusus

1. Memberikan wawasan dan pengetahuan kepada mahasiswa mengenai sejarah

teknik pendingin, berbagai macam metode pendinginan, jenis-jenis

refrigerasi termodinamik, dan penggunaan teknik pendinginan dalam

kehidupan sehari-hari.

2. Mahasiswa mampu memahami aspek termodinamika dari mesin pendingin

siklus kompresi uap.

3. Mahasiwa dapat memahami komponen-komponen sistem mesin refrigerasi

4. Mahasiswa mengetahui jenis dan cara kerja peralatan instalasi referigerasi.

Judul Buku Ajar

2

5. Mahasiswa memahami dasar-dasar perpindahan panas untuk perhitungan

penukar kalor.

6. Memahami prinsip perpindahan panas konduksi tunak (steady) dan diagram

termal pada dinding datar dan silinder.

7. Memahami prinsip perpindahan panas konveksi paksa di dalam dan di luar

pipa, serta kelompok pipa.

8. Memahami dasar dan prinsip perpindahan kalor pada penukar panas

9. Memahami dasar dan prinsip estimasi/perhitungan beban pendinginan.


1

CARA PENGGUNAAN

Pedoman Mahasiswa

1. Bacalah dan pelajarilah setiap uraian materi setiap bab dalam bahan ajar ini

secara runtut, teliti, dan cermat.

2. Catat atau tandai hal-hal yang anda anggap penting.

3. Apabila ada yang kurang jelas, diskusikan dengan teman-teman anda atau

carilah sumber lain yang sesuai atau tanyakan kepada penyusun bahan ajar

ini.

4. Setelah anda memahami uraian materi dalam setiap bab, baca referensi untuk

memperkuat pemahaman.

Pedoman Pengajar

1. Bacalah dan pelajarilah setiap uraian materi setiap bab dalam bahan ajar ini

secara runtut, teliti, dan cermat.

2. Catat atau tandai hal-hal yang anda anggap penting.

3. Apabila ada yang kurang jelas, diskusikan dengan pengajar yang lain atau

carilah sumber lain yang sesuai atau tanyakan kepada penyusun bahan ajar

ini.

4. Setelah anda memahami uraian materi dalam setiap bab, baca referensi untuk

memperkuat pemahaman.

5. Catat ketidakterkaitan antar bab dalam bahan ajar ini.

6. Catat ketidaksinambungan dengan mata kuliah yang berperan (tergabung)

sebagai satu modul dalam sistem pendidikan.

Penggunaan Ilustrasi dalam Bahan Ajar

1. Foto

2. Gambar

3. Sketsa

4. Tabel

5. Grafik

6. Diagram

7. Skema


2

BAB I PENGANTAR TEKNIK PENDINGIN


1. Memberikan wawasan dan pengetahuan kepada mahasiswa mengenai sejarah

teknik pendingin, berbagai macam metode pendinginan, jenis-jenis refrigerasi

termodinamik, dan penggunaan teknik pendinginan dalam kehidupan sehari-

hari.


1. Mahasiswa bersikap positif terhadap teknik pendingin.

2. Mahasiswa dapat menyebutkan berbagai metoda pendinginan.

3. Mahasiswa dapat menyebutkan berbagai jenis siklus pendingin termodinamik.

4. Mahasiswa dapat menyebutkan berbagai jenis penggunaan pendinginan.

1.1 Sejarah

Teknik pendingin atau refrigerasi didefinisikan sebagai teknik atau metoda

untuk menghasilkan kondisi bertemperatur rendah atau menjaga sesuatu tetap

bertemperatur rendah. “Bertemperatur rendah” dalam bahasa sehari-hari biasa

disebut “dingin”.

Teknik pendingin atau refrigerasi juga bisa diartikan sebagai teknik pengambilan

atau pemindahan kalor dari suatu zat atau tempat terisolasi ke zat atau tempat

lain. Teknik untuk menghasilkan zat bertemperatur sangat rendah (di bawah

150°C) disebut kriogenik.

Penggunaan es untuk mendinginkan dan mengawetkan makanan telah dimulai

sejak zaman prasejarah. Dari masa ke masa, pemanenan salju dan es musiman

adalah praktek rutin dari sebagian besar budaya kuno, seperti: Cina, Ibrani,

Yunani, Roma, Persia. Es dan salju disimpan di gua-gua atau lubang-lubang

yang dilapisi dengan jerami atau bahan isolasi lain. Persia es disimpan dalam

lubang-lubang disebut yakhchals. Praktek ini memungkinkan pengawetanan

makanan pada masa-masa yang lebih hangat, dan berjalan dengan baik selama

berabad-abad.

Pada abad ke-16, penemuan kimia pendingin adalah salah satu langkah pertama

yang signifikan menuju pembuatan mesin pendingin. Natrium nitrat atau kalium

nitrat, saat ditambahkan ke air, menurunkan suhu air dan menciptakan semacam

mandi untuk mendinginkan zat pendingin. Di Italia, teknik ini digunakan untuk

mendinginkan anggur.

Selama paruh pertama abad ke-19, pemanenan es menjadi bisnis besar di

Amerika. Frederic Tudor dari New England, yang menjadi dikenal sebagai "Raja

Es", mengembangkan insulasi yang lebih baik untuk pengiriman es jarak jauh,

terutama untuk daerah tropis.

Judul Buku Ajar

3

Seorang Amerika yang tinggal di Britania Raya, Jacob Perkins, memperoleh

paten pertama untuk sistem pendingin kompresi uap-pada tahun 1834. Perkins

membangun sebuah sistem prototipe dan benar-benar bekerja, meskipun tidak

berhasil secara komersial.

Tahun 1902, Dr Willis H. Carrier ("Bapak Penyejuk Udara") membangun AC

pertama untuk memerangi kelembaban di dalam sebuah perusahaan percetakan,

sehingga memungkinkan pectakan empat warna. Pada masa sekarang ini banyak

industri yang bergantung pada pengkondisian udara untuk melangsungkan

proses.

Pada tahun 1908, sistem pendingin kompresi uap tertutup disajikan pertama di

dunia, pada Kongres Internasional Pertama Pendinginan dengan sukses. Prestasi

ini merupakan revolusi pendingin karena tidak membutuhkan refrigeran

tambahan selama hidup operasinya.

Bioskop dengan pengkondisi udara (AC) pertama dibuka di Los Angeles,

California (Grauman Metropolitan Teater), pada tahun 1920.

1.2 Klasifikasi Mesin Pendingin

Saat ini aplikasi mesin pendingin meliputi bidang yang sangat luas, mulai dari

keperluan rumah tangga, pertanian, sampai ke industri gas, petrokimia,

perminyakan dsb. Berbagai jenis mesin pendingin yang bekerja berdasarkan

berbagai proses dan siklus dapat ditemui dalam praktek. Namun demikian mesin

pendingin dapat dikelompokan berdasarkan jenis siklusnya dan jenis

pemakaiannya.

Pedinginan dapat dilakukan dengan berbagai cara. Berdasarkan jenis siklusnya

mesin refrigerasi dapat dikelompokan menjadi:

1. Mesin pendingin siklus termodinamika.

2. Mesin pendingin silus termo-elektrik.

3. Mesin pendingin siklus termo-magnetik.

Pendingin termoelektrik menggunakan efek Peltier untuk membuat fluks panas

di antara juction dua jenis material. Pendingin Peltier, pemanas, atau pompa

panas termoelektrik adalah pompa panas solid-state yang memindahkan panas

dari dingin ke panas, dengan menggunakan energi listrik.. Cukup

menghubungkannya ke tegangan DC akan menyebabkan satu sisi mendingin,

sementara sisi lain menghangat. Pendinginan magnetik bisa dilakukan dengan

menurunkan kuat medan magnet pada zat paramagnetik, seperti tawas besi

amonium.

Yang termasuk mesin refrigerasi siklus termodinamika antara lain:

1. Mesin refrigerasi Siklus Kompresi Uap.

2. Mesin refrigerasi Siklus Absorbsi.

3. Mesin refrigerasi Siklus Jet Uap.

4. Mesin refrigerasi Siklus Udara.

5. Mesin refrigerasi Tabung Vorteks.

Judul Buku Ajar

4

6. Pendinginan Evaporatif.

Beberapa dari mesin refrigerasi siklus termodinamika yang penting, akan

diterangkan di sini. Mesin refrigerasi siklus kompresi uap, akan dibahas pada

bab II.

Mesin refrigerasi absorbsi mempunyai enam buah seperti yang ditunjukan pada

Gambar I.1. Untuk menaikkan tekanan, mesin refrigerasi absorbsi menggunakan

absorber, pompa dan generator. Fluida kerja yang digunakan adalah campuran

tak bereaksi seperti air (H2O) – ammonia (NH3), atau Lithium Bromida (LiBr2)

– Air (H2O). Pada sistem H2O – NH3, air berfungsi sebagai absorben dan

amonia berfungsi sebagai refrigeran. Sedangakan pada sistem LiBr2 – H2O,

LiBr2 berfungsi sebagai absorben dan H2O berfungsi sebagai refrigeran.

Campuran refrigeran – absorben dipanaskan di dalam generator sehingga

refrigeran menguap dan terpisah dari absorben. Uap refrigeran selanjutnya

dimurnikan dalam rectifier dengan mendinginkannya sehingga uap absorben

yang terbawa akan mengembun dan mengalir kembali ke generator. Uap

refrigeran murni kemudian diembunkan di kondensor; kondensatnya kemudian

diekspansikan dan menyerap panas dengan penguapan di evaporator. Uap

refrigeran yang keluar dari evaporator dicampur dengan absorben (larutan

lemah) yang keluar dari generator; melewati katup ekspansi agar tekanannya

sama dengan tekanan evaporator. Proses absorbsi refrigeran biasanya

berlangsung secara eksotermal; hasil dari proses ini akan menghasilkan

campuran refrigeran - absorben (larutan kuat) yang selanjutnya dipompakan ke

generator.

Gambar I-1 Mesin refrigerasi absorpsi

Selain mesin refrigerasi absorbsi, mesin refrigerasi siklus udara termasuk yang

banyak digunakan. Biasanya digunakan pada pesawat terbang, dan sistem ini

baru bekerja apabila pesawat telah terbang. Udara luar dengan kecepatan tinggi

ditangkap oleh difusor sehingga kecepatannya menjadi lebih lambat ketika

memasuki sistem. Proses ini akan menyebabkan temperatur dan tekanan udara

Judul Buku Ajar

5

meningkat. Untuk menurunkan temperaturnya maka udara dilewatkan pada

ekspander turbo sebelum memasuki kabin pesawat dan menyerap beban panas

yang timbul di sana. Udara kemudian dialirkan ke luar pesawat dengan

menggunakan kompresor.

Gambar I-2 Mesin refrigerasi siklus udara

Mesin refrigerasi ejektor uap, air digunakan sebagai refrigeran. Air dididihkan di

boiler, uap yang terbentuk dilewatkan dalam ejektor. Seksi tekanan rendah

dalam ejektor dihubungkan dengan evaporator dengan demikian tekanan

evaporator menjadi rendah dan uap yang terbentuk tertarik oleh aliran uap

berkecepatan tinggi dalam ejektor dan dibawa ke kondensor untuk diembunkan.

Kondensat yang terjadi dalam kondensor sebagian dialirkan ke eavaporator

setelah melewati katup ekspansi dan sisanya masuk ke dalam boiler untuk

diuapkan kembali. Gambar I.3 menunjukkan skema mesin refrigerasi eektor

uap..

Gambar I-3 Mesin refrigerasi siklus ejektor uap

Judul Buku Ajar

6

Berdasarkan aplikasinya mesin refrigerasi dapat dikelompokan seperti yang

ditunjukan pada Tabel I.1.

Tabel I-1 Aplikasi mesin refrigerasi

Jenis Mesin refrigerasi Contoh

Refrigerasi Domestik Lemari es, dispenser air

Refrigerasi Komersial Pendingin minuman botol, box es

krim, lemari pendingin supermarket

Refrigerasi Industri Pabrik es, cold storage, mesin

pendingin untuk industri proses

Refrigerasi transport Refrigerated truck, train and

containers

Pengkondisian udara domestik dan

komersial

AC window, split, dan package.

Chiller Water cooled and air cooled chillers

Mobile Air Condition (MAC) AC mobil

1.3 Kesimpulan

Manfaat pendinginan sudah diketahui sejak lama, terutama untuk pengawetan

makanan.

Jacob Perkins, memperoleh paten pertama untuk sistem pendingin kompresi

uap-pada tahun 1834.

Mesin refrigerasi bekembang dari waktu ke waktu sebelum sampai ke bentuk

yang sekarang ini.

Tahun 1902, Dr Willis H. Carrier ("Bapak Penyejuk Udara") membangun AC

pertama untuk memerangi kelembaban di dalam sebuah perusahaan percetakan,

sehingga memungkinkan pecetakan empat warna.

Berdasarkan jenis siklusnya mesin refrigerasi dapat dikelompokan menjadi:

1. Mesin pendingin siklus termodinamika.

2. Mesin pendingin silus termo-elektrik.

3. Mesin pendingin siklus termo-magnetik.

Yang termasuk mesin refrigerasi siklus termodinamika antara lain:

1. Mesin refrigerasi Siklus Kompresi Uap.

2. Mesin refrigerasi Siklus Absorbsi.

3. Mesin refrigerasi Siklus Jet Uap.

4. Mesin refrigerasi Siklus Udara.

5. Mesin refrigerasi Tabung Vorteks.

6. Pendinginan Evaporatif.

Aplikasi mesin refrigerasi tedapat pada bebagai bidang yang luas, termasuk:

Refrigerasi Domestik, Refrigerasi Komersial, Refrigerasi Industri,

Judul Buku Ajar

7

Refrigerasi transport, Pengkondisian udara domestik dan komersial, Chiller,

dan Mobile Air Condition.

1.4 Soal-soal

1. Jelaskan secara singkat perkembangan refrigerasi.

2. Sebutkan jenis-jenis mesin refrigerasi menurut siklusnya.

3. Sebutkan jenis-jenis mesin refrigerasi siklus termodinamika.

4. Sebutkan aplikasi mesin refrigerasi pada kehidupan sehari-hari.


8

BAB II TERMODINAMIKA REFRIGERASI


1. Mahasiswa mampu memahami aspek termodinamika dari mesin pendingin

siklus kompresi uap.


1. Mahasiwa dapat menjelaskan hukum-hukum termodinamika yang berkaitan

dengan refrigerasi.

2. Mahasiwa dapat menjelaskan sifat-sifat fluida yang berkaitan dengan refrigerasi.

3. Mahasiwa dapat menjelaskan cara menurunkan temperatur fluida.

4. Mahasiwa dapat menjelaskan cara kerja siklus refrigerasi kompresi uap.

5. Mahasiwa dapat menghitung kinerja mesin refrigerasi

2.1 Hukum-hukum Termodinamika

Mesin pendingin bekerja berdasarkan prinsip-prinsip termodinamika. Oleh

karena itu perlu kiranya mengingat kembali hukum-hukum termodinamika. Kita

mengenal hukum pertama dan hukum kedua termodinamika. Akan tetapi

sebelum kedua hukum tersebut, ada suatu prinsip yang dikenal dengan hukum

ke-nol termodinamika, yaitu bahwa panas atau kalor hanya berpindah dari

temperatur tinggi ke temperatur rendah. Selanjutnya akan dibahas hukum

pertama dan hukum kedua termodinamika.

2.1.1 Hukum Pertama Termodinamika

Hukum termodinamika pertama adalah hukum kekekalan energi dan merupakan

ekspresi dari prinsip konservasi energi. Energi tak dapat diciptakan ataupun

dimusnahkan; energi hanya dapat berubah bentuk dari satu bentuk energi ke

bentuk energi yang lain.

Selama berinteraksi, antara sistem dan sekeliling, jumlah energi yang didapat

oleh sekeliling harus sama dengan energi yang dilepas oleh sistem, atau

sebaliknya.

Energi dapat berbentuk panas atau kalor, kerja, energi kinetik, energi potensial,

atau bentuk lain. Dalam pembahasan mesin refrigerasi, yang diperhitungkan

hanyalah perubahan-perubahan energi kalor dan kerja. Perubahan energi dalam

bentuk kinetik dan potensial diabaikan.

Judul Buku Ajar

9

2.1.2 Hukum Kedua Termodinamika

Untuk memahami perubahan-perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lain

tidak cukup dengan hukum ke-nol dan kekalan energi saja. Misalnya, perubahan

energi yang terjadi pada peristiwa jatuhnya suatu benda ke atas tanah dapat

diterangkan dengan hukum pertama. Tanah dan benda menjadi naik

temperaturnya akibat benda yang jatuh di atasnya. Akan tetapi tidak pernah

terjadi, secara sepontan tanah menjadi dingin, dan benda di atasnya meloncat ke

atas. Untuk menerangkan peristiwa ini diperlukan hukum kedua termodinamika.

Hukum kedua termodinamika berkenaan dengan suatu besaran yang disebut

sebagai entropi. Entropi menggambarkan keteraturan atau keterorganisasian

energi. Energi yang teratur dan terorganisasi memiliki entropi yang rendah.

Energi dalam bentuk mekanik, kinetik atau kerja dipandang sebagai energi yang

terorganisasi secara sempurna, sehingga meliliki entropi sama dengan nol. Pada

dasarnya kemanfaatan energi tidak cukup tergambar pada besarnya saja, akan

tetapi juga harus melihat keterorgasisasiannya. Energi yang sudah dimanfaatkan,

akan makin tidak terorganisasi. Oleh karena itu pada setiap peristiwa yang

terjadi secara sepontan, maka akan terjadi produksi entropi, atau terjadi kenaikan

jumlah entropi dari semua yang terlibat.

�� 1

��

�

��

Hukum kedua termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut:

• Jika jumlah entropi sesudah proses lebih besar dari sebelumnya maka proses

akan berlangsung sepontan dan ireversibel (tidak bisa kembali seperti

semula).

• Jika jumlah entropi sesudah proses sama dengan sebelumnya maka proses

akan reversibel.

• Jika jumlah entropi sesudah proses lebih kecil dari sebelumnya maka proses

tidak bisa berlangsung atau mustahil.

2.2 Sifat-sifat Termodinamik Fluida

Refrigerasi siklus termodinamika, memanfaatkan fluida sebagai objek siklus

yang akan digunakan untuk mencapai tujuannya. Obek siklus ini biasa disebut

fluida kerja, yang khusus untuk refrigerasi diesebut refrigeran. Untuk itu perlu

dibahas mengenai sifat-sifat termodinamik fluida.

Gambar II-1 Diagram T – v dari fluida

Judul Buku Ajar

10

Dalam termodinamika, sifat-sifat fluida dinyatakan dalam bentuk persamaan

matematika, tabel atau diagram tingkat keadaan. Gambar 2.1 menunjukkan sifat-

fluida skema diagram temperatur-volumespesifik (T-v) dari suatu fluida.

Garis putus-putus menunjukkan lintasan tingkat keadaan bila suatu cairan

dipanaskan pada tekanan konstan. Sifat-sifat fluida terangkum dalam uraian

berikut ini:

Bila fluida cair dipanaskan pada tekanan tertentu yang konstan, maka akan

terjadi kenaikan temperatur.

Bila dipanaskan lebih lanjut sampai mencapai temperatur didihnya, fluida

tersebut akan mendidih, yang berarti mulai ada perubahan fasa.

Bila dipanaskan lagi, akan terjadi perubahan fasa dari cair menjadi uap, sampai

semua cairan menjadi uap. Selama perubahan fasa ini, fluida tidak mengalami

kanaikan temperatur, dan tetap bertahan pada temperatur pendidihannya

semula.

Bila dipanaskan lagi, barulah fluida akan mengalami kenaikan temperratur

kembali. Kondisi ini disebut superpanas.

Apa yang terjadi jika proses di atas dilakukan pada tekanan yang lebih tinggi?

Ternyata temperatur didihnya akan meningkat, seperti yang terlihat pada P2.

2.3 Menurunkan Temperatur Fluida

Refrigerasi adalah proses penurunan temperatur atau pendinginan. Seperti telah

disebutkan sebelumnya panas hanya dapat berpindah dari temperatur tinggi ke

temperatur rendah. Pada proses refrigerasi, diperlukan suatu cara agar diperoleh

benda dingin tidak sekedar dengan mengkontakkannya dengan benda lain yang

lebih dingin.

Secara termodinamik, fluida dapat diturunkan temperaturnya dengan

menurunkan tekananannya. Agar hal ini dapat berlangsung secara terus-menerus

maka penurunan tekanan ini perlu dilakukan dalam bentuk siklus. Dengan

demikian, untuk mendapatkan suatu pendinginan yang terus-menerus, bisa

dilakukan dalam bentuk siklus berikut ini:

1. Dimulai dengan menurunkan tekanan fluida, sehingga mecapai temperatur

yang diinginkan. Hal ini akan mudah dilakukan bila fluida tersebut

bertakanan tinggi.

2. Menggunakan fluida dingin tersebut untuk melakukan pendinginan.

3. Menaikkan tekanan, dengan demikian temperaturnya akan naik bersamaan

dengan naiknya tekanan. Untuk menaikkan tekanan ini diperlukan kerja

mekanik.

4. Mendinginkan atau melakukan pelepasan kalor dari fluida yang bertekanan

dan bertemperatur tinggi tersebut, misalnya dengan udara bertemperatur

kamar, sehingga diperoleh fluida yang bertekanan tinggi, dengan temperatur

yang mendekati temperatur kamar.

Selanjutnya dapat dibangun suatu mesin referigerasi yang bekerja secara siklus.


17

BAB III KOMPONEN MESIN REFRIGERASI


1. Mahasiwa dapat memahami komponen-komponen sistem mesin refrigerasi


1. Mahasiswa dapat menjelaskan fungsi dan cara kerja komponen utama sistem

mesin refrigerasi

2. Mahasiswa dapat menjelaskan fungsi dan cara kerja komponen pembantu sistem

mesin refrigerasi

3. Mahasiswa dapat menjelaskan fungsi dan cara kerja peralatan kontrol sistem

mesin refrigerasi

Sebagai suatu sistem, mesin refrigerasi terdiri atas berbagai komponen. Untuk

mudahnya, komponen-komponen itu dibagi menjadi 3 kelompok, yaitu:

1. Komponen utama: yaitu komponen yang tanpa komoponen tersebut mesin

refrigerasi sama sekali tidak dapat bekerja.

2. Komponen pendukung: yaitu komponen yang mendukung komponen utama.

3. Komponen pengontrol: yaitu komponen yang digunakan untuk mengontrol

kerja mesin refrigerasi.

Tidak semua sistem mesin refrigerasi memiliki komponen yang lengkap

mencakup semua komponen di atas. Pada umumnya, makin besar kapasitas

pendinginan, diperlukan komponen yang makin lengkap. Gambar 3.1

menunjukkan skema sistem mesin refrigerasi. Bab ini akan membahas

komponen-komponen tersebut secara lebih detail.

Gambar III-1 Komponen-komponen mesin refrigerasi

Judul Buku Ajar

18

3.1 Komponen-komponen Utama

3.1.1 Kompresor

Pada sistem mesin refrigerasi kompresor berfungsi seperti jantung. Kompresor

berfungsi untuk mensirkulasikan refrigeran dan menaikan tekanan refrigeran

agar dapat mengembun di kondensor pada temperatur di atas temperatur udara

sekeliling.

Berdasarkan cara kerjanya, kompresor yang biasa dipakai pada sistem

refrigerasi dapat dibagi menjadi:

1. Kompresor perpindahan (positive displacement): yaitu kompresor yang

memerangkap refrigeran dalam suatu ruangan yang terpisah dari saluran

masuk dan keluarnya, kemudian dimampatkan. Kompresor ini dapat dibagi

lagi menjadi:

a. Bolak-balik (reciprocating): kompresor torak.

b. Putar (rotary):

i. Kompresor sudu luncur (rotary vane atau sliding vane)

ii. Kompresor ulir (screw)

iii. Kompresor gulung (Scroll)

2. Kompresor turbo: yaitu kompresor yang melakukan transfer momentum

sudut secara kontinyu dari impeler ke uap refrigeran, dan selanjutnya

dikonversi menjadi kenaikan tekanan. Kompresor jenis turbo yang

digunakan pada sistem refrigerasi hanyalah kompresor sentrifugal saja.

Rasio kompresi ditingkatkan dengan menyusun impeler-impeler dalam

susunan seri (multi-stage). Kompresor sentrifugal digunakan pada kapasitas

pendinginan dari 200 sampai 5000 TR (1 ton refrigerasi = 3,5168 kW )

kadang sampai 10.000 TR.

Gambar III-2 Jenis kompresor refrigerasi menurut cara karjanya

3.3 Peralatan Kontro

Perlatan kontrol di

menghasilkan kon

3.3.1 Termostat

Termostat merupa

ruangan atau pro

terdiri dari:

1. Peralatan mas

temperatur yan

2. Sensor tempera

3. Pengolah siny

masukan dan

keputusan dan

4. Aktuator: yan

kompresor dan

3.3.2 High-Low Pressu

High-Low Pressur

yaitu High Pressur

menjaga sisi tekan

berfungsi untuk m

atau keduanya te

termostat, alat ini j

Tekanan sisi tekan

ataranya penyumb

rendah bisa me

penyumbatan atau

Gambar

3.3.3 Pelindung Kelebi

Kompresor herm

melindungi motor

Judul B

ontrol

trol digunakan untuk pengaman dan menjaga siste

n kondisi, seperti temperatur dan kelembaban, yan

erupakan alat kontrol yang digunakan untuk me

u produk pada harga yang diinginkan. Secara

n masukan (input device): yang menerima m

tur yang kita inginkan.

emperatur: yang membaca temperatur ruangan atau

h sinyal dan komparator: yang mengolah data

dan sensor temperatur, kemudian membanding

n dan mengeluarkan perintah kepada aktuator.

r: yang melakukan tindakan pengotrolan, misa

or dan menutup aliran refrigeran.

ssurestat

ressurestat (HLPStat atau Hi-Lo Pressurestat) terd

ressurestat dan Low Pressurestat. High Pressuresta

i tekanan tinggi tidak terlalu tinggi, sedangkan

tuk menjaga sisi tekanan rendah tidak terlalu renda

nya terjadi, sistem mesin referigerasi akan di

at ini juga mempunyai 4 bagian fungsi.

i tekanan tinggi bisa menjadi terlalu tinggi karena

nyumbatan atau overcharged. Sedangkan teka

a menjadi terlalu rendah karena berbagai h

n atau kebocoran. Kedua hal ini merugikan sistem.

mbar III-10 Hi-lo Pressurestat

elebihan Beban Motor

hermetik biasanya dilengkapi dengan pengam

motor dari pemanasan yang berlebihan. Pemanasa

udul Buku Ajar 24

a sistem refrigerasi agar

n, yang diinginkan.

uk menjaga temperatur

ecara umum, termostat

ima masukan, berupa

n atau produk.

data dari temperatur

andingkan, mengambil

, misalkan mematikan

t) terdiri dari 2 bagian,

surestat berfungsi untuk

kan Low Pressurestat

rendah. Bila salah satu

an dihentikan. Seperti

karena berbagai hal, di

tekanan sisi tekanan

gai hal, di ataranya

istem.

engaman yang dapat

anasan yang belebihan


30

BAB IV

PERALATAN INSTALASI


1. Mahasiswa mengetahui jenis dan cara kerja peralatan instalasi referigerasi.


1. Mahasiswa bisa menjelaskan fungsi dan cara kerja peralatan pemipaan.

2. Mahasiswa bisa menjelaskan fungsi dan cara kerja peralatan brazing.

3. Mahasiswa bisa menjelaskan fungsi dan cara kerja peralatan penanganan

referigeran.

Sistem referigerasi di pasaran tersedia dalam berbagai bentuk. Ada yang sudah

jadi siap untuk dipakai seperti kulkas dan AC window, ada yang tersedia dalam

bentuk terpisah yang siap dirakit seperti AC split, ada pula yang tersedia dalam

bentuk terpisah-pisah dimana konsumen harus memilih setiap komponen untuk

dirakit. Untuk sistem dalam bentuk kedua dan ketiga, perlu dirakit oleh teknisi.

Untuk melakukan perakitan instalasi sistem referigerasi tersebut diperlukan

sejumlah peralatan.

Peralatan yang diperlukan ada yang bersifat umum sebagaimana yang

diperlukan oleh teknisi pada umumnya, ada pula yang khusus dan tidak secara

luas dipakai oleh teknisi pada umumnya. Bab ini akan membahas peralatan

khusus tersebut, dan bila diperlukan akan dibahas cara penggunaannya.

4.1 Peralatan Pimipaan

Pada umumnya pipa yang digunakan pada sistem refrigerasi adalah pipa

tembaga. Oleh karena itu perlatan yang diperlukan tidak seperti pemipaan air,

misalnya.

4.1.1 Pemotong Pipa (Cutter)

Pemotong pipa tembaga ini digunakan agar potongan menjadi rata dan pipa tetap

bulat serta tidak ada retakan, hal ini dipenting agar pada saat pipa di flare atau di

swage pipa tidak pecah dan hasilnya baik. Alat pemotong ini berupa rahang

yang diberi anvil dan pisau pemotong. Untuk memakainya, pipa ditempatkan

pada rahang, antara anvil dan pisau, kemudian pisau ditempelkan pada pipa

dengan cara memutar knop, kemudian rahang diputar.

Pipa kapiler juga mempunyai pemotong khusus, sehingga penampang pipa yang

kecil tetap bulat dan tidak tersumbat ketika dipotong.


37

BAB V

PENGANTAR PEREPINDAHAN PANAS


1. Mahasiswa memahami dasar-dasar perpindahan panas untuk perhitungan

penukar kalor.


1. Memahami dan menjelaskan hubungan termodinamika dan perpindahan panas,

dan prinsip dasar mekanisme perpindahan panas konduksi, konveksi dan radiasi

2. Memahami sifat-sifat bahan dalam perpindahan panas

3. Memahami besaran dan satuan perpindahan panas

4. Memahami analogi panas/kalor dan listrik.

5.1 Konsep dasar perpindahan panas

Ilmu perpindahan panas diperlukan utuk menganalisa proses perpindahan panas

dari suatu benda lain atau dari suatu bagian benda ke bagian benda lainnya.

Walaupun di dalam termodinamika perpindahan energi dalam bentuk panas

telah dipelajari, tetapi ilmu termodinamika tidak mampu memberikan suatu

keterangan tentang cara berlangsungnya proses tersebut, lama waktu

perpindahan panas dan perubahan-perubahan temperatur yang terjadi di dalam

sistem.

Termodinamika hanya membahas berdasarkan keadaan awal dan keadaan akhir

dari proses di mana perpindahan energi dalam bentuk panas dipandang sebagai

selisih antara energi yang dipunyai sistem pada keadaan awal dan akhir proses

tersebut, dengan balans energi.

Pada dasarnya perpindahan panas terjadi akibat adanya ketidakseimbangan

(adanya perbedaan temperatur) termal. Proses perpindahan panas yang

sebenarnya terjadi adalah sangat rumit dan memerlukan pengkajian yang cukup

sulit.

Oleh karena itu dilakukan berbagai cara penyederhanaan dalam peninjauan

proses tersebut yaitu dengan jalan memperhatikan hal-hal yang kurang

berpengaruh terhadap proses keseluruhan. Dengan dasar penyederhanaan

tersebut, maka mekanisme perpindahan panas dapat dibedakan atas tiga jenis

yaitu : konveksi, konduksi dan radiasi.

5.1.1 Konduksi

Perpindahan panas konduksi, di mana proses perpindahan panas terjadi antara

benda atau partikel-partikel yang berkontak langsung, melekat satu dengan yang

lainnya; tidak ada pergerakkan relatif di antara benda-benda tersebut. Misalnya


45

BAB VI PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI



termal pada dinding datar dan silinder.


1. Memahami prinsip perpindahan panas konduksi tunak (steady) dan Diagram

termal pada dinding datar lapis tunggal.


termal pada dinding datar lapis rangkap seri, paralel, dan kombinasi.


termal pada dinding silinder radial lapis tunggal.


termal pada dinding silinder radial lapis rangkap susunan seri.

6.1 Konduksi pada Dinding Datar Satu Dimensi

Pada kondisi riil yang sebenarnya, konduksi pada diding datar yang bisa

dipandang sebagai konduksi satu dimensi tidak penah ada. Akan tetapi konduksi

yang terjadi pada dinding relatif tipis dan cukup luas, atau dinding yang keempat

sisinya diisolasi dengan baik, bisa dipandang sebagai konduksi pada dinding

datar satu dimensi.

Tinjau sebuah dinding pelat di mana masing-masing permukaannya

bertemperatur T1 dan T2 (Gambar 5.2). Proses perpindahan energi panas

berlangsung pada medium padat. Laju aliran kalor konduksi, qk dapat ditulis

(berdasarkan hukum Fourier) sbb:

dx

dTkAqk −=

Bahan dengan harga k yang besar bersifat konduktor, sedangkan bahan dengan

harga k yang kecil bersifat isolator. Tahanan termalnya adalah:

kA

LRk =

6.1.1 Konduksi Tunak pada Dinding Datar Lapis Rangkap

Pada sistem susunan listrik seri, besarnya kuat arus I, adalah tetap sepanjang

penghantar selama tidak ada percabangan, sedangkan potensial V, menurun

secara bertahap. Begitu pula pada susunan sistem termal seri, laju perpindahan

panas q, tetap sepanjang aliran kalor, sedangkan temperatur menurun.


51

BAB VII KONVEKSI


1. Memahami prinsip perpindahan panas konveksi paksa di dalam dan di luar pipa,

serta kelompok pipa.


1. Mahasiswa dapat menghitung laju perpindahan panas konveksi paksa pada

aliran laminer di dalam pipa.


aliran turbulen di dalam pipa.


aliran turbulen di luar pipa


aliran turbulen di susunan kelompok pipa

Perpindahan panas konveksi banyak ditemui pada kehidupan sehari-hari maupun

dalam dunia industri, misalnya: dalam memasak, pendingin mobil, pada penukar

panas, dan lain-lain.

Perpindahan panas konveksi terjadi jika fluida yang bergerak bersinggungan

dengan permukaan padat yang temperaturnya berbeda. Perpindahan panas

konveksi bergantung pada gerakan curah (bulk) fluida, tidak seperti konduksi

yang hanya mengandalkan gerakan skala atom atau molekuler. Oleh karena itu,

disamping dipengaruhi oleh sifat-sifat fluida, laju perpindahan panas konveksi

juga ditentukan oleh rezim aliran fluida.

Menentukan laju perpindahan panas konveksi dengan cara analitik seperti

konduksi, tidaklah realistik. Laju perpindahan panas konveksi selalu dinyatakan

dalam korelasi-korelasi bilangan-bilangan tak berdimensi yang diperoleh dari

eksperimen, kecuali dalam beberapa kasus aliran laminer.

Hukum Newton untuk perpindahan panas konveksi adalah:

( )∞−= TTAhq scc

Dimana :

T∞ = temperatur curah fluida

Ts = temperatur permukaan

Bilangan tak berdimensi yang biasa digunakan adalah:

k

hLNu =

Judul Buku Ajar

52

µ

ρVD=Re

k

cPµ=Pr

Catatan: sifat-sifat fluida dievaluasi pada temperatur film (Tf ), kecuali bila

disebutkan, dimana

2

∞+=

TTT sf

Perpindahan panas konveksi dapat dibagi menurut sifat aliran. Bila aliran fluida

terjadi karena penyebab eksternal seperti: pompa, angin, kipas, maka konveksi

yang terjadi adalah konveksi paksa. Bila aliran yang terjadi disebabkan oleh

gaya apung akibat perbedaan densitas, maka konveksi yang terjadi disebut

konveksi bebas. Sedangkan konveksi yang disertai dengan perubahan fasa,

biasanya dimasukkan ke dalam golongan tersendiri.

Tabel VII-1 Harga khas koefisien perpindahan panas konveksi

Proses h (Watt/m².K)

Konveksi bebas

Gas

Cairan

2 – 25

50 – 1000

Konveksi paksa

Gas

Cairan

25 – 250

100 – 20.000

Konveksi dengan perubahan fasa,

pendidihan atau pengembunan

2500 – 100.000

7.1 Aliran Laminer di dalam Pipa

Untuk daerah aliran berkembang penuh dengan laju perpindahan panas konstan:

36,4=Nu

Sedangkan untuk kasus temperatur permukaan konstan:

66,3=Nu

7.2 Aliran Turbulen di dalam Pipa

Untuk aliran turbulen berkembang penuh :

14,0

3/15/4 PrRe027,0

=

s

DNuµµ

Berlaku untuk 700.16Pr7,0 ≤≤ , 000.10Re ≥D , dan 10/ ≥DL


56

BAB VIII DASAR PENUKAR PANAS


1. Memahami dasar dan prinsip perpindahan kalor pada penukar panas.


1. Dapat menyebutkan dan menerangkan jenis-jenis penukar panas.

2. Dapat menghitung kapasitas penukar-panas sederhana.

Penukar kalor (Heat exchanger) adalah suatu alat yang berfungsi untuk

mentransfer/menukar kalor antara dua atau lebih fluida yang memiliki beda

temperatur, tetapi yang sering digunakan adalah penukar kalor dengan dua

macam fluida.

Kedua fluida ini ada yang dipisahkan oleh dinding dan ada juga yang tidak

dipisah, sering disebut sebagai direct contact heat exchanger. Sesuai dengan

fungsinya, penamaan khusus diberikan, seperti pemanas, pendinginan,

kondensor, evaporator, dan lain-lain.

Penguasaan heat exchanger membutuhkan pengetahuan dalam bidang

termodinamika, mekanika fluida dan perpindahan panas.

8.1 Jenis Penukar kalor

8.1.1 Penukar kalor pipa ganda ( Concentric tube heat exchanger )

Penukar kalor pipa ganda ( Concentric tube heat exchanger ) Penukar kalor pipa

ganda merupakan jenis penukar kalor yang paling sederhana, biasanya

digunakan untuk fluida cair pada laju aliran yang relatif rendah. Salah satu fluida

terdapat dalam ruang annulus dan fluida yang lainnya di dalam pipa.

Berdasarkan arah aliran, penukar kalor pipa ganda dibagi menjadi:

• Aliran paralel ( Parallel flow )

• Aliran berlawanan arah ( Counter flow )

Gambar VIII-1 Penukar panas pipa ganda, paralel dan

berlawanan arah


65

BAB IX

ESTIMASI BEBAN PENDINGINAN


1. Memahami dasar dan prinsip estimasi/perhitungan beban pendinginan


1. Mahasiswa dapat menyebutkan faktor-faktor dalam estimasi/perhitungan beban

pendinginan

2. Mahasiswa dapat menyebutkan jenis-enis beban pendinginan

3. Mahasiswa dapat menelaskan proses pendinginan dan pemanasan udara basah.

4. Mahasiswa dapat melakukan estimasi/perhitungan beban pendinginan

Beban pendinginan adalah energi panas yang harus dikeluarkan dari dalam

bangunan dalam rangka untuk mempertahankan kondisi kenyamanan yang

diinginkan.

Perhitungan beban terdiri dari perhitungan tata buku semua energi panas di

dalam gedung. Walaupun prinsip dasarnya sederhana, akan tetapi dapat timbul

masalah karena efek penyimpanan panas dalam massa bangunan. Pada

prakteknya, ini sangat penting untuk menghitung beban puncak beban

pendinginan, bahkan di bangunan ringan.

9.1 Faktor-faktor dalam estimasi beban pendinginan

1. Tempat gedung itu berada, beserta keadaan lingkungannya.

2. Iklim ditempat gedung berada.

3. Jenis pemakaian (penghunian, pemakaian alat bantu, lampu dan sebagainya).

4. Jenis kontruksi bangunan yang dipakai.

5. Orientasi gedung yaitu arah sumbu bangunan.

6. Dan lain-lain.

9.2 Jenis Beban Pendinginan

1. Beban dari luar:

a. Konduksi melalui dinding, pintu, atap, dan lantai

b. Efek rumah kaca (green house effect) karena adanya jendela kaca

c. Panas radiasi

d. Infiltrasi dan ventilasi udara luar

2. Beban dari dalam:

a. Panas yang dihasilkan oleh penghuni

b. Panas yang dikeluarkan lampu

c. Panas yang dibangkitkan oleh peralatan lain

Judul Buku Ajar

76

4. Perbedaan temperatur ekivalalen (ETD) adalah beda temperatur yang

memberikan aliran panas total yang total aliran panas yang sama ketika

melewati struktur dengan radiasi matahari yang bervariasi. ETD harus

memperhitungkan perbedaan konstruksi dan paparan, waktu jam harian,

lokasi bangunan dan desain arsitekturnya.

9.6 Soal-soal

1. Sebutkan faktor-faktor dalam estimasi beban pendinginan.

2. Sebutkan jenis-jenis beban pendinginan.

3. Jelaskan penggunaan diagram psikrometri.

4. Apa yang dimaksud dengan ETD?

5. Lakukan perhitungan estimasi beban pendinginan untuk salah satu ruangan

di laboratorium.

Judul Buku Ajar

77

Tabel IX-7 Ringkasan Lembar Perhitungan Beban

1 Nama gedung

Lokasi

Bandung

2 Kondisi dasar

Luas lantai

Bulan perancangan

............. m²

Mei – Oktober

T (°C) RH (%)

Di dalam (i)

Di luar (o)

No. Jenis beban Besarnya Satuan

3. Panas sensibel daerah perimeter (tepi) -- --

3.1. Panas radiasi matahari melalui jendela kW

3.2. Beban panas transmisi melalui jendela kW

3.3 Infiltrasi beban panas sensibel kW

3.4. Beban trnasmisi melalui dinding dan atap kW

3.5. Beban panas tersimpan dari ruangan

dengan pendinginan terputus-putus

kW

4. Beban panas laten daerah perimeter kW

5. Beban panas sensibel daerah interior -- --

5.1. Beban panas sensibel transmisi patisi,

lantai dan langit-langit

kW

5.2. Beban panas sensibel karena adanya orang kW

5.3. Beban panas sensibel karena adanya

peralatan

kW

6. Beban panas laten interior kW

6.1. Orang kW

6.2. Kegiatan lain kW

7. Beban panas mesin kW

Jumlah kW


78

REFERENSI

1. J.P. Holman, Heat Transfer, Fifth Edition, McGraw-Hill Ltd., 1986.

2. Frank P.Incropera, and David P. DeWitt, Fundamentals of Heat Transfer,

Fourth Edition, John Wiley and Sons Inc., 2002.

3. C.P. Arora, Refrigeration and Air Conditioning, 2 ed Edition, Tata McGraw-

Hill Publshing Co. Ltd., 2000.

4. American Society Heating Refrigeration and Air Conditioning, ASHRAE

Hand Book, 2001.

5. Wiranto Arismunandar, Hizo Saito, Penyegaran Udara, Cetakan kelima, PT

Pradnya Paramita, 1995.

6. Ari Darmawan Pasek, Modul Pelatihan Retrofit Refrigeran, Institut

Teknologi Bandung, 1998

7. Carrier Air Conditioning Company, Handbook of Air Conditioning System

Design, McGraw-Hill Book Company, Eleventh Printing, 1981.

8. William C. Reynolds, Henry C. Perkins, Termodinamika Teknik, Edisi

kedua, Penerbit Erlangga, 1991

9. William C. Reynolds, Henry C. Perkins, Termodinamika Teknik, Edisi

kedua, Penerbit Erlangga, 199

Documents

Buku Ajar Teknik Pendingin dan Penukar Kalordigilib.polban.ac.id/files/disk1/66/jbptppolban-gdl-drirharyad... · 1.2 Klasifikasi Mesin Pendingin ... Gambar IV-6 Prinsip kerja