Oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna
Video penjelasan singkat siklus refrigerasi kompresi uap:
Refrigerasi
adalah proses mendinginkan sebuah objek sehingga temperaturnya lebih rendah
dari pada lingkungannya. Ada beberapa jenis teknik refrigerasi seperti siklus refrigerasi
kompresi uap, termoelektrik, termoakustik, dan lain-lain. Pada dasarnya hampir
semua teknik refrigerasi adalah sebuah pompa kalor yang menghasilkan keadaan
yang dingin di satu bagian dan keadaan panas di bagian lainnya. Jenis teknik
refrigeasi yang paling umum digunakan saat ini adalah dengan siklus refrigerasi
kompresi uap (SRKU). Hal ini dikarenakan selain dapat menghasilkan keadaan
dengan temperatur yang sangat rendah, sistem ini juga memiliki performansi yang
baik.
SRKU adalah
salah satu siklus termodinamika yang memanfaatkan perubahan fasa fluida kerjanya.
Penggunaan SRKU yang paling umum di Indonesia adalah untuk mesin pendingin
seperti air conditioner atau lemari es. Namun, di negara yang memiliki
musim dingin, siklus refrigerasi juga sering diterapkan sebagai pemanas
ruangan.
SRKU menggunakan
fluida kerja yang dinamakan refrigeran. Sering kali para teknisi menggunakan
kata “freon” untuk menyebut refrigeran. Sebenarnya hal ini kurang tepat karena
“freon” salah satu nama merek. Refrigeran memiliki titik didih (saturasi) pada
temperatur sangat rendah dibandingkan dengan air, hal ini yang menjadi prinsip
dasar penginginan. Seperti yang telah diketahui bahwa air pada tekanan 1 atm
maka akan memiliki titik didih di temperatur sekitar 100 oC
sedangkan refrigeran pada tekanan yang sama memiliki titk didih di bawah titik
beku air, sebagai contoh R134a memiliki titik didih sekitar -26oC. Semakin
tinggi tekanan refrigeran maka semakin tinggi titik didihnya. Begitu pula
sebaliknya, titik didih refrigeran akan semakin rendah jika tekanannya rendah.
Titik didih memiliki arti bahwa perubahan fasa dari cair ke gas terjadi di
temperatur tersebut. Begitu temperaturnya rendah maka penyerapan kalor dari
lingkungan sekitar terjadi. Sifat termodinamika inilah yang diterapkan agar
dapat menghasilkan keadaan dingin secara kontinu.
Untuk
mendapatkan tekanan rendah refrigeran secara kontinu maka setidaknya dibutuhkan
empat komponen utama, yaitu kompresor, kondenser, katup ekspansi, dan
evaporator. Skema sederhana dari SRKU terlihat seperti pada gambar 1 (a) sedangkan sketsa SRKU dalam diagram Tekanan- Entalpi terlihat seperti gambar 1 (b).
(a) Skema siklus refrigerasi sederhana
(b) Diagram P-h siklus refrigerasi
Gambar
1. Skema sederhana SRKU
Kompresor dapat
diibaratkan sebagai jantung dari siklus refrigerasi karena memiliki tugas
menghisap refrigerant dalam fasa gas (1) kemudian mengalirakan ke kondenser
(2). Kondenser pada dasarnya adalah sebuah penukar kalor (Heat exchanger) yang
berfungsi untuk membuang kalor yang ada pada refrigeran sehingga terkondensasi
menjadi fasa cair (3). Setelah keluar dari kondenser, refrigeran mengalir ke
katup ekspansi. Katup ekspansi merupakan celah agar aliran refrigeran terhambat.
Akibat dari dorongan kompresor dan dihambat oleh katup ekspansi maka tekanan di
titik 2 – 3 menjadi tinggi dan mengakibatkan temperature di kondenser juga
tinggi. Oleh karena itu terjadi pembuangan kalor. Setelah melewati katup
ekspansi tekanan refrigeran menjadi turun secara drastis dengan fasa refrigeran
kebanyakan cair yang kemudian masuk ke komponen evaporator (4). Karena tekanan
rendah maka temperaturnya juga turun secara drastis. Karena temperatur
refrigeran yang sangat rendah maka kalor terserap oleh refrigeran di evaporator
sehingga fasa refrigeran berubah dari yang kebanyakan adalah cair menjadi gas.
Kemudian, refrigeran mengalami hal yang sama lagi pada saat masuk ke kompresor
lagi.
Nilai Coefficient of Performance (COP)
digunakan untuk menunjukkan seberapa baik kinerja dari sebuah siklus
refrigerasi. Secara definisi COP merupakan perbandingan antara kalor yang
dimanfaatkan dengan kerja yang dimasukkan ke dalam sistem. Jika siklus
refrigerasi ini digunakan sebagai pendingin maka kalor yang dimanfaatkan adalah
besarnya kalor yang diserap pada evaporator. Sedangkan jika siklus ini
digunakan sebagai pemanas maka kelar yang dimanfaatkan adalah kalo yang
dilpaskan pada kondenser.
Siklus
Refrigerasi Ideal
Skema dari
susunan komponen utama siklus refrigerasi dapat dilihat pada gambar 1 (a).
Siklus refrigerasi ideal mengasumsikan proses pada masing-masing komponen
sebagai berikut:
1.
Proses kompresi terjadi secara isentropik.
2.
Proses kondensasi terjadi secara isobarik hingga
saturasi cair
3.
Proses ekspansi terjadi secara isoentalpi.
4.
Prosses evaporasi terjadi secara isobaric hingga
saturasi gas
Proses-proses
pada siklus refrigerasi biasanya digambarkan dalam diagram tekanan-entalpi
(P-h). Untuk siklus refrigerasi ideal dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 1. (a) Siklus refrigerasi ideal pada diagram P-h.
Contoh
soal:
Sebuah
siklus refrigerasi ideal memiliki tekanan tinggi 1.2 MPa dan tekanan rendah 140
kPa. Jika laju aliran volume refrigeran saat masuk ke kompresor adalah 0.01 m3/detik.
Tentukan:
a.
kapasitas pendinginan dan temperratur terendah (kW)
b.
Pembuangan kalor (kW)
c.
Kerja pada kompresor (kW)
d.
COP pendingin dan COP pemanas
Jawaban:
Maaf pak untuk gambar 1(a) ada kesalahan penomoran karena tidak sesuai dengan diagram p-h dan deskripsi. Mohon perbaikannya, terima kasih.
ReplyDeleteCara mencari h3 sama T3 nya gimana ?
Deleteh3 sama dengan h2 mas, karena proses pada katup ekspansi diasumsikan isoentalpi yaitu tidak ada perubahan entalpi. sedangkan untuk mencari T3 dapat dicari karena entalpi(h3=h2) dan tekanan (P3=P1) sudah diketahui
DeleteBoleh minta bantuan untuk soal dari saya gak pa
ReplyDeletejapri aja mas ke saya
Deletetau nilai T1 nya segitu darimana ya?
ReplyDeleteLihat dari proses kondensasi 4 ke 1. proses ini isobarik di 140 kPa dan di titik 1 keadaannya saturasi cair. Artinya temperatur di titik 1 adalah tempereatur saturasi pada tekanan 140 kPa. Nah tingga kita lihat di table sifat zat.
Deletenilai h dan s dari tabel juga ya kak?
ReplyDeleteIya betul mbak
DeleteMin minta tabel nya. Kirim via email ya
ReplyDeleteKalo Proses Kerja berdasarkan aliran refrigerannya gimana mint?
ReplyDeleteBisa tolong dibantu soal berikut pak?
ReplyDeleteSuatu refrigerator menggunakan refrigeran R-134a sebagai fluida kerja dan beroperasi pada sebuah siklus refrigerasi kompresi uap ideal dengan batas tekanan antara 0,26 MPa dan 0,74 MPa. Jika laju aliran massa refrigeran sebesar 0,43kg/s, maka tentukanlah:
a. Laju perpindahan kalor dari ruang pendingin
b. Daya kompresor
c. Kalor yang dibuang ke lingkungan
d. COP – nya.
ini kan mirip sama contoh soal di atas mas?
DeleteMau dibantu apanya lagi?
Bisa tolong dibantu pak
ReplyDeleteSistem pendingin kompresi uap bekerja dengan siklus ideal menggunakan refrigerant R.134.a dengan
temperatur kondensor 100oF serta temperatur evaporator -20oF (minus 20oF).
Pertanyaan:
a. Gambarkan/ploting siklus tersebut pada p-h diagram (terlampir) dan kumpulkan (diberi nama & NIM)
b. Efek refrijerasi/dampak pendinginan ( qevap) dalam BTU/lb
c. Kalor yang dilepas oleh kondensor (qcon) dalam BTU/lb
d. Kerja kompresor (Wcom) dalam BTU/lb
e. COP
Mas kalau di tanya jumlah bahan pangan yang dapat didinginkan pakai rumus apa ya mas?
ReplyDeletePaling simple ya Q=m.c.deltaT
DeleteBisa tolong dibantu pak
ReplyDeleteUntuk mencari laju aliran massa, 0,01 m³/s itu apa ya pak
Terimakasih
Maaf ada kesalahan, 0.01 itu harusnya adalah laju aliran volume. Sudah saya perbaiki. Soalnya yang saya perbaiki
Delete