Komponen Utama Pompa Kalor Siklus Kompresi Uap 1.Kompresor

TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Teori Pengeringan

2. Proses Kondensasi (2 – 3)

2.6. Komponen Utama Pompa Kalor Siklus Kompresi Uap 1.Kompresor

Pada sistem mesin refrigerasi, kompresor berfungsi seperti jantung. Kompresor berfungsi untuk mensirkulasikan refrigeran dan menaikan tekanan refrigerant 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:

2.6.2. Kondensor

Kondensor adalah APK (Alat Penukar Kalor) yang berfungsi mengubah fasa refrigeran dari kondisi superheat menjadi cair, bahkan terkadang sampai pada kondisi subcooled. Medium pendingin yang biasa digunakan untuk melakukan tugas ini adalah udara lingkungan, air, atau gabungan keduanya.

Ada banya

( Posted on)

Dilihat dari proses perpindahan panasnya kondensor terdiri dari dua jenis, jenis kondensor yaitu kondensor kontak langsung dan kondensor permukaan.

1. Kondensor Jet

Kondensor jet adalah kondensor kontak langsung yang banyak digunakan. Kondensor jet digunakan pada pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP) yang siklus kerjanya terbuka. Perpindahan panas pada kondensor jet dilakukan dengan menyemprotkan air pendingin ke aliran uap secara langsung. Air kondensat yang terkumpul di kondensor sebagian digunakan sebagai air pendingin kondensor dan selebihnya dibuang.

Ruangan didalam kondensor jet biasanya dibagi menjadi 2 ruangan/bagian, yaitu ruangan pengembunan uap dan ruangan pendinginan gas.

Gambar 2.8 kondensor (kontak langsung) jet.

2. Kondensor Permukaan

Pada kondensor permukaan, uap terpisah dari air pendingin, uap berada diluar pipa-pipa sedangkan air pendingin berada didalam pipa. Perpindahan panas dari uap ke air terjadi melalui perantaraan pipa-pipa. Pada kondensor jenis ini kemurnian air pendingin tidak menjadi masalah karena terpisah dari air kondensat.

Berdasarkan jenis media pendingin yang digunaka jenis, yaitu:

a). Kondensor berpendingin air (water cooled condenser).

Kondensor berpendingin air dapat dibedakan menjadi dua kategori, yaitu: 1) Kondensor yang air pendinginnya langsung dibuang.

2) Kondensor yang air pendinginnya disirkulasikan kembali. b)

Secara garis besar, jenis kondensor dibagi menjadi dua kelompok, yaitu: 1) Kondensor yang kipasnya dioperasikan dengan pengatur jarak jauh (remote control).

2) Kondensor yang kipasnya dirakit bersama-sama dengan unit condensing unit. Kapasitasnya kondensor jenis ini biasanya cocok untuk beban mulai < 1kW s/d 500 kW, bahkan kadang dapat lebih dari 500 kW.

c). Kondensor evaporatif (evaporative condenser)

Kondensor evaporatif pada dasarnya adalah kombinasi antara kondensor dengan menara pendingin yang dirakit menjadi satu unit atau kondensor yang menggunakan udara dan air sebagai media pendinginnya. Jenis kondensor yang akan digunakan di KPPC Sinar Mulya Cihideung ini adalah jenis water cooled condenser sebanyak 2 buah. Fungsi dari masing – masing kondensor ialah sebagai berikut

Kondensor yang pertama berfungsi untuk :

1). Media penukar kalor dan tempat terjadinya proses kondensasi 2). Sebagai heat recovery karena adanya kebutuhan air panas untuk membersihkan tangki – tangkisusu.

3). Menurunkan temperatur discharge ke temperatur kondensasi sesuai rancangan yaitu 40oC.

Kondensor yang kedua berfungsi untuk :

1). Media penukar kalor sisa dari

2). Memastikan refrigeran yang masuk ke dalam evaporator berada dalam keadaan cair.

Keuntungan menggunakan 2 buah kondensor ialah :

a). Kerj

b). Sangat sesuai dengan kondisi lingkungan yang banyak air dengan temperatur air yang cukup rendah.

c). Refrigeran yang keluar dari kondensor benar – benar dalam fasa cair, karena apabila pelepasan kalor pada kondensor pertama tidak sempurna maka kondensor kedua yang menyempurnakannya.

d). Mempertahankan agar tekanan kondensasi tidak terlalu tinggi.

e). Hemat energi, karena menggunakan air ledeng hanya sebagai pendingin kondensor sehingga secara tidak langsung akan mengurangi kebutuhan energi listrik.

Jenis- jenis kondensor yang kebanyakan dipakai adalah sebagai berikut: 1) Kondensor pipa ganda (Tube and Tube)

Jenis kondensor ini terdiri dari susunan dua pipa koaksial, dimana refrigeran mengalir melalui saluran yang berbentuk antara pipa dalam dan pipa luar, dari atas ke bawah. Sedangkan air pendingin mengalir di dalam pipa dalam dengan arah yang berlawanan dengan arah aliran refrigeran.

Gambar 2.9 Kondensor pipa ganda (Tube and Tube Condensor ) Keterangan :

a. Uap refrigeran masuk e. Tabung luar

b. Air pendingin keluar f. Sirip bentuk bunga c. Air pendingin masuk g. Tabung dalam d. Cairan refrigeran keluar

2) Kondensor tabung dan koil ( Shell and Coil )

Kondensor tabung dan koil adalah kondensor yang terdapat koil pipa air pendingin di dalam tabung yang di pasang pada posisi vertikal. Tipe kondensor ini air mengalir dalam koil, endapan dan kerak yang terbantuk dalam pipa harus di bersihkan dangan bahan kimia atau detergen.

3) Kondensor pendingin udara

Kondensor pendingin udara adalah jenis kondensor yang terdiri dari koil pipa pendingin yang bersirip pelat (tembaga atau aluminium). Udara mengalir dengan arah tegak lurus pada bidang pendingin, gas refrigeran yang bertemperatur tinggi masuk ke bagian atas dari koil dan secara berangsur mencair dalam alirannya ke bawah.

4) Kondensor tabung dan pipa horizontal (Shell and Tube)

Kondensor tabung dan pipa horizontal adalah kondensor tabung yang di dalamnya banyak terdapat pipa – pipa pendingin, dimana air pendingin mengalir dalam pipa – pipa tersebut. Ujung dan pangkal pipa terikat pada pelat pipa, sedangkan diantara pelat pipa dan tutup tabung dipasang sekat untuk membagi aliran air yang melewati pipa – pipa.

Gambar 2.10 Kondensor selubung dan tabung (Shell and Tube condenser) Keterangan :

1. Saluran air pendingin keluar 6. Pengukur muka cairan 2. Saluran air pendingin masuk 7. Saluran masuk refrigeran 3. Pelat pipa 8. Tabung keluar refrigeran 4. Pelat distribusi 9. Tabung

Berdasar Media Pendinginannya, Kondensor dibagi menjadi 3 jenis, yaitu :

1. Aircooled Condensor, yaitu : Kondensor yang didinginkan oleh udara dibantu dengan kipas angin (fan).

2. Watercooled Condensor, yaitu kondensor yang dinginkan oleh air dibantu dengan pompa.

3. Evaporator Condensor, yaitu : kondensor yang didinginkan oleh air dan udara.

Pembagian kondensor berdasarkan medium yang digunakan dapat dibagi atas 3 bagian, yaitu: (1) Kondensor berpendingin udara, (2) Kondensor berpendingin air, dan (3) Kondensor berpendingin gabungan (Evaporative Condenser). Perbedaan lain dapat dilihat pada tabel 2.2.

Tabel 2.1. Perbandingan kondensor berpendingin udara dan air Parameter

Pendingin

Udara Pendingin Air Perbedaan temperatur, Tc-Tpendingin 6 s/d 22 ^oC 6 s/d 12 ^oC Laju aliran pendingin per TR

12 s/d 20 m3/mnt

0,007 s/d 0,02 m3/mnt Luas perpindahan panas per TR 10 s/d 15 m2 0,5 s/d 1 m2 Kecepatan fluida pendingin 2,5 s/d 6 m/s 2 s/d 3 m/s Daya pompa/blower per TR 75 s/d 100W Kecil TR = Ton of Refrigerasi ( Beban di evaporator) 1TR = 3,5 KW

Sumber, ASHRAE Inc., (2008). ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment. SI Edition. Atlanta.

Pada perancangan Cold Storage Skala laboratorium ini akan menggunakan kondensor berpendingin udara. Analisis perhitungan rancangan adalah sebagai berikut:

Koefisien of performance (COP)

COP

=

( Sumber: Dr.Eng.Himsar Ambarita, hal: 6 ) Beban kondensor pada saat superheated

Qk superheated = (h2-h2’) ( Sumber: Dr.Eng.Himsar Ambarita ) Beban kondensor pada saat kondensasi,

Qk kondensasi = (h2’ –h3) ( Sumber: Dr.Eng.Himsar Ambarita ) Beban kondensor total,

Q

ksuperheted +

^Q

k kondensasi ^{( Sumber: Dr.Eng.Himsar Ambarita )}

Untuk sisi refrigerant - Fluks kalor

-

G

=

( Sumber: J.P.Holman, hal: 195 )

-

Re

=

( Sumber: Incropera, hal : 700 ) - Bilangan Prandtl Pr = g g g k Cp .µ

( Sumber: Dr.Ir.Raldi Artono Koestoe r) Untuk sisi udara

- Laju massa udara m_ud = u u t t Cp Q ∆

. ^{( Rumus umum termodinamika)}

- Kecepatan udara persatuan luas G = fr ud A m .

σ ^{( Sumber: Incropera, hal : 700)}

- Bilangan Reynolds Re =

_µ

G

D

_h

.

( Sumber: Incropera, hal : 700) - Bilangan Stanton

( Sumber: Incropera, hal : 700) - Koefisien perpindahan kalor untuk sisi udara

ho = St . G . Cp ( Sumber: Incropera, hal : 700) - Efisiensi sirip,

ηo =1- A A_p

(1-ηf^{) ( Sumber: Incropera, hal : 703)} - Koefisien perpindahan panas menyeluruh

U_i = F2 F1 f o ref R R h η 1 h 1 1 + + +

( Sumber : Dr.Eng.Himsar Ambarita,

hal : 50) - Perbedaan temperatur rata rata log

LMTD =       ∆ ∆ ∆ − ∆ 1 2 1 2 T T ln T T

( Sumber : Dr.Eng.Himsar Ambarita, hal : 50)

- Luas perpindahan panas untuk uap superheated A_superheated = s ks ks ks LMTD F U Q .

. ^{( Sumber : Dr.Eng.Himsar Ambarita, hal : 50)} - Koefisien perpindahan panas menyeluruh

(Prg) (Red) 023 , 0 . = 0,8 n f k Di hi

( Sumber : Dr.Eng.Himsar Ambarita, hal : 51) - Luas perpindahan panas total

Akon = kon kon kon kon LMTD F U Q .

. ^{( Sumber : Dr.Eng.Himsar Ambarita, hal : 50)} 2.7.Refrigerant

Refrigerant adalah fluida kerja utama pada suatu siklus refrigerasi yang bertugas menyerap panas pada temperatur dan tekanan rendah dan membuang panas pada temperatur dan tekanan tinggi. Umumnya refrigerant mengalami perubahan fasa dalam satu siklus.

2.7.1.Pengelompokan Refrigrant

Refrigerant dirancang untuk ditempatkan didalam siklus tertutup atau tidak bercampur dengan udara luar. Tetapi, jika ada kebocoran karena sesuatu hal yang tidak diinginkan, maka refrigerant akan keluar dari system dan bisa saja terhirup manusia. Untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan maka refrigerant harus dikategorikan aman atau tidak aman. Ada dua faktor yang digunakan untuk mengklassifikasikan refrigerant berdasarkan keamanan, yaitu bersifat racun (toxicity) dan bersifat mudah terbakar (flammability).

Berdasarkan toxicity, refrigerants dapat dibagi dua kelas, yaitu kelas A bersifat tidak beracun pada konsentrasi yang ditetapkan dan kelas B jika bersifat racun. Batas yang digunakan untuk mendefinisikan sifat racun atau tidak adalah sebagai berikut. Refrigerant dikategorikan tipe A jika pekerja tidak mengalami gejala keracunan meskipun bekerja lebih dari 8 jam/hari (40 jam/minggu) di lingkungan yang mengandung konsentrasi refrigerant sama atau kurang dari 400 ppm (part per million by mass). Sementara kategori B adalah sebaliknya.

Berdasarkan flammability, refrigerant dibagi atas 3 kelas, kelas 1, kelas 2, dan kelas 3. Yang disebut kelas 1 jika tidak terbakar jika diuji pada tekanan 1 atm (101 kPa) temperature 18,3°C. Kelas 2 jika menunjukkan keterbakaran yang rendah saat konsentrasinya lebih dari 0,1 kg/m³ pada 1 atm 21.1°C atau kalor pembakarannya kurang dari 19 MJ/kg. Kelas 3 sangat mudah terbakar.

Refrigerant ini akan terbakar jika konsentrasinya kurang dari 0,1 kg kg/m³ atau kalor pembakarannya lebih dari 19 MJ/kg. Berdasarkan defenisi ini, sesuai standard 34-1997, refrigerants diklassifikasikan menjadi 6 kategori, yaitu:

1. A1: Sifat racun rendah dan tidak terbakar 2. A2: Sifat racun rendah dan sifat terbakar rendah 3. A3: Sifat racun rendah dan mudah terbakar 4. B1: Sifat racun lebih tinggi dan tidak terbakar 5. B2: Sifat racun lebih tinggi dan sifat terbakar rendah 6. B3: Sifat racun lebih tinggi dan mudah terbakar

Tabel 2.2. Pembagian Refrigerant berdasarkan keamanan

Refrigerant Safety Group

Number Chemical Formula Old New

10 CCl4 2 B1 11 CCl3F 1 A1 12 CCl₂F₂ 1 A1 13 CClF3 1 A1 13B1 CBrF3 1 A1 14 CF₄ 1 A1 21 CHCl2F 2 B1 22 CHClF2 1 A1 23 CHF₃ A1 30 CH₂Cl₂ 2 B2 32 CH2F2 A2 40 CH₃Cl 2 B2 50 CH4 3a A3 113 CCl2FCClF2 1 A1 114 CClF₂CClF₂ 1 A1 115 CClF2CF3 1 A1 116 CF3CF3 A1 123 CHCl₂CF₃ B1 124 CHClCF₃ A1 125 CHF2CH3 A1 134a CF3CH2F A1 142b CCF₂CH₃ 3b A2 143a CF3CH3 A2 152a CHF2CH3 3b A2 170 CH₃CH₃ 3a A3 218 CF3CF2CF3 A1 290 CH3CH2CH3 3a A3 C318 C₄F₈ 1 A1

400 R-12/114 (must be spesified) 1 A1/A1

500 R-12/152a (73.8/26.2) 1 A1 501 R-22/12 (75.0/25.0) 1 A1 502 R-22/115 (48,8/51.2) 1 A1 507A R-125/143a (50/50) A1 508A R-23/116 (39/61) A1 508B R-23/116 (46/54) A1/A1 509A R-22/218 (44/56) A1 600 CH3CH2CH2CH3 3a A3 600a CH(CH₃)₃ 3a A3 611 HCOOCH₃ 2 B2 702 H2 A3 704 He A1 717 NH₃ 2 B2 718 H2O A1 720 Ne A1

728 N2 A1 740 Ar A1 744 CO₂ 1 A1 764 SO2 2 B1 1140 CHCl=CH2 B3 1150 CH₂=CH₂ 3a A3 1270 CH3CH=CH2 3a A3

Sumber, ASHRAE Inc., (2008). ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment. SI Edition. Atlanta.

2.7.2.Persyaratan Refrigerant

Beberapa persyaratan dari penggunaan refrigerant adalah sebagai berikut: 1. Tekanan Evaporasi dan Tekanan Kondensasi

Tekanan evaporasi refrigerant sebaiknya lebih tinggi dari atmosfer. Hal ini menjaga agar udara luar tidak masuk ke siklus jika terjadi kebocoran minor. Tekanan kondensasi refrigerant sebaiknya tidak terlalu tinggi. Tekanan yang tinggi pada kondensor akan membuat kerja kompressor lebih tinggi dan kondensor harus dirancang untuk tahan pada tekanan tinggi, hal ini akan menambah biaya.