BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Pengertian Refrigerasi
Refrigerasi adalah suatu proses penyerapan panas dari suatu zat atau produk sehingga temperaturnya berada dibawah temperatur lingkungan. Kalor adalah suatu bentuk dari energi, sehingga mengambil kalor suatu benda ekuivalen dengan mengambil sebagian molekul-molekulnya. Karena kalor yang berada di sekeliling refrigeran diserap, akibatnya refrigeran akan menguap sehingga temperatur disekitar refrigeran akan bertambah dingin. Hal ini dapat terjadi mengingat penguapan memerlukan kalor. Pada aplikasi tata udara, kalor yang diambil berasal dari udara. Untuk mengambil kalor dari udara, maka udara harus bersentuhan dengan suatu bahan atau material yang memiliki temperatur yang lebih rendah (Darwis dan Robert, 2005).
Refrigerasi merupakan suatu proses penarikan panas/kalor dari suatu benda/ruanga sehingga temperatur benda/ruangan tersebut lebih rendah dari temperatur lingkungannya. Sesuai dengan konsep kekalan energi, panas tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat dipindahkan kesuatu benda lain yang akan menyerap kalor, jadi refrigerasi akan selalu berhubungan aliran panas dan perpindahan panas.
Refrigerasi memanfaatkan sifat-sifat panas (thermal) dari bahan refrigeran selagi bahan itu berubah keadaan dari bentuk cair menjadi bentuk gas atau uap ataupun sebaliknya dari gas menjadi cair (ilyas, 1993)
2.1.1 Sistem Refrigerasi Kompresi Uap
Sistem refrigerasi yang umum dan mudah di jumpai pada aplikasi sehari-
hari, baik untuk keperluan rumah tangga, komersial, dan industri, adalah sistem
refrigeran akan mengambil kalor (panas) dari lingkungan. Sebaliknya, saat berubah fase dari uap ke cair, refrigeran akan membuang kalor (panas) ke lingkungan sekelilinya (Anwar,2010).
Gambar 2.1 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap Sederhana
Sistem pendingin ini terdiri dari beberapa alat utama yang pokok untuk dapat terjadinya proses kompresi uap, yaitu:
a. Kompresor, berfungsi untuk menaikan tekanan refrigeran.
b. Kondensor, berfungsi mendinginkan atau mengembunkan refrigeran berarti terjadi panas yang dibuang di dalam kondensor.
c. Pipa kapiler berfungsi merendahkan temperatur dan tekanan refrigeran dalam sistem.
d. Evaporator berfungsi memanaskan atau menguapkan refrigeran, berarti ada
panas yang diserap refrigeran sehingga terjadi efek pendinginan pada
lingkungan sekitarnya.
Gambar 2.2 Diagram p-h sistem refrigerasi
Siklus refrigerasi kompresi uap merupakan suatu sistem yang memanfaatkan aliran perpindahan kalor melalui refrigeran.Proses utama kompresi uap adalah:
1. Proses kompresi 2. Peoses kondensasi 3. Proses ekspansi 4. Proses evaporasi
1) Proses kompresi
Proses kompresi yaitu proses penaikan tekanan refrigran. Refrigeran berfasa uap dengan tekanan rendah yang dari evaporator akan dikompresi atau ditekan di kompresor sehingga menghasilkan uap refrigeran bertekanan tinggi.
Kenaikan tekanan tersebut akan berbanding lurus dengan kenaikan temperatur
refrigran. Hail dari kompresi adalah uap refrigeran bertekanan dan
bertemperatur tinggi yang selanjutnya akan di alirkan ke kondensor melalui
Qw = ṁ.(h
2– h
1) ...2.1
Sedangkan besarnya kerja persatuan massa refrigeran yang dikompresikan adalah :
qw= h
2-h
1...2.2
Dimana:
Qw = Daya atau kerja kompresor yang dilakukan (kW) qw = besarnya kerja kompresi yang dilakukan (kJ/kg) h
1= enthalpi saat masuk kompresor (kJ/kg)
h
2= enthalpi saat keluar kompresor (kJ/kg) ṁ = Laju aliran massa refrigeran (kg/s)
2. Proses kondensasi
Pada proses ini uap refrigeran bertekanan dan bertemperatur tinggi akan melepas kalor dilingkungan karena temperatur lingkungan lebih rendah daripada temperatur refrigeran. Proses kondensasi ini terjadi pada kondensor. Idealnya refrigeran akan berfasa cair jenuh (saturated liquid) di akhir kondensor.
Temperatur kondensor ini masih lebih tinggi dari temperatur lingkungan. Oleh karena itu refrigeran yang keluar dari kondensor menuju alat ekspansi melalui liquid line masih akan mengalami proses perpindahan kalor yang akan menurunkan suhu refrigeran lebih rendah lagi dari suhu cair jenuhnya(saturated liquid).
Besarnya kalor per satuan massa refrigeran yang dilepaskan kondensor dinyatakan sebagai berikut:
qc =.h
2-h
3...2.3
Kapasitas kondensasi Qc adalah:
Qc = ṁ x qc ...2.4
Dimana:
Qc = Besarnya kalor yang dilepaskan kondensor (kW) ṁ = Laju aliran massa refrigeran (kg/s)
qc = besarnya kalor yang dibuang kondensor h
2= entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg) h
3= entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg) 3. Proses Ekspansi
Refrigeran berfasa cair dari kondensor akan melewati katup eksapansi yang memiliki diameter kecil sehingga akan menyebabkan penurunan tekanan refrigeran yang diikuti dengan penurunan temperatur refrigeran. Hasil dari proses ekspansi adalah refrigeran yang mayoritas cair. Pada proses ekspansi ini akan ada beberapa persen refrigeran cair yang berubah fasa menjadi uap.
h
3-h
4...2.5 Dimana:
h
3= entalpi refrigeran masuk ekspansi (kJ/kg) h
4= entalpi refrigeran keluar ekspansi (kJ/kg)
4. Proses Evaporasi
Proses evaporasi terjadi pada evaporator . Refrigeran keluaran ekspansi yang mayoritas cair memiliki temperatur yang rendah, lebih rendah dari temperatur produk yang akan didinginkan oleh evaporator. Sesuai hukum termodinamika dua, refrigeran cair bertemperatur rendah tersebut akan menyerap klaor dari produk yang didinginkan sehingga refrigeran tersebut berubah fasa menjadi uap jenuh bertekanan rendah yang selanjutnya dihisap dan masuk ke kompresor untuk mengalami proses kompresi dan bersirkulasi kembali.
Sedangkan produk yang didinginkan dalam evaporator setelah melepaskan kalor
Kapasitas refrigerasi atau beban pendinginan, Dapat dihitng dengan Rumus:
Qe = ṁ x h
1-h
4...2.7
Dimana:
Qe = Kapasitas pana yang diserap evaporator (kW) ṁ = Laju aliran massa refrigeran (kg/s)
qe = kalor yang diserap evaporator (kJ/kg) h
4= entalpi keluaran evaporator (kJ/kg) h
1= entalpi masukan evaporator (Kj/kg) 2.1.2 Kinerja Sistem Refrigerasi
a. COP carnot adalah perbandingan temperatur evaporasi dibandingkan dengan selisih temperatur kondensasi dan evaporasi. Satuan temperatur yang digunakan dalam rumus COP carnot adalah Kelvin.
COP carnot =
𝑇𝑒𝑇𝑐−𝑇𝑒
... 2.8 Dimana:
Te = Temperatur evaporator, K Tc = Temperatur kondensor, K
b. COP actual adalah perbadingan kalor yang diserap oleh evaporator dari lingkungan terhadap kerja yang dilakukan oleh kompresor. Dapat diketahui bahwa:
COP ideal =
𝑞𝑒𝑞𝑤
...2.9 Dimana:
q
e= efek refrigerasi, kJ/kg
q
w= kerja kompresi, kJ/kg
c. Efisiensi refrigerasi adalah perbandingan antara COP actual dan COP carnot Ƞ refrigerasi =
𝐶𝑂𝑃𝐴𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙𝐶𝑂𝑃𝐶𝑎𝑟𝑛𝑜𝑡
