Download
1 / 31
E N D
SIKLUS TEKANAN UAP Siklus tekanan uap (vapor compression cycle) adalah siklus pendinginan (refrigerasi) yang paling penting yang diakui penggunaannya secara komersial. Siklus ini adalah salah satu cara dimana sejenis cairan secara bergantian menguap dan mengembun dengan campur tangan suatu proses yang menjadi kompresi dari uap.
1. Siklus pendinginan Carnot Siklus pendinginan Carnot merupakan suatu batasan yang tidak bisa dilebihi ketika dioperasikan diantara dua temperatur tertentu. Dari kajian termodinamika, siklus Carnot dikenal terjadi pada mesin – mesin kalor. Mesin Carnot menerima energi kalor pada temperatur tinggi, merubah menjadi kerja, dan kemudian mengeluarkan sisanya sebagai kalor pada temperatur yang lebih rendah.(lihat gambar 3.1)
1. Siklus pendinginan Carnot Siklus pendinginan Carnot merupakan kebalikan dari mesin kalor tersebut, karena menyalurkan energi dari temperatur rendah menuju temperatur yang lebih tinggi. Siklus refrigerasi membutuhkan tambahan kerja dari luar untuk dapat beroperasi. (Diagram peralatan dan diagram temperatur – entropi dari siklus pendinginan lihat gambar 3.2)
PROSES SIKLUS PENDINGINAN CARNOT • 1 – 2. Kompresi adiabatik • 2 – 3. Pelepasan panas secara isotermal (temperatur konstan) • 3 – 4. Ekspansi adiabatik • 4 – 1. Penyerapan panas secara isotermal (temperatur konstan) Semua proses dalam siklus Carnot adalah bersifat reversibel (dapat dibalik) secara termodinamika. Oleh karenanya proses 1-2 dan 3-4 bersifat isentropik.
SIKLUS PENDINGINAN CARNOT Penyerapan panas dari sumber bertemperatur rendah pada proses 4-1 merupakan tujuan utama dari siklus ini. Seluruh proses lainnya pada siklus berfungsi sedemikian rupa sehingga energi bertemperatur rendah dapat dikeluarkan ke lingkungan yang bertemperatur lebih tinggi.
SIKLUS CARNOT Siklus Carnot terdiri dari proses – proses reversibel yang menjadikan efisiensinya lebih tinggi dari yang dapat dicapai oleh siklus yang nyata Karena hal tersebut merupakan pembanding yang standar dan siklus tersebut memberikan pedoman tentang temperatur – temperatur yang harus dipertahankan sehingga diperoleh efektivitas yang maksimum. Mengapa memperlajari siklus Carnot bila sifat ideal tidak dapat dicapai ?
2. Koefisien prestasi ukuran keefiktivitas ? Indeks prestasi ≠ efisiensi efisiensi keluaran masukan Konsep Indeks prestasi Siklus refrigerasi = efisiensi Indeks prestasi Jumlah hasil yang diinginkan masukan
2. Koefisien prestasi ISTILAH PRESTASI DALAM DAUR REFRIGERASI KOEFISIEN PRESTASI atau COP (coefficient of performance) COP (coefficient of performance) = REFRIGERASI YANG BERMAFAAT KERJA BERSIH KET : COP tidak berdimensi
3. REFRIGERAN AKAN DIPELAJARI PADA BAB TERSENDIRI 1 2 3
4. Kondisi – kondisi untuk menghasilkan koefisien prestasi yang tinggi Apa yang dapat dilakukan dengan siklus Carnot agar dihasilkan koefisien prestasi yang tinggi ? Tentukan koefisien prestasi siklus Carnot Kalor yang dipindahkan pada proses reversibel adalah qrev = Tds
Grafik pendinginan vs kerja bersih siklus Carnot T2 T1 qrev = Tds S1 S4 Koefisien prestasi = refrigerasi yang bermanfaat kerja bersih dalam satuan Kelvin
5. Batas – batas temperatur Bisakah mengontrol temperatur T1 dan T2 ? BISA ? COP menjadi ∞ X sistem refrigerasi harus dapat menjaga temperatur ruangan dingin pada temperatur 0 °F (-18 °C) dan dapat melepas panas ke atmosfir pada temperatur 70 °F (21 °C) Contohnya Ada persyaratan temperatur tertentu
Batasan temperatur PANAS KELUAR T > 530 R PANAS MASUK T < 460 R JAGA ΔT SEKECIL MUNGKIN
6. Pompa kalor Carnot Pompa kalor menggunakan peralatan yang sama dengan yang digunakan oleh sistem refrigerasi, namun tujuannya adalah untuk mengeluarkan panas pada temperatur yang tinggi. Contoh dari kerja pompa kalor adalah mengambil panas pada temperatur rendah dari udara luar dan kemudian memasukkannya ke dalam ruangan. Pada beberapa keadaan di industri, pendinginan mungkin diperlukan di suatu bagian, dan pemanasan di bagian lain. Kedua kebutuhan tersebut dapat dilayani oleh sebuah sistem pompa kalor.
6. Pompa kalor Carnot Satu instalasi dapat dirancang untuk bekerja sebagai pompa kalor dan sistem refrigerasi secara bergantian. Unit seperti ini biasanya digunakan untuk mengkondisikan udara, menyejukkan udara pada musin panas dan menghangatkan pada musim dingin.
6. Prestasi Pompa kalor Carnot Prestasi pompa kalor Carnot dinyatakan dalam FAKTOR PRESTASI LIHAT GAMBAR SIKLUS
Grafik siklus pompa kalor Carnot T2 T1 S1 S4
7. Penggunaan uap sebagai refrigeran Karena siklus refrigerasi Carnot merupakan siklus yang paling efisien, maka berbagai usaha telah dilakukan untuk mewujudkannya menjadi kenyataan. Sesungguhnya proses – proses reversibel tersebut tidak dapat ditiru, tetapi paling tidak, harus dipertahankan diagram temperatur – entropi dalam bentuk siklus empat persegi panjang. Yang berarti bahwa semua panas dapat diterima pada satu temperatur, dan dikeluarkan pada temperatur yang lain. Jika suatu gas, seperti udara, digunakan sebagai refrigeran, maka bentuknya akan terlihat seperti gambar 3.6, bukan seperti siklus Carnot yang berbentuk empat persegi panjang.
7. Penggunaan uap sebagai refrigeran Kompresi isentropik terjadi pada proses 1-2 dan 3-4 sedangkan proses 2-3 dab 4-1 adalah proses pemanasan dan pendinginan pada tekanan tetap. Siklus ini berbeda dengan siklus Carnot yang bekerja pada dua temperatur ditambah daerah x dan y. Dampak dari bidang x adalah naiknya kerja yang dibutuhkan dan menurunkan koefisien prestasi. Dampak dari bidang y adalah kenaikan kerja yang dibutuhkan dan mengurangi jumlah refrigerasi. Selain dari gas, refrigeran yang mungkin digunakan adalah yang mengembun selama pelepasan panas, dan mendidih pada saat penambahan panas atau proses refrigerasi.
8. Kompresi basah dan kompresi kering Pada proses kompresi 1-2 disebut kompresi basah karena seluruh prosesnya berlangsung di dalam daerah campuran, yang di dalamnya terdapat sejumlah cairan. Bila digunakan kompresor torak, akan ada beberapa faktor yang mengurangi kepraktisan kompresi basah ini. Pertama, refrigeran cairan tersebut dapat terjebak di kepala silinder ketika piston dinaikkan, yang dapat merusakkan katup – katup atau kepala silinder. Walau akhir kompresi yang ditunjukkan sebagai titik 2 adalah uap jenuh, dan harus bebas dari cairan, namun hal yang demikian bukanlah kasus yang nyata.
8. Kompresi basah dan kompresi kering Selama proses kompresi, seharusnya cairan diuapkan oleh proses perpindahan panas internal, tetapi memerlukan beberapa saat tertentu. Kompresor berkecepatan tinggi sangat mudah dirusakkan oleh cairan karena singkatnya waktu yang tersedia untuk perpindahan panas. Bahaya lain dari kompresi basah adalah terjadinya pembilasan minyak pelumas dari dinding silinder oleh cairan, sehingga mempercepat keausan.
8. Kompresi basah dan kompresi kering Karena kelemahan tersebut maka kompresi kering dianggap lebih baik dibandingkan kompresi basah. Jika refrigeran masuk ke kompresor adalah uap jenuh, seperti pada gambar 3.8, maka kompresi dari titik 1 hingga titik 2 disebut kompresi kering. Kompresi uap kering akan menghasilkan temperatur pada titik 2 yang lebih tinggi daripada temperatur pengembunan. Karenanya, refrigeran akan meninggalkan kompresor dalam keadaan panas lanjut (superheated). Daerah siklus yang terletak di atas temperatur pengembunan biasanya disebut tanduk panas lanjut (superheat horn).
9. Proses ekspansi Perubahan lain pada siklus Carnot adalah proses ekspansi. Pada siklus Carnot ekspansi berlangsung secara isentropik, dan kerja yang dihasilkan digunakan untuk membantu menggerakkan kompresor. Tetapi kesukaran dalam praktek yang dihadapi oleh mesin ekspansi adalah kemungkinan kerja yang bisa didapatkan dari mesin tersebut hanya merupakan bagian kecil dari kerja yang diperlukan kompresor, kesulitan praktek seperti gangguan pada pelumasan jika meisn tersebut digerakkan oleh cairan dua fasa dan nilai ekonomi dari pemanfaatan kembali daya, belum dapat mencapai harga mesin ekspansi.
9. Proses ekspansi Namun demikian, kemungkinan pemakaian mesin ekspansi harus terus dikaji, seiring dengan semakin naiknya harga energi. Yang masih diingikan adalah menurunkan tekanan cairan dalam proses 3-4. Untuk keperluan ini dapat digunakan peralatan katup atau alat penghambat lainnya yang biasa digunakan untuk keperluan ini. Dengan perubahan langsung energi potensial dan kinetik, dan tidak adanya perpindahan panas, h3 = h4, maka prosesnya menjadi isentalpik (entalpi sama). Proses pengatupan berlangsung dari titik 3 ke titik 4 dalam gambar 3.9.
