Anggota kelompok :

Febrian Mermaliandi (03111003017)Septyana Asih (03111003041)Taufik Basri (03111003059)Andre Tiofami (03111003073)Annisa Nurul Badriyah (03111003075)

Termodinamika II BAB 9

REFRIGERASI DAN LIKUIFAKSI

Sebuah mesin kalor bekerja dengan cara

memindahkan energi dari daerah yang

lebih panas ke daerah yang lebih dingin

dan dalam prosesnya mengubah

sebagian energi menjadi energi mekanis

Refrigerator carnot

Ukuran efektivitas suatu refrigerasi

dinyatakan dengan “coefficient of

performance / c o p ” atau simbul,

didefinisikan sebagai berikut:

Diagram dan Komponen Utama Refrigerator Carnot

Siklus refrigerasi kompresi-uap ideal

merupakan kebalikan siklus Carnot, di mana

fluida kerja (disebut juga refrigeran) harus

menguap seluruhnya sebelum dikompresi

pada kompresor, sehingga turbin digantikan

peranannya oleh katup ekspansi (bisa berupa

katup throttle atau pun pipa kapiler).

Siklus Compressi Uap

Siklus Kompresi Uap

Siklus refrigerasi kompresi memiliki keuntungan bagi fluida

bertekanan tinggi pada suhu tertentu yang cenderung menjadi

lebih dingin jika dibiarkan mengembang. Jika perubahan tekanan

cukup tinggi, maka gas yang ditekan akan menjadi lebih panas

daripada sumber dingin diluar dan gas yang mengembang akan

menjadi lebih dingin daripada suhu dingin yang dikehendaki.

Dalam hal ini, fluida digunakan untuk mendinginkan lingkungan

bersuhu rendah dan membuang panas ke lingkungan yang

bersuhu tinggi

Pemilihan Refrigeran

Kelompok refrigeran:

Refrigeran halokarbon

Refrigeran senyawa organik ‘cyclic’

Refrigeran azeotrop

Refrigeran organik

Refrigeran senyawa organik tak jenuh

Sifat-Sifat Refrigeran:

Tekanan penguapan harus cukup tinggi Tekanan pengembunan yang tidak terlampau tinggi Kalor laten penguapan yang harus tinggi Volume spesifik yang cukup kecil Koefisien prestasi harus tinggi Konduktivitas termal yang harus tinggi Viskositas rendah dalam fase cair maupun gas Konstanta dielektrika kecil, tahanan listrik besar,

serta tidak menyebabkan korosi Stabil dan tidak bereaksi dengan material yang

dipakai Tidak beracun dan berbau merangsang Tidak mudah terbakar dan meledak

Siklus refrigerasi absorpsi adalah proses

refrigerasi yang memanfaatkan dua jenis fluida

dan sejumlah kecil masukan kalor, bukan

masukan listrik seperti di sistem refrigerasi

kompresi uap yang lebih sering dikenal.

REFRIGERASI ABSORBSI

Refrigerasi absorpsi satu tahap (Single-

effect)

Siklus absorpsi dua-tahap (Double-effect)

Keuntungan menggunakan sistem absorpsi dibanding sistem kompresi:

1. Hanya refrigeran dan absorban yang bergerak,

sehingga operasi siklus tenang dan tahan lama

2. Sistem absorpsi biasanya didesain untuk

menggunakan uap, baik pada temperatur tinggi, maupun

temperatur rendah

ABSORPSI VS. KOMPRESI

Pompa kalor pada dasarnya adalah sebuah

refrigerator yang digunakan untuk memompa

panas dari tandon dingin ke tandon panas.

Tandon panas merupakan sistem ideal dengan

kapasitor panas yang demikian besar

sehingga dapat menyerap atau memberikan

panas tanpa perubahan temperatur yang

berarti

Pompa Kalor

Package heat pump

Double bundle condensor

Desentriliset heat pump

Pompa kalor industri

Jenis-jenis pompa kalor:

Contoh Soal

Sebuah rumah mempunyai alat pemanas, di musim dingin memerlukan

kerja 30 kJ s-1 dan bila fungsi pendingin di musim panas diperlukan kerja 60

kJ s-1. Anggaplah alat ini dipasang untuk menjaga temperatur didalam

rumah pada 20 0C di musim dingin dan 25 0C di musim panas. Dibutuhkan

sirkulasi refrigeran melalui interior exchanger coil pada 30 0C di musim

dingin dan 5 0C di musim panas. Coil bawah tanah menyediakan sumber

panas di musim dingin dan menyimpan/menampung panas di musim panas.

Temperatur ground selama setahun adalah 15 0C , karakteristik perpindahan

panas coil megharuskan temperatur refrigeran 10 0C di musim dingin, dan

25 0C di musim panas. Berapakah kebutuhan power minimum untuk

pemanasan dimusim dingin dan untuk pendinginan dimusim panas.

Kebutuhan power minimum diberikan dalam heat pump Carnot. Sebagai

pemanas dimusim dingin, koil didalam rumah pada temperatur level

tertinggi TH, maka panas dibutuhkan |QH|=30 kJ s1, lalu persamaan

berikut adalah panas yang diserap koil bawah tanah

kJs-1

Lalu dengan persamaan (9.1),

kJs-1

Sebagai pendingin dimusim panas, |QC| = 60 kJ s-1 dan koil dalam

rumah temperaturnya adalah level temperatur terendah TC ,

kombinasikan persamaan (9.2) dan (9.3) , selesaikan untuk W

kJs-1

Proses likuifaksi digunakan seperti pada:

Propan cair didalam tabung,

Dipakai sebagai bahan bakar untuk keperluan domestik,

Oksigen cair diperlukan untuk roket,

Gas alam yang dicairkan untuk transportasi dilautan,

Nitrogen cair dipakai untuk refrigerasi pada suhu rendah

Proses Likuifaksi

Likuifaksi dihasilkan jika gas didinginkan sampai temperatur pada daerah 2 phase region. Hal ini dapat dicapai dengan beberapa cara ;

Dengan heat exchange pada tekanan tetap

Dengan proses ekpansi (dimana bisa diperoleh

kerja W)

Dengan proses Throttling.

Ketiga cara yaitu : Dengan heat exchange

pada tekanan tetapDengan proses ekpansi

(dimana bisa diperoleh kerja W)

Dengan proses Throttling.

Dijelaskan oleh grafik disamping

Diagram alir 2 proses likuifaksi yang dikenal yaitu Proses Linde dan Proses Claude

Neraca energi pada proses Claude;

m9H9 + m15H15 – m4H4 = Wout

Bila ekspander beroperasi secara adiabatis :

Wout = m12 (H12 – H5)

Selanjutnya, dari neraca massa nya : ,

persamaan energi diatas dibagi dengan m4

menjadi sbb ;

jika didefinisikan : dan

, maka persamaan diatas

diselesaikan untuk z , hasilnya sbb ;

Pada proses Linde ( z = 0 ) , persamaan diatas menjadi :

Table 1. Values of the boiling point Tb (at 760 mm Hg), critical temperature Tc,

and minimum (Lmin) and actual (Lact) work performed in the liquefaction of certain

gases

Gas Tb (°K) TC (°K) L-min (kW-hr/

kg)

Lact (kW-hr/kg)

Nitrogen........ 77.4 126.2 0.220 1.2-1.5

Argon........ 87.3 150.7 0.134 0.8-0.95

Hydrogen .....

..

20.4 33.0 3.31 15-40

Air............ 78.8 132.5 0.205 1.25-1.5

Helium.......... 4.2 5.3 1.93 15-25

Oxygen.........

..

90.2 154.2 0.177 1.2-1.4

Methane........

.....

111.7 191.1 0.307 0.75-1.2

Neon........... 27.1 44.5 0.37 3-4

Propane........

...

231.1 370.0 0.04 ∼0.08

Ethylene........

..

169.4 282.6 0.119 ∼0.3

Tabel boiling point, critical temperature, L minimum dan L act