Sistem Pendingin

PENDAHULUAN
Perkembangan siklus refrigerasi dan perkembangan mesin refrigerasi
(pendingin)
(p
g ) merintis jjalan bagi
g p
pertumbuhan dan p
penggunaan
gg
mesin
penyegaran udara (air conditioning). Teknologi ini dimulai oleh
serangkaian penemuan sebagai berikut:
 Cagniard de la Tour (Perancis, 1823) yang melakukan penelitian
tentang keadaan kritis dan gas eter.
eter
 Humphrey Dary dan asistennya M.Faraday (Inggris, 1824),
merupakan orang pertama yang berhasil menemukan cara
gas ammonia.
mencairkan g
 Prinsip dasar silus refrigerasi dikembangkan oleh N.L.S. Carnot
(Perancis, 1824).
 Selanjutnya Joseph Mc.Creaty (Amerika, 1897), yang pertama
membuat
b t instalasi
i t l i pendingin
di i yang dinamai
di
i mesin
i pencucii udara
d
( i
(air
washer), yaitu suatu sistem pendingin yang mempergunakan
percikan air.
 Sedangkan Dr.
Dr Willis Hariland Carier (Amerika,
(Amerika 1906) dan kemudian
dipatenkan pada tahun 1911, membuat alat pengatur temperatur dan
kelembaban udara.
Konsep Dasar Pendinginan



Kondisi
K
di i suatu
t
zatt dapat
d
t dipengaruhi
di
hi
dengan cara mempengaruhi sifat zat yang
dimilikinya.
Sifat adalah karakteristik yang dimiliki oleh
zat, yyang
g dapat ditentukan besarnya
y
seperti tekanan, temperatur, rapat massa
dan volume spesifik, kalor spesifik, entalpi,
entropi dan sifat cair-uap dari suatu
entropi,
keadaan.
Sifat dapat dipengaruhi (dirobah) dengan
cara pemberian energi kepada zat berupa
panas atau kerja.
Konsep Dasar Pendinginan
Sifat zat yang berhubungan dengan
perubahan panas dipengaruhi beberapa
hal:
 Sifat
Termodinamika
(
Tekanan,
Temperatur, Suhu, Rapat Massa,
Volume Spesifik Massa Spesifik)
 Entalpi dan Entropi
 Perubahan Tingkat Keadaan
 Proses termodinamika
 Mekanisme p
perpindahan
p
panas
p
Sifat Termodinamika
Tekanan dan Temperatur
Tekanan terukur atau tekanan relatif adalah tekanan yang diukur berdasarkan tekanan
atmosfir Tekanan ini bisa lebih besar (tekanan positif) atau lebih kecil (tekanan negatif
atmosfir.
atau vakum) dari tekanan atmosfir. Sedangkan tekanan absolut atau tekanan mutlak
atau tekanan sebenarnya adalah merupakan jumlah dari tekanan atmosfir dan tekanan
terukur Apabila tekanan terukur negatif maka tekanan mutlak adalah tekanan atmosfir
terukur.
dikurangi tekanan terukur.
Sifat Termodinamika
0F
= 32 + ((9/5 . 0C))
0R = 9/5 . 0K
Rapat massa, volume spesifik,
kalor spesifik
Rapatt massa (ρ)
R
( ) didefenisikan
did f i ik
sebagai
b
i massa
fluida per satuan volume pada temperatur dan
tekanan tertentu.
tertentu Rapat massa pada suatu titik
ditulis dalam bentuk matematis :
Rapat massa, volume spesifik,
kalor spesifik
Sebaliknya,
Sebalikn
a volume
ol me spesifik (v)
( ) adalah volume
ol me
yang diisi oleh satu satuan massa. Rapat massa
dan volume spesifik
p
saling
g berkaitan satu sama
lain. Kalor spesifik, adalah jumlah energi yang
diperlukan untuk menaikkan temperatur satu
satuan massa bahan tersebut sebesar 1 K.
K Oleh
karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara
proses berlangsung dan cara kalor yang
dilepaskan.
dilepaskan
Dua besaran yang umum adalah kalor spesifik
pada volume konstan (cv) dan kalor spesifik pada
tekanan konstan (cp).
Entalpi dan Entropi
Entalpi adalah jumlah kalor yang diberikan atau
dilepaskan per satuan massa yang ditimbulkan melalui
proses dengan tekanan tetap dan meniadakan kerja
yang dilakukan.
dilakukan
Dalam analisa termodinamika,
termodinamika
kombinasi energi dalam (U) dan kerja aliran (pV) atau U
+ pV sering terjadi, kombinasi ini diberi simbol (H), maka
dengan demikian :
H = U + pV
p
bila ditulis per satuan massa akan berbentuk :
h = u + pv
Perubahan Tingkat Keadaan
Telah diketahui bahwa zat memiliki beberapa fasa,
fasa
misalnya air (H2O) dapat berbentuk cairan, gas (uap
air) atau padat (es). Fasa didefenisikan sebagai
sejumlah zat yang seluruhnya bersifat homogen.
homogen Jadi
bila suatu sistem mempunyai susunan kimia dan
keadaan fisik yang merata (uniform), maka zat itu
dapat dikatakan terdiri dari satu fase.
fase Bila beberapa
fasa terdapat bersamaan maka tiap fasa dipisahkan
satu sama lain oleh permukaan batas fase. Dalam tiap
fase suatu zat dapat dimiliki temperatur dan tekanan
fase,
yang berbeda beda. Didalam termodinamika kondisi
seperti ini dikatakan zat tersebut mempunyai beberapa
tingkat keadaan.
keadaan
Tiap tingkat keadaan dapat
dinyatakan dalam sifat makroskopik yang mudah
diamati.
Perubahan Tingkat Keadaan
Sif t if t termodinamika
Sifat-sifat
t
di
ik terdiri
t di i dari
d i:

Sifatt Intensif.
Sif
I t
if
Sifat yang tidak tergantung pada massa zat,
seperti : Tekanan,
Tekanan Temperatur,
Temperatur massa jenis,
jenis
volume jenis, entalpi jenis, entropi jenis, dll.

Sifat Ekstensif.
Sifat zat yang tergantung pada massa zat,
zat
seperti : massa, volume, dll. Sifat ekstensif per
satuan massa akan menjadi
j
sifat intensif.
Proses Termodinamika

Proses Reversibel dan Ir-reversibel
Ir reversibel
Proses reversibel adalah suatu proses yang setelah
berlangsung, arahnya dapat dibalik kembali ke kondisi
semula tanpa meninggalkan bekas pada sistem dan
lingkungan, atau suatu proses yang jika arahnya dibalik
akan tetap melalui lintasan yang sama (berimpit), begitu
pula sebaliknya dengan proses ir
ir-reversibel.
reversibel.

Proses Volume Konstan (isovolum atau isokoris)
Volume spesifik akhir = volume spesifik awal proses.
proses
Misalnya : Pendinginan uap air jenuh di dalam sebuah
tangki tertutup

Proses Tekanan Konstan
Tekanan akhir sistem = tekanan mulamula (isobaris).
Misalnya :
Ekspansi gas nitrogen di dalam silinder
berpiston :

Proses Adiabatis
Proses adiabatik adalah suatu proses dimana tidak ada panas
yang dipindahkan dari atau ke sistem sepanjang proses
berlangsung, jadi Q = 0. Proses ini dapat terjadi bila pada
pembatas sistem diberi sekat (isolator) penahan aliran panas.
Namun walaupun sistem tidak disekat, asalkan laju energi total
di dalam
d l
sistem
i t
j h lebih
jauh
l bih besar
b
dib di k dengan
dibandingkan
d
energii
yang dimasukkan atau dikeluarkan ke lingkungannya dalam
bentuk panas, maka proses masih dapat dikatakan adiabatik.

Proses Energi Dalam Konstan
Proses perubahan keadaan sistem tanpa perpindahan panas
dan tanpa kerja (u2 = u1).
Proses isotermis,, T = c,, n = 1
 Proses isobaris, P = c
 Proses
P
i
isovolume,
l
v=c
 Proses adiabatis, n = k = cp/cv
 Proses politropis, n = n

Mekanisme Perpindahan Panas

Konduksi
Konduksi adalah difusi energi akibat dari pergerakan acak
molekuler.
l k l
qx adalah fluks panas, laju perpindahan panas dalam arah x per satuan luas
yang tegak lurus pada arah perpindahan dan sebanding dengan gradien
temperatur (dT/dx) pada arah itu. Tanda minus menunjukkan konsekuensi
pada kenyataannya
p
y
y bahwa p
panas dipindahkan
p
dari temperatur
p
tinggi
gg ke
rendah. Sedangkan simbol k menunjukkan arti sifat transport yang dikenal
sebagai konduktifitas termal dan merupakan karakteristik material dinding.

Konveksi
Konveksi didefenisikan sebagai difusi energi akibat dari
pergerakan acak molekuler ditambah perpindahan energi dari
pergerakan makroskopik (fluida).
(fluida)
Perpindahan panas konveksi sebagai perpindahan energi terjadi dalam fluida
akibat dari efek kombinasi dari konduksi dan pergerakan kasar fluida. q”
adalah
d l h fluks
fl k panas konveksi,
k
k i adalah
d l h perbandingan
b di
l
luas
d
dengan
perbedaan
b d
temperatur antara permukaan dan fluida untuk masing-masing Ts dan T∞.
Sedangkan h, koefisien perpindahan panas, tergantung pada dimensi
permukaan kecepatan aliran,
permukaan,
aliran sifat primer fluida (μ,
(μ ρ,
ρ cp,
cp k),
k) sifat sekunder
(kecepatan suara, koefisien volumetrik ekspansi), percepatan gravitasi dan
perbedaan temperatur.

Radiasi
Radiasi adalah perpindahan energi oleh gerakan
gelombang elektromagnetik.
Pada perpindahan panas konduksi dan konveksi
memerlukan adanya media, sedangkan pada
perpindahan
p
p
panas radiasi tidak diperlukan
p
p
dan p
pada
ruang hampapun proses ini dapat terjadi.
Persamaan diatas disebut juga dengan hukum StefanBoltzman, dengan σ = 5,67x10-8
W/m2.K
K4. Permukaan dimaksud adalah sama dengan
permukaan benda hitam (sebagai radiator ideal). Jika
fluks p
panas diemisikan dari p
permukaan nyata
y
arau riil :
q” = ε . σ . Ts4
dengan :
ε : sifat radiatif permukaan (emisivitas) atau sifat yang
menunjukkan seberapa
besar efisien permukaan untuk mengemisikan bila
dibandingkan pada
radiator ideal.