lAPORAN TUGAS AKHIR

 [LAPORAN TUGAS AKHIR]
BAB II
DASAR TEORI
2012
2.1 Udara
2.1.1 Komposisi Udara
Udara yang mengandung uap air dinamakan udara lembab sedangkan udara
yang tidak mengandung uap air dinamakan udara kering. Udara atmosfir terdiri dari
kering dan lembab. Volume udara kering mengandung 78,18 % nitrogen, 21.05
udara
% oksigen,
argon, selebihnya karbondioksida dan lain- lain, seperti ditunjukan pada
Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Komposisi Udara Kering
2.1.2 Psikrometri
Psikrometri adalah sebuah diagram yang merepresentasikan prilaku udara,
sifat-sifat udara dan proses termal udara, Gambar 2.2 merupakan sebuah contoh dari
diagram psikrometri.
Gambar 2.2 Di agram Psikrometri
T E K NI K R EF R I GE RA SI d a n T A T A U DA RA
4
[LAPORAN TUGAS AKHIR]
2012
2.1.3 Komponen Diagram Psikometrik
o
Garis jenuh
Garis yang menyatakan temperatur uap air mulai mengembun pada udara.
o
Garis yang menyatakan seberapa besar kemampuan untuk terjadinya
penguapan uap air, secara teori kelembaban relatif (RH) didefinisikan sebagai
perbandingan antara uap air yang terkandung di udara dengan kandungan uap
air maksimal yang dapat ditampung oleh udara.
Garis Kelembapan Relatif
o
Garis Rasio Kelembaban
Garis yang menyatakan jumlah massa air yang terkandung dalam setiap
kilogram udara kering.
o
Garis Volume spesifik
Garis yang menyatakan volume udara campuran per massa udara kering.
o
Garis Entalpi
Garis yang menyatakan energi yang dimiliki oleh suatu zat pada
temperatur tertentu.
o Garis Temperatur Bola Basah
Garis yang menyatakan nilai temperatur yang terbaca pada termometer
dengan sensor yang dibalut dengan kain basah.
o Garis Temperatur Tabung Kering
Garis yang menyatakan nilai temperatur yang terbaca oleh termometer
dengan sensor kering dan terbuka.
2.1.4 Dasar Dasar Proses Udara
Gambar 2.3, merupakan gambaran dari proses udara yang dipresentasikan pada
diagram psikrometri.
T E K NI K R EF R I GE RA SI d a n T A T A U DA RA
5
[LAPORAN TUGAS AKHIR]
2012
Gambar 2.3 Proses Udara Pada Psikrometri
a. Pemanasan Sensibel (Heating)
Pemanasan sensibel terjadi pada udara yang mengalami pemanasan tanpa
penambahan atau pengurangan uap air. Hal ini dapat dilakukan dengan cara
melewatkan udara pada koil pemanas.
b. Pemanasan dan Humidikasi (Heating & Humidifying)
Terjadi pada udara yang mengalami pemanasan dengan penambahan uap air. Hal
ini dapat terjadi pada udara yang mendapat semprotan air dengan temperatur lebih
tinggi daripada temperatur tabung kering udara.
c. Humidifikasi (Humidifying)
Proses Humidifikasi terjadi pada udara yang mengalami penambahan kandungan
uap air tanpa terjadi pemanasan ataupun pendinginan secara sensibel.Hal ini dapat
dilakukan dengan cara menambah sprayer air dengan temperatur air sama dengan
temperatur tabung kering udara.
d. Pendinginan dan Humidifikasi (Cooling and Humidifying)
Terjadi pada udara yang mengalami pendinginan dengan pengurangan uap air. Ini
terjadi pada udara yang mendapat semprotan air de ngan temperatur lebih rendah
daripada temperatur tabung kering udara.
e. Pendinginan Sensibel (Cooling)
Pendinginan sensibel terjadi pada udara yang mengalami pendinginan tanpa
T E K NI K R EF R I GE RA SI d a n T A T A U DA RA
6
[LAPORAN TUGAS AKHIR]
2012
perubahan
kandungan uap air. Hal ini dapat dilakukan dengan melewatkan udara pada
koil pendingin yang memiliki temperatur lebih rendah dari temperatur tabung
keringnya namun memiliki temperatur yang lebih tinggi atau samadengan temperatur
titik embun udara.
f. Pendinginan dan Dehumidifikasi ( Cooling and Dehumidifying)
Terjadi pada udara yang mengalami pendinginan dengan pengurangan uap air.
Proses ini terjadi pada udara yang didinginkan oleh koil yang temperaturnya lebih
rendah dibanding temperatur titik embun udara.
g. Dehumidifiasi (Dehumidifying)
Terjadi pada udara yang mengalami pengurangan uap air tanpa pemanasan atau
pendinginan. Proses ini terjadi pada udara yang melewati dehumidifier seperti silica
gel, meskipun metoda ini pada dasarnya tidak dapat menghasilkan dehumidifikasi
murni.
h. Pemanasan dan Dehumidifikasi (Heating dan Dehumidifying)
Terjadi pada udara yang mengalami pemanasan dan pengurangan uap air. Proses
ini terjadi pada udara yang melewati koil pemanas dan dehumidifier.
Pada proses proses tersebut besarnya kalor sensibel maupun laten dapat dicari dengan
persamaan :
Q=
Δh ............................................................(2-1)
dimana :
q = daya yang dibutuhkan (watt)
m = laju aliran massa (kg/s)
Δh = perubahan entalpi dari kondisi 1 ke kondisi 2 (kj/kg)
Untuk laju penambahan maupun pengurangan uap air dapat dicari dengan rumus :
Δw =
(w1 -w2 )......................................................(2-2)
dimana :
Δw = besar laju perubahan uap air ( kg/s)
m = laju aliran massa udara (kg/s)
w1 -w2 = selisih kandungan uap air pada kondisi 1 dan kondisi 2
T E K NI K R EF R I GE RA SI d a n T A T A U DA RA
7
[LAPORAN TUGAS AKHIR]
2012
2.2 Pengaturan
Temperatur
Proses
pengaturan temperatur dapat dilakukan dalam 2 garis besar cara, yaitu
pemanasan dan pendinginan.
2.3 Pemanasan
Proses pemanasan (heating) dilakukan apabila diinginkan suatu keadaan temperatur
yang lebih tinggi dari keadaan awal. Proses pemanasan dapat dilakukan dengan berbagai
metode antara lain,
a. Menggunakan koil pemanas
Pada
penggunaan koil pemanas dialirkan sejumlah fluida yang memiiki
karakteristik temperaturnya lebih tinggi dari keadaan temperatur yang akan di
panaskan pada sejumlah gabungan
gabungan pipa (koil) ,contohnya dengan
mengalirkan uap panas hasil pembakaran pada boiler pada koil.
b. Pemanas listrik
Konsep kerja pemanasan dengan pemanas listrik adalah dengan mengalirkan
sejumlah arus listrik terhadap suatu hambatan atau resistor, karena arus listrik
terehambat maka akan terjadi konversi dari energi listrik menjadi energi panas
sebagai hasil dari rugi rugi kalor yang dihasilkan oleh resistor tersebut.
2.4 Pendinginan
Proses pendinginan dilakukan apabila didinginkan suatu keadaan temperatur yang
lebih rendah dari keadaan awal, proses pendinginan dapat dilakukan dengan cara
antara lain,
a. Penggunaan koil pendingin
Pada penggunaan koil pendingin di alirkan sejumlah fluida yang memiliki
temperatur lebih rendah daripada benda yang akan didinginkan. Fluida tersebut
akan mengambil sejumlah kalor dari benda yang akan didinginkan sehingga fluida
akan menjadi panas, sementara benda tersebut akan menjadi dingin. Biasanya
sistem penggunaan koil pendingin dikenal dengan nama sistem refrigerasi
kompresi uap
2.4.1 Sistem Refrigerasi Kompresi Uap
Sistem kompresi uap merupakan salah satu dari sistem refrigerasi. Sistem
T E K NI K R EF R I GE RA SI d a n T A T A U DA RA
8
[LAPORAN TUGAS AKHIR]
2012
refrigerasi
sendiri secara umum suatu proses perpindahan kalor. Namun lebih khusus
lagi, refrigerasi didefinisikan sebagai bagian dari ilmu pengetahuan yang berfungsi
untuk pengkondisian temperatur dibawah temperatur ruangan. Jadi dalam hal ini,
terjadi proses penyerapan kalor dari suatu benda atau ruangan sehingga temperatur
benda atau ruangan tersebut lebih rendah dari temperatur lingkungan sekitar.
Dapat dikatakan bahwa refrigerasi merupakan penerapan dari teori perpindahan
kalor dan termodinamika. Hal ini dikarenakan hampir semua pro ses yang terjadi
(kecuali pada sistem kelistrikan) merupakan proses perpindahan kalor dan
termodinamika.
Sistem refrigerasi kompresi uap merupakan salah satu sistem refrigerasi
mekanik yang saat ini merupakan sistem yang paling banyak dipakai karena
dipandang secara komersial harganya terjangkau masyarakat menengah dan
komponen yang digunakan sederhana diband ingkan sistem refrigerasi lainnya.Sistem
refrigerasi kompresi uap ini merupakan sistem yang mempergunakan kompresor
sebagai alat pemompa refrigeran, yang mana uap refrigeran bertekanan rendah yang
masuk pada sisi penghisap (suction) kemudian uap refrigeran tersebut ditekan didalam
kompresor sehingga berubah menjadi uap bertekanan tinggi yang dikeluarkan pada
sisi keluaran (discharge), kemudian uap refrigeran yang memiliki tekanan tinggi
tersebut akan memiliki temperatur tinggi sebagai dampak dari perubahan tekanan
yang tinggi , selanjutnya refrigeran akan mengalir menuju kondensor, di kondensor
refrigeran akan melepas sejumlah panas sehingga refrigeran akan berubah fasa
menjadi cair,refrigeran cair tersebut kemudian akan mengalir menuju alat ekspansi
untuk diturunkan tekannanya, sebagai dampaknya temperatur pun akan turun.
Refrigeran dingin kemudian mengalir menuju evaporator,di evaporator refrigeran
menyerap panas dan fasa refrigeran berubah menjadi gas. Refrigeran berfasa gas
kemudian mengalir menuju kompresor dan mengalami proses kompresi kembali
sehingga tekanannya akan naik. Pada Gambar 2.4 terlihat siklus sederhana refrigeran
dari sebuah sistem refrigerasi kompresi uap.
T E K NI K R EF R I GE RA SI d a n T A T A U DA RA
9
[LAPORAN TUGAS AKHIR]
2012
Gambar 2.4 Siklus Sistem Refrigerasi Kompresi Uap Sederhana
2.4.2 Komponen Sistem Refrigerasi Kompresi Uap
Komponen yang digunakan pada sistem rfrigerasi kompresi uap terdiri dari 4
komponen utama. Jika salah satu komponen tersebut tidak ada atau tidak terpenuhi
maka sistem tidak dapat bekerja. Berikut akan dibahas satu persatu kegunaa n 4
komponen tersbut.
a. Kompresor
Kompresor berfungsi sebagai penghasil beda tekanan dari refrigerant, sehingga
mengakibatan refrigerant dapat mengalir pada sistem. Jenis kompresor ada beberapa
macam, berdasarkan proses kompresinya kompresor terbagi menjadi beberapa jenis
diantaranya Torak,Rotari,Screw,Scroll,Centrifugal.
b. Kondensor
Kondensor berfungsi untuk membuang kalor dan mengubah fasa refrigeran dari
gas menjadi cair. Ada beberapa macam jenis kondensor, berdasarkan media/zat
pendinginnya
kondensor
diklasifikasikan
menjadi
3
yaitu
Air
Cooled
Condenser,Water Cooled Condenser dan Evaporative Cooling
c. Katup Ekspansi
Fungsi utama katup ekspansi adalah untuk mengatur lau aliran refrigeran dari
liquid line ke evaporator dan menjaga beda tekanan dari sisi tekanan rendah ke sisi
tekanan tinggi. Jenis katup ekspansi terdapat bebrapa macam salah satunya adalah
pipa kapiler. Penggunaan pipa kapiler terdapat beberapa keuntungan dan kerugian,
salah satu keuntungannya adalah harganya yang murah, sementara kerugian dari pipa
T E K NI K R EF R I GE RA SI d a n T A T A U DA RA
10
[LAPORAN TUGAS AKHIR]
2012
adalah tidak dapat mengatur laju aliran massa (konstan) sehingga tidak cocok
kapiler
untuk beban yang berubah ubah
d. Evaporator
Evaporator
berfungsi sebagai tempat penyerapan panas dari media/ruangan yang
akan didinginkan dan hasil penyerapan panas tersbut digunakan untuk mengubah fasa
refrigeran dari cair menjadi gas.
Selain 4 komponen utama diatas terdapat beberapa komponen pendukung yang
digunakan
dalam proses instalasi sistem refrigerasi kompresi uap, diantaranya :
a. Filter
Drier
Filter drier terdiri atas silica gel dan screen (saringan). Gunanya saringan ini ialah
untuk menyaring uap refrigeran sebelum masuk ke alat ekspansi agar kotoran yang
terbawa oleh uap tersebut tidak masuk kedalam alat ekspansi dan juga untuk
menyerap uap air yang tertinggal atau masuk saat proses instalasi. Jika alat ekspansi
tersumbat oleh kotoran, maka laju aliran refrigeran akan terhenti (mampet) akibatnya
tidak ada refrigeran yang masuk ke evaporator ( pendinginan tidak terjadi). Alat ini
dipasang pada daerah liquid line.
b. Sight Glass
Sight glass dapat berfungsi sebagai indikator apakah refrigeran keluaran
kondensor telah benar benar berfasa cair atau tidak,hal ini dapat dilakukan dengan
mengamati fasa refrigeran yang pada sight glass, selain itu sight glass berfungsi untuk
mengetahui ada atau tidaknya kandungan uap air pada refrigeran.h,al ini dapat
dilakukan dengan mengamati kertas lakmus yang berada di tengah tengah sight glass.
c. Solenoid Valve
Solenoid valve berfungi untuk menghentikan atau meneruskan cairan refrigeran
dalam sistem refrigerasi. Jika dipasang pada liquid line, akan menjaga refrigeran
terperangkap di sisi tekanan tinggi dan menurunkan kerja kompresor saat awal
dijalankan.
2.4.3 Siklus Sistem Refrigerasi Kompresi Uap pada Diagram Tekanan Entalpi
Penggambaran suatu proses termodinamika dapat dilakukan pada diagram T-s
T E K NI K R EF R I GE RA SI d a n T A T A U DA RA
11
[LAPORAN TUGAS AKHIR]
2012
atau p-h .Dalam pembahasan siklus refrigerasi adalah hal biasa bila proses
digambarkan
dalam diagram P-h. Pada Gambar 2.5 ditunjukkan gambaran umum
sifat-sifat fluida pada diagram P- h.
Gambar 2.5 Di agram p-h
Pada gambar tersebut ditunjukkan garis-garis untuk proses konstan,
misalnya garis isobar,
garis isoentalphy,
isoentropi ataupun isotermal.
Digambarkan pula keadaan fasa fluida pada masing- masing bidang. Kondisi
subcooled liquid (cair bawah dingin), adalah kondisi fluida dimana pada tekanan
tertentu temperaturnya lebih rendah dari temperatur jenuh (saturated temperature)
pada tekanan tersebut. Kondisi campuran adalah keadaan fluida saat terjadi
perubahan fasa dari cair menjadi uap. Sedangkan kondisi superheated vapor (uap
panas lanjut), adalah keadaan fluida dimana temperaturnya lebih tinggi dari
temperatur jenuhnya pada tekanan yang sama.
Siklus ideal sistem refrigerasi kompresi uap pada diagram P- h ditunjukan
pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Proses Sistem Refigerasi Kompresi Uap Pada Diagram p – h
T E K NI K R EF R I GE RA SI d a n T A T A U DA RA
12
[LAPORAN TUGAS AKHIR]
2012
Proses yang terjadi pada Gambar 2.6 adalah sebagai berikut:
 Proses Kompresi (1-2)
Pada tahapan proses ini adalah terjadi di kompresor secara isentrophy atau
(entropi
konstan ).
Kerja yang dilakukan kompresor adalah:
Wk =
(h2 – h1 ) .......................................................(2-3)
Wk = kerja Kompresi, (kW)
ṁ= laju aliran massa refrigeran, (kg/s)
h1 = entalphy refrigeran masuk kompresor, ( kJ/kg)
h2 = entalphy refrigeran keluar kompresor, ( kJ/kg)
 Proses Kondensasi (2-3)
Proses ini terjadi dalam keadaan tekanan konstan (Isobar) dan besar kalor
yang dilepaskan di kondenser atau heat rejection adalah:
Qk =
(h2 – h3 )........................................................(2-4)
Q k = besarnya kalor yang dilepaskan di kondenser, (kW)
ṁ= laju aliran massa refrigeran, (kg/s)
h2 = entalphy refrigeran masuk kondenser, ( kJ/kg)
h3 = entalphy refrigeran keluar kondenser, ( kJ/kg)
 Proses Ekspansi (3-4)
Dalam hal ini refrigeran tidak mengalami penambahan atau pengurangan
energi sehingga prosesnya dalam kondisi entalphy konstan (isoentalphy) yaitu h3
= h4 ,
dimana,
h3 = Entalphy refrigeran masuk ekspansi, ( kJ/kg)
h4 = Entalphy refrigeran keluar ekspansi, ( kJ/kg)
umumnya refrigeran yang masuk dalam keadaan cair jenuh dan setelah diekspansi
refrigeran dalam keadaan campuran.
T E K NI K R EF R I GE RA SI d a n T A T A U DA RA
13
[LAPORAN TUGAS AKHIR]
2012
Proses Evaporasi (4-1)

Proses ini terjadi pada tekanan konstan (isobar). Kalor yang diserap
evaporator
Qe =
(h1 – h4 ).......................................................(2-5)
dimana,
Q e = besarnya kalor yang dilepaskan evaporator, (kW)
ṁ= laju aliran massa refrigeran, (kg/s)
h4 = entalphy refrigeran masuk evaporator, ( kJ/kg)
h1 = entalphy refrigeran keluar evaporator, ( kJ/kg)
Efesiensi Sistem

Besarnya efesiensi sistem didapat dari COPactual dan COPcarnot dari sistem
tersebut. COP didapat dari perbandingan antara efek refrigerasi dengan kerja
kompresi.
Untuk menghitung besarnya COPactual
digunakan persamaan sebagai
berikut,
COPactual =
–
=
COPactual =
–
–
–
…………........................(2-6)
………...................................(2-7)
Sedangkan untuk mencari COPcarnot dapat digunakan persamaan sebagai
berikut,
COPcarnot =
...............................................(2-8)
dimana,
Te = temperatur evaporasi (Kelvin)
Tc = temperatur kondensasi (Kelvin)
Efesiensi sistem refrigerasi merupakan perbandingan besaran COPactual
T E K NI K R EF R I GE RA SI d a n T A T A U DA RA
14
[LAPORAN TUGAS AKHIR]
2012
dengan
COPcarnot .Jadi besarnya harga efesiensi (η) adalah sebagai berikut :
η=
x 100……...................................(2-9)
2.5 Pengaturan
Kelembapan
Proses
pengaturan kelembapan dapat dilakukan dengan cara menambah atau
mengurangi kadar air di dalam udara.Proses penambahan dan pengurangan kadar uap air
dalam udara dikenal dengan proses humidifikasi dan dehumidifikasi.
2.6 Proses Humidifikasi
Proses
humidifikasi adalah proses penambahan uap air, secara umum biasanya
proses ini dilakukan dengan menginjeksikan air terhadap udara dalam bentuk butiran
(spray), ada beberapa metoda dalam proses humidifikasi salah satunya adalah water
sprayer injection
2.6.1 Injeksi Butiran Air
Pada water spray injection sejumlah air yang telah mengalami proses atomizing
( penguraian atom) diinjeksikan ke dalam udara. Proses atomizing air sendiri terdiri
dari beberapa macam cara, salah satunya menggunakan sistem pompa bertekanan
tinggi, kemudian air dilewatkan pada suatu nozzle yang memiliki diamater kecil
antara 0.1 mm – 0.8 mm, besarnya diamater nozzle bergantung pada hasil besarnya
butiran air yang dan kapasitas debit yang diinginkan. Gambar 2.7 merupakan salah
satu contoh karakteristik keluaran air pada nozzle water spray injection
Gambar 2.7 Injeksi Butiran Air
2.6.2 Komponen Injeksi Butiran Air
Komponen komponen yang digunakan pada water spray injection antara lain :
T E K NI K R EF R I GE RA SI d a n T A T A U DA RA
15
[LAPORAN TUGAS AKHIR]
2012
a. Pompa
air
Pompa
air digunakan untuk mendistribusikan air dari sumber air sampai ke
keluaran nozzle. Selain itu pompa air juga dimaksudkan untuk menghasilkan
tekanan tinggi agar karakterisitik air keluaran nozzle dapat selembt mungkin
b. Selang atau pipa air
Selang
atau pipa air berfungsi sebagai jalur distribusi air dari pompa sampai
nozzle. Spesifikasi dari selang harus memperhatikan besarnya tekanan yang
dihasilkan oleh pompa,hal ini dimaksudkan agar selang atau pipa air tidak pecah
ketika air memiliki tekanan tinggi
c. Nozzle
Nozzle
yang digunakan pada Water Spray Injection harus memiliki karakteristik
khusus, antara lain dapat menghasilkan butiran air selembut mungkin hal ini
dimaksudakan agar butiran udara tersebut dapat bercampur dengan mudah
bersama udara.Gambar 2.8 merupakan salah satu contoh nozzle yang digunakan
pada water spray injection.
Gambar 2.8 Nozzle Injeksi Butiran Air
2.7 Proses Dehumidifikasi
Proses dehumidifikasi adalah proses pengurangan kadar uap air pada udara. Ada
beberapa metoda yang dapat digunakan dalam proses dehumidifikasi salah satunya adalah
condensation dehumidfying atau refrigeration dehumidifying.
2.7.1 Dehumidifikasi dengan Refrige rasi
Konsep kerja dari metoda ini terdiri dari beberapa proses, pertama udara
dilewatkan pada suatu koil pendingin yang memiliki temperatur sama dengan
temperatur dew point dari udara, akibatnya udara akan terkondensasi dan kadar uap
air pada udara akan berkurang. Selanjutnya udara yang telah mengalami proses
T E K NI K R EF R I GE RA SI d a n T A T A U DA RA
16
[LAPORAN TUGAS AKHIR]
2012
kondensasi
akan dialirkan melalui sebuah koil pemanas, akibatnya akan terjadi
kenaikan
temperatur dan penurunan kelembapan relatif (RH). Proses dehumidifikasi
udara pada metoda ini dapat dilihat pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9 Dehumi difikasi dengan Refrigerasi
Pada gambar tersebut udara dingin dan lembab (1), mengalir menuju filter (2),
setelah melalui proses penyaringan,kemudian udara bergerak menuju koil pendingin
(3), udara yang melewati koil pendingin akan terkondensasi, air hasil kondensasi
tersebut akan ditampung oleh bak penampung (5), karateristik udara keluaran koil
akan memiliki temperatur rendah dan pengurangan kadar uap air (6), selanjutnya
udara mengalir menuju koil pemanas (7), setelah melewati koil pemanas udara akan
mengalami peningkatan temperatur sementara RH nya akan turun (9).
2.7.2 Komponen Dehumidifikasi de ngan Refrigerasi
Komponen utama yang digunakan antara lain :
a. Koil pendingin
Koil pendingin dipilih berdasarkan temperatur dew point udara yang diinginkan.
Pemilihan koil pendingin tidak terlepas dari kapasitas pendingin/efek refrigerasi
yang diperlukan untuk menghasilkan udara sesuai dengan dew point dan
pertimbangan lainnya (sistem refrigerasi yang digunakan). Dasar pemiliha n koil
pendingin akan dibahas selanjutnya.
b. Koil pemanas
Koil pemanas dimaksudkan untuk menurunkan kelembapan relatif.
2.8 Beban Pendinginan
Perhitungan beban pendinginan bertujuan untuk memilih jenis dan kapasitas
peralatan yang akan digunakan dalam sistem pendingin/refrigerasi. Beban pendinginan
T E K NI K R EF R I GE RA SI d a n T A T A U DA RA
17
[LAPORAN TUGAS AKHIR]
2012
sendiri terdiri
dari beberapa macam dan jenis beban yang terdapat pada suatu sistem juga
variatif tergantung
pada aplikasi sistem,tempat sistem dll, antara lain :
a. Beban melalui dinding
b. Beban pertukaran udara
c. Beban produk
2.8.1 Beban Melalui Dinding
Beban melalui dinding dapat dihitung dengan rumus :
qd = U x A x ΔT.......................................................(2-10)
dimana :
qd
= Beban pendinginan dinding (W).
U
= Koefesien pepindahan kalor menyeluruh (W/m2 K).
ΔT
= Perbedaan temperatur bagian dalam dan luar dinding (K).
A
= Luas penampang dinding (m2 ).
Nilai U bisa dicari melalui persamaan :
1/U = 1/fo + x1 /k1 + x2 /k2 +..... xn /kn + 1/fi...................................(2-11)
dimana :
k
= Konduktivitas thermal bahan (W/m.k).
x
= Tebal lapisan bahan (m).
fi
= Koefesien konveksi dinding dalam (W/m2 K).
fo
= Koefesien konveksi dinding luar (W/m2 K).
2.8.2 Beban Pe rtukaran Udara (infiltrasi)
Udara luar yang masuk ke ruang refrigerasi bisa menjadi beban pendinginan.
Infiltrasi sendiri adalah masuknya udara ke dalam ruangan tanpa disengaja atau tidak
diharapkan. Beban infiltrasi dapat dihitung dengan persamaan :
qinf = I x Δh...........................................................(2-12)
dimana :
qinf
= Beban pendinginan akibat infiltrasi (W)
T E K NI K R EF R I GE RA SI d a n T A T A U DA RA
18
[LAPORAN TUGAS AKHIR]
I
= Laju infiltrasi ( l/s)
Δh
= Faktor perubahan entalpi (J/l)
2012
2.8.3 Beban Produk
Beban produk dapat dibagi menjadi 3 kategori
a.
Beban pe ndinginan produk
Beban ini dapat dihitung dengan persamaan :
qprod = m.Cp.ΔT......................................................(2-13)
dimana,
qprod
= Beban pendinginan produk (kW)
m
= Massa ( kg)
Cp
= Kalor spesifik produk (kJ/kg.K)
ΔT
= Beda temperatur antara kondisi awal dan akhir produk (K)
Rumus diatas digunakan untuk proses pendinginan secara sensibel, untuk
proses pendinginan sampai produk mencapai titik beku, dihitung berdasarkan
persamaan :
qprod = m x L........................................................(2-14)
dimana,
L = Kalor laten beku produk (kJ/kg)
Kalor persatuan waktunya yaitu
q = qtot / n.3600.RF.................................................(2-15)
dimana
b.
qtot
= Kalor penurunan temperatur + pembekuan (jika ada) (kW)
n
= Chilling Time (jam)
Rf
= Rate factor
Beban Respirasi
Setiap produk yang disimpan dalam ruang refrigerasi masih tetap “hidup”,
oleh karenanya perlu dipertimbangkan beban respirasi yang dihasilkan dari
produk. Rumusan beban respirasi adalah
qres = m x w....................................................(2-16)
T E K NI K R EF R I GE RA SI d a n T A T A U DA RA
19
[LAPORAN TUGAS AKHIR]
2012
dimana,
qres
= Beban pendinginan karena proses respirasi produk (W)
m
= massa produk (kg)
w
= Laju respirasi (W/kg)
c.
Beban Wadah
Kemasan produk dapat menjadi beban jika mempunyai perbedaan
temperatur dengan ruangan refrigerasi. Besarnya beban ini dapat dihitung
dengan persamaan :
qw =
...............................................(2-17)
dimana,
qw
= Beban pendinginan wadah (kW)
m
= massa wadah (kg)
Cp
= Kalor spesifik wadah (kJ/kg.K)
ΔT
= Beda temperatur wadah dengan ruangan refrigerasi (K)
2.9 Beban Pe manasan
Pada konsepnya perhitungan besarnya jumlah beban pemanasan yang terjadi pada
suatu ruangan hampir sama dengan beban pendinginan,perbedaannya terletak pada beban
pertukaran udara. Pada perhitungan beban pemanasan jika proses konveksi terjadi secara
alami, artinya proses masuknya udara hanya diakibatkan oleh perbedaan temperatur
(udara mengalir dari temperatur tinggi ke rendah), maka beban pertukaran udara yang
terjadi adalah beban eksfiltrasi, atau panas hilang karena udara panas dari ruangan
terbuang keluar. Sementara untuk konveksi paksa maka harus diperhitungkan jumlah
rasio udara dingin yang masuk ke ruangan (beban ventilasi).
2.10 Beban Humidifikasi dan Dehumidifikasi
Beban humidifikasi dapat dihitung dari perubahan kelembapan absolut kondisi awal
udara ke kondisi akhir udara . Gambar 2.10 merupakan salah satu tinjauan psikometrik
perubahan kadar kelembapan absolut udara dari titik 1 (udara kering) ke titik 2 (udara
lembab/basah).
T E K NI K R EF R I GE RA SI d a n T A T A U DA RA
20
[LAPORAN TUGAS AKHIR]
2012
Gambar 2.10 Tinjauan Psikrometri Proses Humi difikasi
Pada gambar tersebut besarnya beban humidifikasi dapat dihitung melalui persamaan
berikut ,
H = ρ.V ( w2 -w1 ).......................................................(2-18)
Dimana,
H
= Beban humidifikasi/besar penguapan/besar pengembunan ( kg)
ρ
= Massa jenis udara pada keadaan awal (kg/m3 )
V
= Volume udara/ruangan (m3 )
w2
= Kelembapan absolut keadaan akhir (kg/kg dry air)
w1
= Kelembapan absolut keadaan awal (kg/kg dry air)
T E K NI K R EF R I GE RA SI d a n T A T A U DA RA
21