Beban Pendingin

Soal -1. Suatu daur kompresi uap standar menghasilkan 50 kW refrigerasi dengan menggunakan refrigerant R-22, bekerja pada suhu pengembunan 35 oC dan suhu penguapan -10 oC , hitunglah: a. Dampak refrigerasi dalam kJ/kg. b. Laju pendauran refrigerant kg/det. c. Daya yg dibutuhkan oleh kompresor kW d. Koefisien prestasi e. Laju alir volume yg diukur pada pipa hisap kompresor. f. Daya per kW refrigerasi g. Suhu buang pada kompresor

jawab: 1 Dari table A-6, A-7 diperoleh : h1=401,6 kJ/kg, h2=435,2 kJ/kg, h3=h4=243,1 kJ/kg. a. Dampak refrigerasi= (h1 - h4) = (401,6 - 243,1) kJ/kg = 158,5 kJ/kg b. Laju pendauran refrigerant,dihitung dengan membagi kapasitas refrigerasi dengan dampak refrigerasi: Laju alir =

.

c. Daya yang dibutuhkan oleh kompresor adalah kerja kompresor per kilogram dikalikan dengan laju aliran refrigerant.

Daya kompresor = (

kJ/kg= 10,6 kW

d. Koefisien prestasi = adalah laju pendinginan dibagi dengan daya kompresor Koefisien prestasi = e. Laju aliran pada sesi masuk kompresor memerlukan data volume spesifik refrigerant pada titik 1, Dari table A-6 atau gambar A-4, nilai ini 0,0654 m 3/kg, sehingga: Laju aliran volume = (

0,0654 m3/kg) = 20,6 L/det

f. Daya kompresor perkilowatt refrigerasi(yg merupakan kebalikan dari koefisien prestasi) Daya Refrigerasi = g. Suhu buang kompresor adalah suhu uap panas lanjut pada titik 2, dari A- 4 diperoleh 57 o C

Soal-2. Apabila suatu daur kompresi uap standar menggunakan Refrigeran R-22, suhu penguapan -5 o C, dan suhu pengembunan 30oC, gambarkan daur tersebut pada koordinat Tekanan dan entalpi da hitung: a. Kerja Kompresi ( kJ/kg) b. Dampak Rerigerasik (J/kg) c. Dan Kalor yang dilepaskan pada kondensor ( kJ/kg) d. Koefisien prestasi

Soal-3 Suatu sistim yang menggunkan refrigerant 22 mempunyai kapasitas refrigerasi 80 kW, Daur tersebut merupakan daur kompresi uap standar yang suhu penguapannya -8oC dan suhu pengembunannya 42 oC a. Tentukan laju alir voleme refrigerant ( m3/detik).pada saluran masuk kompresor b. Hitung daya yang diperlukan kompresor

c. Pada sesi masuk kompresor, berapa fraksi dalam campuran yang menyatakan basis massa dan volume ?

Soal-4. Suatu mesin pendingin yang menggunakan amonia sebagai refrigeran bekerja pada suhu pengembunan 30 oC dan suhu penguapan -20 oC. Jika terjadi siklus ideal, tentukan : a. efek pendinginan b. laju aliran massa amonia (dalam kg/menit per ton pendinginan) c. langkah piston per menit per ton pendinginan d. kebutuhan tenaga (Hp) per ton pendinginan

e. COP f. panas yang dilepaskan dari kondensor per menit per ton pendinginan. Soal -5. Suatu sistem pembekuan pangan membutuhkan kapasitas sebesar 20 ton pendinginan pada suhu evaporator -35 oC dan suhu kondensor 22 oC. Refrigeran yang digunakan adalah Freon 22 dan mengalami pendinginan lanjut sebesar 3 oC saat keluar dari kondensor serta pemanasan lanjut sebesar 4 oC saat keluar dari evaporator. Proses kompresi yang terjadi adalah isentropik. Kompresor yang digunakan mempunyai 6 silinder dengan stroke sama dengan bore dan bekerja pada 1500 rpm. Tentukan : a. efek pendinginan b. laju aliran massa refrigeran per menit c. langkah piston teoritik per menit d. tenaga teoritik (Hp) e. COP f. panas yang dilepas dari kondensor Soal -6. Sebuah sistem pendingin dengan siklus kompresi uap standar yang menggunakan refrigeran tipe R-22 diketahui mempunyai suhu kondensasi 35 o C. Apabila setelah melalui katup ekspansi tekanannya turun sebesar 933.45 kPa, dan jika diketahui laju aliran refrigeran sebesar 0.315 kg/s tentukan: a. Suhu proses evaporasi b. Kebutuhan daya kompresi dan kapasitas refrigerasi yang dihasilkan (dalam kW). c. COP dari sistem Soal-7.Sebuah sistem pendingin dengan siklus kompresi uap standar yang menggunakan refrigeran tipe amonia diketahui beroperasi pada suhu kondensasi 34 oC dan suhu evaporasi -30 oC. Jika diketahui laju aliran refrigeran sebesar 0.3 kg/s, dan diasumsikan bahwa kompresor bekerja secara adiabatik, tentukan:

a. b. c. d. e.

Kapasitas refrigerasi yang dihasilkan Tekanan hisap dan tekanan buang kompresor Suhu refrigeran yang keluar dari kompresor Kebutuhan daya kompresi. COP

Soal 8. Suatu mesin pendingin kompresi uap dengan refrigeran R-22 beroperasi pada suhu evaporasi –20 oC dan suhu kondensasi 35 oC. 1. Tentukan suhu refrigeran yang memasuki kondensor 2. Tentukan debit aliran yang diperlukan untuk mendapatkan kapasitas pendinginan 2 ton refrigerasi (1 ton ref.=1357 W). 3. Hitung COP mesin tersebut

Soal -9. Hitunglah daya yang diperlukan untuk menekan 1,2 kg/det amonia dari keadaan uap jenuh,bertekanan 80 kPa menjadi 1000 kPa. a. Dengan kompresi satu tingkat. b. Dengan kompresi dua tingkat yang dilengkapi dengan intercooling oleh cairan refrigerant bertekanan 300 kPa. Jawab-9. Keseimbangan kalor : w6 h6+S2h2=W4h4 W6(316 kJ/kg)+1,2 kg/s(1588kJ/kg)=W4(1450 kJ/kg) Keseimbangan massa: W6 +1.2 = W4 ; Sehingga W4 = 1,346 kg/s Inter cooling amonia dengan cairan refrigeran menurunkan kebutuhan daya dari 468 menjadi 453,2 kW 4

h=1450 kJ/kg

Gambar keseimbangan kalor dan massa di intercooler

Keuntungan selanjutnya dari intercooling dengan amoniaadalah suhu buang(discharge temperature) dari kompresor tingkat tinggi akan diturunkan dari 146 oC, pada suhu di titik 3 yg didasarkan pada kompresi isentropic, hingga 77 oC. Suhu buang yg lebih rendah memungkinkan pelumasan lebih baik dan meyebabkan umur kompresor lebih panjang.

Perbadingan kompresi ammonia dengan dan tanpa intercooling

h2-h1, kJ/kg h3-h2, kJ/kg h5-h4, kJ/kg Laju alir,kg/s 1-2 2 ke 3 4 ke 5 Kebutuhan daya kW, 1ke 2 2ke 3 4 ke 5 total

Tanpa inter cooling.proses 1-2 dan 2-3 1588 - 1410 1800 - 1588 ………… 1,2 1,2 …………. 213,6 254,4 ………… 468

Dgn inter cooling proses 1-2,2-4 dan 4-5 1588-1410 1628-1450 1,2 1,346 213,6

239,6 453,2

Soal -10. Bandingkan suatu kompresi 3,5 kg/det refrigerant 22 dari uap jenuh bertekanan 100 kPa menjadi 1000 kPa. a. Dengan kompresi satu tingkat dan b. Kompresi dua tingkat dengan intercooling pada 300 kPa, menggunkan refrigerant cair.Jawab.

Perbadingan antara kompresi refrigerant 22 dengan dan tanpa intercooling

Tanpa inter cooling.proses 1-2 dan 2-3 416-387 449-416 ………. 3,5

Dgn inter cooling proses 1-2,2-4 dan 4-5

h2-h1, kJ/kg h3-h2, kJ/kg h5-h4, kJ/kg Laju alir,kg/s 1-2 2 ke 3 3,5 4 ke 5 …………. Kebutuhan 101,5 daya kW, 1ke 2 2ke 3 115,5 4 ke 5 ………… total 217 Kanan pertengahan untuk daya total minimum adalah: Pi=√Ps.Pd dimana : Pi tekanan inter cooler ( Kpa) Ps: Tekanan hisap kompresor tingkat rendah,kPa Pd: Tekanan buang kompresor

416-387 430-399 3,5 3,74 101,5

115,9 217,4

Perbadingan kompresi ammonia dengan dan tanpa intercooling

h2-h1, kJ/kg h3-h2, kJ/kg h5-h4, kJ/kg Laju alir,kg/s 1-2 2 ke 3 4 ke 5 Kebutuhan daya kW, 1ke 2 2ke 3 4 ke 5 total

Tanpa inter cooling.proses 1-2 dan 2-3 1588-1410 1800-1588 ………… 1,2 1,2 …………. 213,6 254,4 ………… 468

Dgn inter cooling proses 1-2,2-4 dan 4-5 1588-1410 1628-1450 1,2 1,346 213,6

239,6 453,2

Soal-11. Dua kompresor satu evaporator Hitunglah daya yang dibutuhkan oleh kedua kompresor dalam sistim amaonia yang melayani 250 kW evaporator pada suhu –25 oC.Sistim ini mengunakan

dua tingkat

kompresi dengan inter cooling dan pemisah gas cetus. Suhu pengembunan 35 oC Jawab -10 Buat gambar

Tekanan menengah untuk ekonomis yg optimum dapat dihitung berdasarkan persamaan: Pi=√Ps.Pd dimana : Ps: Tekanan hisap kompresor tingkat rendah,(tekanan jenuh pada -25 oC= 152 kPa) Pd: Tekanan buang kompresor(tekanan jenuh pada 35 oC=1352 kPa) Pi : Tekanan inter cooler ( Kpa)= Pi=√152 x1352=453 kPa. Sekarang mencari titik2 entalpi pada semua titik dapat diketahui dari table A-3 dan gbr A1: h1=hg pada -25 oC= 1430 kJ/kg h2=h pada 453 kPa setelah kompresi isentropic=1573 kJ/kg h3=hg pada 453 kPa =1463 kJ/kg h4=h pada 1352 kPa setelah kompresi isentropic = 1620 kJ/kg h5=hf pada 35 oC = 366 kJ/kg, h5=h6 h7=hf pada 453 kPa= 202 kJ/kg, h8=h7 Selanjutnya, Laju aliran masa melalui kompresor , dihitung dengan menggunakan keseimbangan kalor dan massa.

Keseimbangan kalor disekitar evaporator; W1 (h1-h8)= 250 kW W1 

250 kW  0,204 kg/det (1430  202) kJ/kg

W1=W2=W7=W8 Keseimbangan kalor dan massa disekitar inter cooler W2h2+W6h6=W7h7+W3h3 W6=W3 dan W7=W2 0,204(15373)+W3(366)=0,204(202) +W3(1463) W3= 0,255 kg/det Daya tingkat rendah = w2(h2-h1) = 0,204 kg/det (1573-1430) kJ/kg= 29,2 kW Daya Tingkat tinggi = w3(h4-h3) = 0,255 kg/det ( 1620-1463)kJ/kg= 40 kW Daya Total = 29,2 + 40 = 69,2 kW Kebutuhan daya ini dapat dibandingkan dengan sistim kompresor tunggal yang menghasilkan refrigerasi 250 kW pada suhu -25 oC dengan suhu pengembunan 30 o

C , maka gambar diagram tekanan dan entalpi

Dimana h1=1430 kJ/kg, h2 = 1765 kJ/kg, h3=h4 = 366 kJ/kg W1(h1-h4) = 250 kW W1 

250 kW  0,235 kg/det (1430  366) kJ/kg

Daya  W1 (h 2  h 1 )  0,235 kg/det(1765  1430) kJ/kg  78,7 kW

Jadi sistim kompresor dua tingkat membutuhkan daya 69,2 kW, lebih sedikit dari sistim satu kompresor 78,7 kW ( 12 %).

Soal-12 Dua kompresor dua evaporator. Pada sistim ammonia, satu evaporator diperlukan untuk 180 kW refrigerasi pada suhu -30 oC, dan evaporator yang lain 200 kW pada suhu 5 oC. Sistim ini menggunakan dua tingkat dengan intercooling dan ditata seperti gambar. Suhu pengembunan 40 oC. Hitunglah daya yang dibutuhkan kompresor?

Jawab: Dari gambar kita dapat mencari : h1=hg pada -30 oC = 1423 kJ/kg h2=h pada 517 kPa setelah kompresi isentropic= 1630 kJ/kg h3=hg pada 5 oC= 1467 kJ/kg h4=h pada 1557 kPa setelah kompresi isentropic =1625 kJ/kg h5=hf pada 40 oC =390,6 kJ/kg , h6=h5 h7=hf pada 5 oC = 223 kJ/kg , h8=h7 Laju alir masa, W1 (h 1  h 7 )  180 kW 180 kW  0,150 kg/det (1423  223) kJ/kg W7  W8  W2  W1  0,150 kg/det W1 

Keseimbangan kalor : 3 5

W5h5+300kW+W2h2=W3h3+W7h7

Evaporator 5oC

Keseimbangan massa:

200 kW

6

2

7 intercooler

W2=W7=0,150 kg/det

Sehingga: 390,6 W3+200+0,150(1630)=1467W3+0,150(223) W3=0,382 kg/det Daya yang diperlukan oleh kompresor: Daya tingkat rendah= 0,150(1630-1423)=31,1 kW Daya tingkat tinggi = 0,382(1625-1467)=60,4 kW Total daya = 31,1 kW+60,4 kW=91,5 kW Bila atu kompresor melayani masing-masing vaporator pada kompresi tingkat tunggal, makakebutuhan daya untuk dua compresor adalah sbb: Aliran melalui evaporator suhu rendah 180 kW 180 kW   0,174 kg/det (h1  h 6 ) (1423  390,6) kJ/kg

Aliran melalui evaporator suhutinggi 200 kW 180 kW   0,186 kg/det (h 3  h 6 ) (1467  390,6) kJ/kg

Sehingga : daya untuk sistim suhu rendah= 0,174(1815-1423)= 68,2 kW Daya untk sistim suhu tinggi= 0,186(1625-1467)=29,4 kW Total daya = 68,2 kW+ 29,4 kW = 97,6 kW