Berikut adalah perhitungan termodinamika dari fluida kerja yang akan dipilih.
3.2.1 Refrigerant R-123
Refrigerant R-123 atau HCFC-123 adalah pendingin yang dirancang untuk menggantikan R-11 untuk digunakan sebagai pendingin dimana tekanannya
rendah dan menyediakan effisiensi energi yang sangat baik. Refrigerant ini ramah lingkungan dengan nilai ODP Ozon Depleting potensial nol dan GWP Global
Warming Potensial yang dapat diabaikan dan hemat energi. Refrigerant ini dianggap praktis karena tidak beracun jika tertelan ataupun terhirup, tapi
refrigerant ini bisa menimbulkan iritasi jika terkena kulit dan sedikit mengganggu mata karena terasa perih. Sedangkan dalam konsentrasi uap tinggi bisa
mengganggu sistem pernafasan dan sistem saraf pusat seperti pusing, sakit kepala dan mengantuk. Oleh karena itu, untuk menghindari segala kemungkinan yang
tidak diinginkan dan supaya bekerja dengan prosedur yang benar, diperlukan pengetahuan tentang karakteristik refrigerant ini.
Adapun karakterisrik fisik daripada refrigerant R-123 ini adalah sebagai
berikut : 1.
properti kimia : cairan tak berwarna dan bau samareter
2. rumus kimia
: CHCl
2
CF
3
3. nama kimia
: 2,2dichloro-1,1,1-trifluoroethane 4.
titik didih : 27,85
C pada tekanan 1 Atm. 5.
titik kritis : 183,68
C 6.
massa jenis pada titik kritis : 550 kgm
3
a. Perhitungan Daya Kerja Turbin Sifat fisik R-123 masuk ke turbin :
T
3
= 85 C
h
3
= 430,76 kJkg dari table HCFC-123 saturatian properties temperature [ Lampiran 1].
Universitas Sumatera Utara
keadaan R-123 keluar dari turbin :
T
4
= 40 C
h
4
= 404,1 kJkg table : HCFC-123 saturatian properties – temperature hingga dapat dihitung :
W
t
= h
3
-h
4
= 430,76 – 404,1 kJkg = 26,66 kJkg
b. Perhitungan Daya Kerja Pompa Keadaan R-123 saat dihisap oleh pompa :
T
1
= 40 C
v = 0,000702 m
3
kg P
1
= 154,48 kPa h
1
= 256,35 kJkg keadaan R-123 keluar dari pompa :
T
2
= 85 C
P
2
= 554,69 kPa h
2
= 287,78 kJkg Kerja pompa :
W
p
= v P
2
-P
1
= 0,000702 m
3
kg 554,69 - 154,48 kPa
Universitas Sumatera Utara
= 0,28094742 kJkg
c. Perhitungan pada kondensor
Q
out
= h
4
– h
1
= 404,1 – 256,35 kJkg = 147,75 kJkg
d. Efisiensi Termal
e p
T th
Q W
W +
= η
kJkg 147,75
kJkg 0,28094742
kJkg 26,66
+ =
th
η = 18
e.
Laju aliran massa uap
Laju aliran massa yang melalui turbin ditentukan dari persamaan : W
t
= h
3
-h
4
Dimana : W
t
= daya turbin W = laju aliran massa kgs
h
3
,h
4
= enthalpy kJkg
Daya turbin :
t m
g T
Wg W
η η
η .
. =
dimana : efisiensi generator
η
g
= 0.97 efisiensi mekanik
η
m
= 0.91 efisiensi turbin
η
t
= 0,92
Universitas Sumatera Utara
maka didapat daya turbin kW
kW Wg
W
t m
g T
399 ,
1231 92
, 91
, 97
, 1000
. .
= =
= η
η η
hingga dapat dihitung : W
t
= h
3
-h
4
1231,399 kW = 430,76 – 404,1 kJkg
= 46,189 kgs
Gambar 3.2 Diagram P – h refrigerant R-123
Dengan cara yang sama dilakukan perhitungan untuk masing-masing fluida kerja dan hasil nya seperti terlampir pada tabel 3.1 berikut :
Universitas Sumatera Utara
Refrigerant Tekanan
Evaporator Pc
Mpa Tekanan
Kondensor Pc
Mpa Laju Aliran
Massa m
̇ kgs
Kalor yang Keluar
Qout kJkg
Effisiensi Thermal
η
t
Suhu pada Titik Kritis
Tc C
Kerja Turbin W
T
kJkg Kerja
Pompa W
P
kJkg R-236fa
1,4 0,4378
47,728 137,2
18,7 124,92
25,8 0,3751
R-123 0,55469
0,15448 46,189
147,79 18
183,68 26,66
0,28094 R-600
1,1272 0,3793
20,1406 345,14
17,64 152,01
61,14 1,3483
R-124 1,7534
0,5932 55,974
135,5 16,3
122,47 22,01
0,9265 R-134a
2,9259 1,0165
147,82701 163,23
5,05 101,08
8,33 1,661176
R-125 2,5411
5,0098 1172,76
93,98 1,11
66,04 1,05
0,488 R-407c
2,7295 1,7255
456,073 168,3
1,55 86,74
2,7 0,903
R404A 2,3082
1,8292 1119,453
121,2 0,9
72,07 1,1
0,479
Universitas Sumatera Utara
Dalam pemilihan fluida kerja yang digunakan harus memenuhi persyaratan lingkungan supaya tidak merusak lapisan ozon dan potensi pemanasan global, dan
memastikan effisiensi termal dan kerja turbin yang tinggi karena.tidak ada fluida kerja yang memenuhi semua persyaratan, namun yang optimal harus dipilih.
Dari analisa delapan refrigerant diatas dapat dilihat setiap karakteristik refrigerant, dimana untuk perencanaan ini dipilih refrigerant yang memiliki tekanan
pompa yang rendah sehingga tidak memerlukan energi yang besar pada saat memompakan fluida ke evaporator, juga harus memiliki efisiensi termal yang tinggi
sehingga dapat menghasilkan energi yang besar, disamping juga dilihat faktor keamanan terhadap lingkunngan. Melihat perhitungan sifat-sifat fisik dari berbagai
refrigerant table 3.1, dapat dilihat efisiensi yang lebih tinggi yaitu refrigerant R- 236fa berkisar 18,7. Namun jika dilihat dari tekanan pada evaporator berkisar 14
bar, dan daya kerja turbin hanya berkisar 25,8 kJkg sehingga refrigerant ini kurang optimal. Jika dibandingkan dengan refrigerant R-123 efisiensinya 18, tekanan
pada evaporator hanya berkisar 5,54 bar dan daya kerja turbin berkisar 26,6 kJkg maka refrigerant ini lebih optimal dibanding R-236fa.
Sehingga dalam perancangan ini digunakan Refrigerant R-123 untuk pengembangan sistem pembangkit tenaga berdasarkan siklus rankine organik karena
refrigerant inilah lebih optimal digunakan refrigerant lainnya.
Universitas Sumatera Utara
BAB IV ANALISA PERPINDAHAN PANAS KONDENSOR
4.1 Perencanaan Kondensor
Dalam perencanaan ini kondensor yang akan direncanakan adalah jenis shell and tube condensor. Refrigerant mengalir dalam tube kondensor sedangkan air akan
dialirkan melewati gugusan tube kondensor. air yang melewati tube kondensor akan menyerap kalor refrigerant sementara refrigerant yang bertukar panas dengan air akan
mengalami kondensasi.
Sumber : Shell and tube exchangers design
Gambar 4.1 U-tube kondensor Dalam perencanaan ini, tube kondensor direncanakan dari bahan tembaga
copper, sedangkan shell direncanakan dari bahan baja stell. Berdasarkan data dari tabel 3.1 hal.19 untuk refrigerant yang dipilih yaitu R-123 dengan laju aliran massa
sebesar 46,189 kgs, Q
out
= 147,79 KJkg dan tekanan pada kondensor sebesar 0,15448 Mpa dan suhu masuk kondensor T,
ri
= 50 C dan suhu keluar kondensor
T,
ro
direncanakan sebesar 40 C.
Selanjutnya akan dilakukan perhitungan dimensi kondensor berdasarkan analisa perpindahan panas yang terjadi.
4.2 Perpindahan Panas Konveksi Eksternal
Perpindahan panas aliran eksternal terjadi disebelah luar tube karena air yang mengalir menyilang melewati tube. Temperatur tube pada kondensor, berkisar
3
o
C sampai 4 C lebih rendah dari temperatur refrigeran sumber : hasil pengujian di
laboratorium pendingin Seltech .
Universitas Sumatera Utara
