21
dan pendingin ruangan, pompa kalor merujuk pada alat pendinginan kompresi uap yang mencakup saluran pembalik dan penukar panas sehingga arah aliran panas dapat
dibalik. Secara umum, pompa kalor mengambil panas dari udara atau dari permukaan. Beberapa jenis pompa kalor dengan sumber panas udara tidak bekerja
dengan baik setelah temperatur jatuh di bawah -5
o
C 23
o
F.
2.4.1. Siklus Kompresi Uap
Siklus Kompresi Uap SKU adalah siklus termodinamika yang digunakan untuk memindahkan panas dari medium yang bertemperatur rendah ke medium yang
bertemperatur lebih tinggi. Fluida kerja yang mengalir selama siklus disebut fluida kerja atau refrigeran. Pada SKU, selama siklus, refrigeran mengalami perubahan fasa,
yaitu menjadi uap evaporation dan menjadi cair condensation. Berdasarkan proses perubahan fasa inilah, maka pada SKU kita kenal beberapa komponen seperti
Evaporator dan Kondensor. Saat ini mesin pendingin yang menggunakan SKU sangat mudah dijumpai, seperti pada pendinginpemanas yang digunakan untuk
pengkondisian udara AC SplitHeat Pump di perumahan atau perkantoran dalam skala kecil.
SKU mempunyai 4 komponen utama, yaitu kompresor, kondensor, katup expansi, dan evaporator seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.10. Pada gambar
dapat dilihat bahwa dengan menggunakan evaporator panas diserap dari ruangan yang dikondisikan. Kemudian kompresor menerima kerja mekanik. Setelah melalui
kompresor, refrigeran masuk ke kondensor. Di sini refrigeran membuang panas ke
Universitas Sumatera Utara
22
lingkungan dan akhirnya mencair. Setelah mencair, tekanan refrigeran diturunkan sampai tekanan evaporator dengan menggunakan katup ekspansi.
Gambar 2.10. Siklus kompresi uap sederhana . Diagram T-s T adalah temperatur dan s adalah entropi ditampilkan pada Gambar
2.11. Diagram P-h P adalah tekanan dan h adalah entropi ditampilkan pada grafik pada Gambar 2.12. Proses-proses termodinamika yang terjadi pada SKU ini dapat
dibagi atas empat proses ideal, yaitu: 1.
Proses 1 – 2: adalah proses kompresi isentropik dari tekanan evaporator ke
tekanan kondensor. Pada titik 1, idealnya refrigeran berada pada fasa uap jenuh setelah menyerap panas pada suhu rendah dari evaporator.
Universitas Sumatera Utara
23
2.
Proses 2 – 3: adalah perpindahan panas yang diikuti kondensasi dari kondensor
pada tekanan konstan. Pada bagian awal sisi masuk kondensor refrigeran masih dalam kondisi superheat dan akibat pendingin akan turun suhunya hingga
mencapai temperatur kondensasi, dan akhirnya menjadi cair jenuh pada sisi keluar kondensor.
3.
Proses 3 – 4: adalah ekspansi adiabatik dari tekanan kondensor ke tekanan
evaporator. Akibat penurunan tekanan, temperatur akan turun. Pada sisi masuk evaporator sebagian fluida berada pada fasa cair dan sebagian lagi menjadi uap.
4.
Proses 4 – 1: adalah penguapan pada tekanan konstan. Di sini fluida menyerap
panas dari medium agar dapat menguap. Refrigeran akan, seluruhnya menguap di sisi keluar evaporator dan siklus akan berulang ke langkah 1.
Gambar 2.11. Diagram T-s SKU ideal .
S2’
Universitas Sumatera Utara
24
Gambar 2.12. Diagram P-h SKU ideal [11] Dengan menggunakan semua idealisasi yang telah disebutkan, maka analisis
termodinamika dapat dilakukan. Masing-masing analisis dapat dijelaskan sebagai berikut:
a. Kerja Kompresi isentropis
Tugas utama kompresor adalah menaikkan tekanan refrigeran, sekaligus juga menaikkan temperaturnya lebih tinggi dari temperatur lingkungan. Tujuannya
adalah agar dapat melepaskan panas pada temperatur tinggi ke lingkungan. Besarnya kerja kompresi per satuan massa refrigeran bisa di hitung dengan
persamaan 2.1 �
�
= ̇ℎ
− ℎ . Dimana:
ℎ = entalpi refrigeran saat masuk kompresor kJkg
Universitas Sumatera Utara
25
ℎ = entalpi refrigeran saat keluar kompresor kJkg ṁ = laju aliran refrigeran pada sistem kgs
b. Perpindahan panas kondensasi
Tugas utama kondensor adalah membuang panas yang terbawa bersama refrigeran ke lingkungan. Besarnya kalor per satuan massa refrigerant yang di lepaskan di
kondensor dinyatakan dengan persamaan 2.2.
�
= ̇ ℎ − ℎ . Dimana:
ṁ = laju aliran refrigeran pada sistem kgs ℎ = entalpi refrigeran saat masuk kondensor kJkg
ℎ = entalpi refrigeran saat keluar kondensor kJkg
c. Ekspansi adiabatik
Fungsi katup expansi di sini hanyalah menurunkan tekanan refrigeran cair. Secara ideal proses ini terjadi secara entalpi konstan, atau
ℎ = ℎ . Dimana:
h
3
= entalpi refrigeran saat keluar kondensor kJkg h
4
= harga entalpi masuk ke evaporator kJkg
Universitas Sumatera Utara
26
d. Evaporasi isobarik
Fungsi utama suatu siklus refrigerasi ada pada evaporator, yaitu menyerap panas pada temperatur rendah. Besarnya kalor yang diserap evaporator dihitung dengan
persamaan 2.4.
�
= ̇ ℎ − ℎ . Dimana:
�
= kalor yang di serap di evaporator kW ̇ = laju aliran massa refrigeran kgs
ℎ = harga entalpi ke luar evaporator kJkg ℎ = harga entalpi masuk ke evaporator kJkg
Kalor yang diserap ini digunakan untuk mengubah fasa refrigeran dari campuran cair-uap saat masuk evaporator, hingga akhirnya menjadi uap seluruhnya saat
keluar evaporator. Selanjutnya refrigeran kembali masuk ke kompresor dan bersirkulasi kembali, begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tercapai.
2.4.2. Performansi Siklus Kompresi Uap SKU Pompa Kalor
