BAB II DASAR TEORI (2)

 
BAB II DASAR TEORI

 
 

BAB II

 
 

DASAR TEORI

 
 
 

2.1 Blast Chiller
Blast Chiller adalah salah satu sistem refrigerasi yang berfungsi untuk
mendinginkan suatu produk dengan cepat. Waktu pendinginan yang diperlukan untuk
 

sistem Blast Chiller ini adalah sekitar 5 menit untuk dapat mendinginkan produk
 

yang ingin di dinginkan. Sistem ini hanya dirancang dengan temperatur produk diatas
 

0C.
Sistem refrigerasi yang digunakan pada Sistem Blast Chiller ini, sama dengan
aplikasi – aplikasi sistem yang lainnya, yaitu menggunakan sistem refrigerasi
kompresi uap sederhana yang memiliki 4 komponen utama, yaitu, Kompresor,
kondensor, alat ekspansi, evaporator. Hanya saja pada sistem Blast Chiller peran dari
Fan di dalam kabin sangat penting terhadap cepatnya pendinginan pada produk,
karena cara pendinginan produk oleh sistem Blast Chiller ini dilakukan dengan cara
menyemburkan langsung udara dingin pada produk dengan bantuan fan sehingga
akan terjadi proses perpindahan kalor secara paksa. Aplikasi – aplikasi pada Blast
Chiller ini bisa digunakan untuk bermacam – macam produk, diantaranya adalah
minuman, vaksin, Cola, dan lain – lain.

Gambar 2.1 sistem Blast Chiller

[PT.Wardscatering, 2012]

Laporan Tugas Akhir | Teknik Refrigerasi dan Tata Udara

 

5

 
BAB II DASAR TEORI

 
 
 

2.2 Sistem Refrigerasi Kompresi Uap
 Sistem refrigerasi kompresi uap adalah sistem pendingin yang paling banyak

digunakan untuk aplikasi – aplikasi pada peralatan industri, transportasi, maupun alat
 

 
 

– alat rumah tangga, seperti misalnya pada AC, Kulkas, Freezer, dan lain – lain. Pada
sistem refrigerasi kompresi uap refrigran yang berada di dalam sistem akan
mengalami beberapa proses, proses – proses itu adalah sebagai berikut :
1)  Kompresi
2)  Kondensasi
3) Expansi

 

4) Evaporasi

Kondensor

Alat Ekspansi

Kompresor

\

Evaporator

Gambar 2.2 Siklus sistem refrigerasi kompresi uap

Laporan Tugas Akhir | Teknik Refrigerasi dan Tata Udara

 

6

 
BAB II DASAR TEORI

 
 
 

P
 
 

 

3

Kondensasi

Ekspansi

 
 

4

2
Kompresi

Evaporasi 1

 

h

 

Gambar 2.3 Siklus Sistem Refrigerasi kompresi uap pada diagram p – h
2.2.1 Proses kompresi (1 – 2)
Proses kompresi terjadi pada kompresor, dimana refrigran bertemperatur
rendah dengan fasa uap jenuh memasuki kompresor dan pada kompresor refrigran
berfasa uap jenuh bertemperatur rendah tersebut akan ditekan (dikompresi) sehingga
mengakibatkan adanya kenaikan temperatur pada refrigran dan fasanya menjadi uap
superheat pada saat refrigerant tersebut keluar dari kompresor. Pada proses kompresi
ini refrigran mengalami kompresi secara isentropik.
Pada kerja kompresi di kompresor (qw) ini dapat dinyatakan dengan:
qw = h2 – h1............................................................................................(2.3)
Dengan :
qw = Kerja kompresor (kJ/kg)

h1 = Enthalpy refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)
h2 = Enthalpy refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)

Laporan Tugas Akhir | Teknik Refrigerasi dan Tata Udara

 

7

 
BAB II DASAR TEORI

 
 
 

2.2.2 Proses Kondensasi (2-3)
 Proses kondensasi terjadi di kondensor, refrigran bertemperatur tinggi dengan

tekanan tinggi dan berfasa uap yang menuju ke kondensor dari saluran discharge.

 

 
 

Pada saat memasuki kondensor refrigran tersebut akan melepaskan kalor laten ke
lingkungan sekitarnya yang temperaturnya lebih rendah, hal ini mengakibatkan yang
sebelumnya refrigran berfasa uap bertekanan tinggi dan temperatur tinggi, akan
berubah  fasa menjadi cair takanannya menjadi konstan sedangkan temperatur masih
 
tetap tinggi.

 

Kalor yang dilepas di kondensor dapat diketahui dengan persamaan :
Qc =

. qc

qc = h2 - h3

Qc =

. (h2-h3)…………………………………………………….......(2.4)

Dengan :
 Qc = Kalor yang dilepas di kondensor (kW)
 ṁ = Laju aliran massa refrigran (kj/kg)
 h2 = Enthalpy refrigeran keluar kompresor (kJ/kg)
 h3 = Enthalpy refrigeran keluar kondenser (kJ/kg)

2.2.3 Proses Ekspansi (3-4)
Proses ekspansi terjadi pada alat ekspansi, refrigran yang berada pada
kondensor akan mengalir menuju alat ekspansi, refrigran berfasa cair bertekanan
tinggi dan temperatur tinggi dari kondensor, pada saat memasuki alat ekspansi
refrigran tersebut akan diekspansi sehingga temperatur pada refrigran tersebut akan

Laporan Tugas Akhir | Teknik Refrigerasi dan Tata Udara

 

8

 
BAB II DASAR TEORI

 
 
 

turun dan diharapkan temperatur refrigran tersebut lebih rendah dari temperature
lingkungan.
 
 

 

Proses ekspansi ini dapat dinyatakan dengan persamaan :


 

h3 = h4..........................................................................................(2.5)

 
2.2.4 Proses
Evaporasi (4-1)
 Proses evaporasi terjadi pada Evaporator, refrigran cair dengan temperatur
 

rendah dan tekanan rendah yang telah diekspansi oleh alat ekspansi akan mengalir
menuju ke evaporator. Pada saat refrigran tersebut berada di evaporator, refrigran
akan menyerap kalor produk atau kabin yang akan didinginkan, di sini refrigran
bertemperatur rendah akan mengalami proses perpindahan kalor dengan temperatur
lingkungan sehingga menyebabkan refrigran yang sebelumnya berfasa cair
bertemperatur rendah berubah menjadi fasa uap dan temperaturnya mulai naik. Proses
ini terjadi secara isothermal dan isobar.
Besarnya kalor yang diserap dapat diketahui dengan persamaan :
qe = h1− h4..............................................................................................(2.1)
Total kalor yang diserap pada evaporator ( beban pendinginan) :
Qe =

. qe
Qe =

. ( h1 – h4 )…………………….……………………................(2.2)

Dengan :
qe = Besranya kalor yang diserap di evaporator (kJ/kg)
= Laju aliran massa refrigeran (kg/s)

Laporan Tugas Akhir | Teknik Refrigerasi dan Tata Udara

 

9

 
BAB II DASAR TEORI

 
 

h1 = Enthalpy refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg)

 

h2  = Enthalpy refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)
 
 

2.3 Diagram p – h

 

Diagram p-h adalah suatu media pembantu agar kita dapat dengan mudah
 
menentukan
besaran – besaran yang dapat menunjukan performansi dari suatu sistem
 
refrigerasi,
diagram p – h memiliki bermacam – macam jenis, ini tergantung dari jenis

 

refrigrannya. Maka karena itu sebelum akan menganalisis performansi suatu sistem
refrigerasi pada diagram p – h kita harus mengetahui refrigran apa yang digunakan
pada sistem tersebut.
Dengan adanya bantuan dari diagram p – h, kita akan dapat mengetahui
dengan mudah performansi dari suatu sistem refrigerasi yang akan dianalisis, data –
data yang didapatkan pada diagram p – h antara lain : temperatur discharge,
temperatur suction, temperatur keluaran kondensor, temperatur keluaran evaporator,
tekanan kerja high pressure dan low pressure. Setelah mendapatkan data – data
tersebut, data tersebut dapat diplotkan pada diagram p –h, sehingga dapat dihitung :
 Kapasitas refrigerasi Qe = ṁ . (h1-h4)
 Kerja kompresi Qw = ṁ . (h2-h2)
 Panas yang dibuang di kondensor Qc = ṁ . (h2-h3)
 Nilai COPcarnot ,COPactual dan Efisiensi sistem
2.4 Coefficient Of Performance
Untuk mengetahui efisiensi dari sistem refrigerasi, maka perhitungan
koefisien presentasi sangatlah dibutuhkan untuk mempermudah mengetahui efisiensi
dari sistem. Harga dari koefisien actual dan carnot dapat diketahui dengan persamaan
:

Laporan Tugas Akhir | Teknik Refrigerasi dan Tata Udara

 

10

 
BAB II DASAR TEORI

 
 
 

COPactual =

........................................................................(2.6)

 
 COPactual yaitu adalah COP yang sebenarnya dimiliki suatu sistem
 

refrigerasi.

 

Dengan  :
 COPactual = prestasi aktual
 

qe

= Efek refrigerasi (kJ/kg)

qw

= Kerja kompresi (kJ/kg)

Sementara itu pada COPcarnot dapat dituliskan dengan :

COPcarnot =

...........................................................................(2.7)

COPcarnot yaitu ialah COP paling maksimal yang dimiliki pada sistem.
Dan untuk menentukan efisiensi dari sistem refrigerasi, dapat ditentukan dengan :

ɳ=

2.5 Perhitungan beban
Dalam rancang bangun sistem refrigerasi perlu dilakukan perhitungan beban
pendinginan yang harus ditangani untuk menentukan kapasitas peralatan yang
dibutuhkan. Pada sistem refrigerasi perhitungan beban pendinginan sangatlah
dibutuhkan, karena dengan adanya perhitungan beban pendinginan maka akan dapat
ditentukan peralatan yangdibutuhkan paada sistem sehingga sistem tersebut dapat

Laporan Tugas Akhir | Teknik Refrigerasi dan Tata Udara

 

11

 
BAB II DASAR TEORI

 
 
 

mengatasi beban pendinginan dengan baik. Jika dikelompokan beban kalor dapat
dibagi,  yang antara lainnya adalah :
1. Beban kalor melalui dinding
 

 
 

2. Beban Produk
3. Beban perpindahan udara
4. Dan lain – lain
 
 
2.5.1 Beban
kalor melalui dinding

 

Agar dapat diketahui seberapa besar beban kalor yang melewati dinding,
maka dapat diketahui dengan persamaan :
Qd = U x A x T
Dengan :
Q = Kalor yang masuk pada ruangan atau kabin melalui dinding (Watt)
U = Koefisien perpindahan panas menyeluruh (W/m2K)
T = Beda temperatur yang melalui dinding (ºC)
A = Luas penampang (m2)
Nilai U dapat dicari dengan persamaan :
Dengan : U =

x
x
x
1
1 x
1
  1  2  3  ....  n 
U
f i k1 k 2 k3
kn f 0

Koefisien perpindahan kalor menyeluruh (W/m2K)
K = Konduktivitas bahan (W/mK)
fi = Koefisien konduktivitas dinding dalam (asumsi 9.37 W/m2K)
fo = Koefisien konduktivitas dinding luar (asumsi 22.7 W/m2K)
x = Tebal lapisan bahan (m)

Laporan Tugas Akhir | Teknik Refrigerasi dan Tata Udara

 

12

 
BAB II DASAR TEORI

 
 
 

2.5.2 Beban pertukaran udara
 Pada beban pertukaran udara bisa didapatkan dengan persamaan :

Qpu = I x h

 

 
 

Dengan :
Qpu = Kalor pertukaran udara (kW)
I = laju infiltrasi ( L/s)
 

h = Perubahan entalpi faktor perubahan udara (kJ/L)

 
 

Nilai I dan h didapatkan pada table 10-7 dan 10-6 Roy J. Dossat.
2.5.3 Beban Produk
Beban kalor pada produk yang harus di atasi oleh sistem refrigerasi dapat
dicari dengan persamaan berikut :
Q = m x cp x t
Dan jika ingin mengetahui kalor persatuan waktu pada produk dapat dinyatakan pada
persamaan :

Dengan : q = penurunan temperatur (kW)
n = Chilling time

Laporan Tugas Akhir | Teknik Refrigerasi dan Tata Udara

 

13