-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
1/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika i
MAKALAH TERMODINAMIKA
TEKNIK KIMIA
PEMICU 3 : HUKUM 2 DAN SIKLUS TERMODINAMIKA
KELOMPOK 03
Nahida Rani (1106013555)
Nuri Liswanti Pertiwi (1106015421)
Rizqi Pandu Sudarmawan (0906557045)
Sulaeman A. S. (0906557051)
Sony Ikhwanuddin (1106052902)
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK, 2013
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
2/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika ii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penyusun haturkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat
dan kurina-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan Makalah mata kuliah termodinamikamengenai Hukum Kedua dan Siklus Termodinamika dengan tepat pada waktunya.
Hambatan, keterbatasan, serta tantangan yang dihadapi penulis dalam penyusunan
karya tulis ini begitu banyak, sehingga keberhasilan penyusunan karya tulis ini merupakan
buah dari kerjasama, dan bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan
terimakasih setulus-tulusnya kepada :
1. Orang tua penyusun, yang selalu mengalirkan doa, dan dukungan moril, serta materilsehingga karya tulis dapat diselesaikan.
2. Dosen Pembimbing, dalam hal ini dosen termodinamika, Ibu Wulan, yang senantiasamemberi arahan serta bimbingan.
3. Rekan-rekan mahasiswa Departemen Teknik Kimia FTUI yang telah memotivasi danmendukung penyusunan laporan ini.
Tak lupa, kesempurnaan hanyalah milik Allah SWT, Tuhan yang telah menciptakan
alam semesta beserta isinya. Oleh karena itu, penulis menyadari bahwa dalam karya tulis ini
masih terdapat banyak kekurangan dan kesalahan. Maka, penulis mengharapkan umpan balik
seperti kritik, saran, serta komentar pembaca.
Depok, 27 Maret 2013
Penyusun
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
3/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika iii
DAFTAR ISI
Judul ............................................................................................................................. i
Kata Pengantar ............................................................................................................ ii
Daftar Isi ....................................................................................................................... iii
Pembahasan: Jawaban Pemicu
Tugas I .......................................................................................................................... 1
Jawaban Pertanyaan a ............................................................................................ 1
Jawaban Pertanyaan b ........................................................................................... 3
Jawaban Pertanyaan c ............................................................................................ 9
Jawaban Pertanyaan d ........................................................................................... 10
Jawaban Pertanyaan e ............................................................................................ 11
Jawaban Pertanyaan f ............................................................................................ 13
Tugas II ......................................................................................................................... 15
Jawaban Pertanyaan a ............................................................................................ 15
Jawaban Pertanyaan b ........................................................................................... 18
Jawaban Pertanyaan c ............................................................................................ 22
Jawaban Pertanyaan d ........................................................................................... 25
Jawaban Pertanyaan e ............................................................................................ 28
Daftar Pustaka ............................................................................................................. 33
Lampiran ...................................................................................................................... 34
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
4/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 1
PEMBAHASAN
JAWABAN PEMICU
Tugas 1
a. Saat kita membicarakan siklus termodinamika, maka kita sudah melibatkanhukum kedua termodinamika. Hukum kedua termodinamika mengenal istilah
entropi. Menurut kelompok anda apa yang disebut dengan entropi? Jika sebuah
tangki pejal mengandung gas ideal pada 40C yang sedang digerakkan oleh roda
dayung. Roda dayung melakukan kerja 200 kJ dan mengikuti gas ideal. Seperti
terlihat pada Gambar dibawah. Hal ini diamati bahwa suhu gas yang ideal tetap
konstan selama proses ini sebagai hasil perpindahan panas antara sistem dan
lingkungan di 30C. Tentukanlah perubahan entropi gas ideal.
Jawab :
Entropi adalah variabel keadaan bagi suatu sistem dalam kesetimbangan. Entropi suatu
sistem merupakan fungsi keadaan termodinamik yang perubahannya sama dengan integral
antara keadaan awal dan akhir, yang diintegrasikan sepanjang lintasan reversibel yangmenghubungkan kedua keadaan itu. Ini berarti bahwa S selalu sama untuk sistem ketika
sistem tersebut berada dalam kesetimbangan. Seperti halnya tekanan (P), volume (V), dan
energi dalam (U), entropi (S) merupakan karakteristik dari sistem dalam kesetimbangan
dengan syarat sistem berubah dengan cara reversibel (dapat dibalik). Kata lain yang dapat
menggambarkan entropi adalah ukuran ketidakteraturan. Satuan untuk entropi adalah J/K atau
Btu/R. Satuan untuk entropi spesifik dalam SI adalah kJ/kg.K untuk s dan kJ/kmol.K untuk
, sedangkan satuan inggris untuk entropi spesifik adalah Btu/lb.R dan Btu/lbmol.R. (Morandan Howard).
Perubahan entropi gas ideal
Diketahui :
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
5/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 2
Gambar 1. Skema sistem pengenalan sampel
W = 200 kJ
Ttangki = 40C (isotermal)
Tlingkungan = 30C
Ditanya : perubahan entropi gas ideal (S)
Jawab :
Asumsi :
1. Sistem dalam keadaan sistem tertutup (closed system)
2. Suhu dalam sistem konstan (isotermal)
3. Steady state, tidak dipengaruhi oleh waktu
4. U = 0 karena tidak ada perubahan suhu pada sistem (isotermal)
Persamaan entropi :
...(1)
Pada hukum termodinamika pertama, panas (Q) didapatkan dari persamaan neraca energi
sistem tertutup :
E = Q + W - (U + K + P) ...(2)
Pada persamaan ini diasumsikan bahwa keadaan steady state (E =0), tidak ada
perbedaan tinggi (P = 0), dan tidak ada aliran (K).
...(3)
Pada kasus ini, sistem dijaga isotermal sehingga tidak ada perubahan suhu, maka dU = 0.
Oleh karena itu, ...(4)Dengan mensubstitusi persamaan (4) ke persamaan (1), maka perubahan entropi gas ideal
didapatkan :
...(5)Dimana W merupakan kerja yang dihasilkan dari roda dayung. Tanda minus menandakan
bahwa sistem diberi kerja oleh roda dayung. T merupakan suhu pada sistem. Sehingga :
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
6/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 3
(
)
Tanda negatif menunjukkan bahwa perubahan entropi mengalami penurunan
(ketidakteraturan menurun).
b. Jika anda berperan sebagai seorang engineer yang memiliki tugas seperti Budi,langkah-langkah apa yang anda lakukan untuk mengevaluasi kinerja unit
pembangkit di atas. Mengapa evaluasi ini perlu dilakukan? Dan bilamana evaluasi
ini dilaksanakan?
Jawab :
Langkah pertama yang harus perlu dilakukan adalah mengetahui apa saja tujuan untuk
mengevaluasi kinerja unit pembangkit uap tersebut.
Tujuan evaluasi kinerja unit pembangkit uap adalah sebagai berikut:
1. Memastikan kerja pabrik berjalan lancar.2. Memastikan tingkat keamanan operasi unit terjaga.3. Memastikan kadar polusi akibat emisi kerja unit berada pada batas toleransi.4. Memastikan unit berada dalam kondisi fisik yang baik.5. Menentukan perlu tidaknya tambahan maintenance atau cleaning pada tiap-tiap
komponen unit.
6. Memastikan biaya operasional unit sesuai rancangan awal.7. Mengetahui kemungkinan biaya operasional unit dengan meninjau proses kinerja tiap
komponen.
Langkah kedua adalah mengetahui skema kinerja dari sistem pembangkit tenaga uap.
Gambar 2. Sistem Pembangkit Tenaga Uap dan Diagram T-S
Urutan Proses:
1-2 : kompresi isentropis (di dalam pompa)
2-3 : penambahan panas di Boiler (pada tekanan konstan)
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
7/38
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
8/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 5
Evaluasi BoilerPertama kita harus mengetahui kesetimbangan massa dan energi pada boiler.Proses
pembakaran dalam boiler dapat digambarkan dalam bentuk diagram alir energi.
Gambar 1 pada lampiran menggambarkan secara grafis tentang bagaimana energi
masuk dari bahan bakar diubah menjadi aliran energi dengan berbagai kegunaan dan
menjadi aliran kehilangan panas dan energi. Panah tebal menunjukan jumlah energi
yang dikandung dalam aliran masing-masing. Berdasarkan gambar tersebut, maka
kesetimbangan massa dan energi pada volume atur boiler sebagai berikut:
...(6)
...(7)
Efisien boiler dapat ditentukan dengan:
...(8)
Secara umum perpindahan panas pada ruang bakar boiler terjadi dengan modus
radiasi, konveksi dan konduksi. Pada modus radiasi, perpindahan panas lazimnya
terjadi antara inti dari nyala api (hottest part of flame) dengan dinding waterwall.
Energi radiasi dari api tersebut tergantung pada warna nyala ( luminosity of flame) dan
jumlah penyerapan panas permukaan yang terekspos nyala tersebut. Sedangkan pada
modus konveksi, perpindahan panas terjadi antara gas asap dengan dinding waterwall.
Selanjutnya pada modus konduksi, aliran panas melintasi dinding dari waterwall. Dari
perpindahan panas ini ditentukan kerugian kalor di dalam boilernya yang diakibatkan
oleh gas buang yang kering, konveksi dan radiasi dinding, adanya abu bakar dalam
boiler, serta blowing down uap.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
9/38
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
10/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 7
Analisis Gas AsapPenentuan efisiensi termal alat pembangkit uap dapat dilakukan dengan
menghitung besamya kerugian yang terjadi, melalui analisis gas asap yang terbentuk.
Hasil analisis gas asap dapat menjadi indikator yang dapat digunakan untuk
mengupayakan pembakaran yang sempuma dengan mengatur besamya udara lebih
yang diperlukan untuk pembakaran, yang akan berdampak kepada lebih meningkatnya
efisiensi unit pembangkit uap. Pengukuran komposisi gas asap juga bemanfaat untuk
digunakan sebagai dasar mengambil tindakan dalam upaya mengatasi pencemaran
lingkungan akibat pembakaran bahan bakar fosil. Metode ini sudah umum digunakan,
namun agar hasil pengujian dapat diperoleh secar cepat, dapat disusun kurva-kurva
untuk menentukan besamya kerugian yang terjadi, untuk pemakaian bahan bakar
tertentu. Dengan bantuan dari kurva tersebut, pengujian unit pembangkit uap yangharus dilakukan secara rutin akan lebih mudah dan lebih cepat mendapatkan hasil.
Emisi tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan oleh boiler dan sumber
uap yang lain, desain dan operasi ruang pembakaran pada boiler dan sistem
pembersihan jenis built-in dan add-on pada keluaran boiler.
Evaluasi PompaPada unit pembangkit uap, sebagian besar pompa yang digunakan umumnya ialah
pompa bertipe sentrifugal. Gaya sentrifugal ialah sebuah gaya yang timbul akibat
adanya gerakan sebuah benda atau partikel melalui lintasan lengkung (melingkar).
Keuntungan pompa sentrifugal adalah gerakan impeler yang kontinyu menyebabkan
aliran tunak, keandalan operasi tinggi disebabkan gerakan elemen yang sederhana dan
tidak adanya katup-katup, kemampuan untuk beroperasi pada putaran tinggi, yang
dapat dikopel dengan motor listrik, motor bakar atau turbin uap ukuran kecil sehingga
hanya membutuhkan ruang yang kecil, serta lebih ringan, biaya instalasi ringan, harga
murah dan biaya perawatan murah.
Berdasarkan karakteristik dari pompa sentrifugal, dapat dievaluasi dimana tinggi
tekan tekanan diferensial bervariasi dengan keluaran (output)pada kecepatan konstan.
Karakteristik dapat juga menyertakan kurva efisiensi dan harga brake horse power-
nya. Umumnya sebuah pompa sentrifugal akan menaikkan tinggi tekan terbesarnya
pada suatu titik, dimana tidak ada aliran yang sering dianggap sebagai shut off head.
Jika shut off head kurang dari harga maksimum tinggi tekan, pompa menjadi tidak
stabil dan dibawah beberapa kondisi dapat memperbesar daya dan kecepatan fluktuasi
yang menyebabkan getaran mekanis yang besar pada sistem pemipaan.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
11/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 8
Performance pompa sentrifugal juga dapat dievaluasi dengan berdasarkan pada
suatu parameter yang disebut kecepatan spesifik (specific speed). Hal ini merupakan
hubungan antara kapasitas, tinggi tekan, dan kecepatan pada efisiensi optimum yang
mengklasifikasikan impellerpompa dengan respek terhadap persamaan geometris.
Efisiensi pompa dapat dipengaruhi oleh kavitasi yang terjadi dalam pompa. Untuk
menghindati kavitasi diusahakan agar tidak ada satu bagianpun dari aliran didalam
pompa yang mempunyai tekanan statis lebih rendah dari tekan uap jenuh cairan pada
temperatur yang bersangkutan. Dalam hal ini perlu diperhatikan dua macam tekanan
yang memegang peran penting. Pertama,tekanan yang ditentukan oleh kondisi
lingkungan dimana pompa dipasang, dan kedua,tekanan yang ditentukan oleh keadaan
aliran didalam pompa. Berhubungan dengan dua hal tersebut, maka didefinisikanlah
suatu Net Positive Suction Head (NPSH) atau Head Isap Positif Neto yang dipakaisebagai ukuran keamanan pompa terhadap kavitasi. Ada dua macam NPSH, yaitu
NPSH yang tersedia pada sistem (instalasi), dan NPSH yang diperlukan oleh pompa.
Pompa terhindar dari kavitasi jika NPSH yang tersedia lebih besar daripada NPSH
yang dibutuhkan.
Evaluasi KondenserKondenser merupakan komponen pendingin yang sangat penting dan sebagai alat
penukar kalor yang memiliki ribuan tube yang mana air pendingin mengalir. Uap air
terkondensasi ketika melalui bundel tube dan kontak dengan permukaan tube tersebut.
Sistem pendingin mempunyai peranan penting, karena itu diperlukan jumlah air yang
relatif besar untuk mengabsorbsi panas yang dilepas oleh uap selama proses
kondensasi. Semakin rendah tekanan dikondensor maka semakin besar daya yang bisa
dibangkitkan namun tekanan dikondensor tidak boleh terlalu rendah karena akan
mengakibatkan kualitas uap yang diekspansikan semakin rendah sehingga terdapat
titik-titik air didalam uap yang akan mengakibatkan kavitasi pada last blade turbin.
Efisiensi siklus pembangkit uap dapat dinaikkan dengan melakukan beberapa cara,
seperti: (a)menurunkan tekanan kondensor, (b)pemanasan lanjut uap, dan
(c)menaikkan tekanan Boiler. Dalam pengembangan selanjutnya, menaikkan efisiensi
termal siklus dapat dilakukan pula dengan beberapa cara sebagai berikut: (a sistem
pemanasan ulang, (b)sistem regenerasi dan (c)sistem cogenerasi.
Evaluasi dari kinerja unit pembangkit uap di atas perlu dilakukan dalam rangka
memastikan agar penyediaan fasilitas dan peralatannya dapat memenuhi kebutuhan
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
12/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 9
pabrik. Seringkali suatu pembangkit mengalami masalah dalam proses siklus
tenaganya seperti heat loss yang berlebih (over), faktor korosi, maupun kerusakan
mekanis. Hal tersebut dapat menimbulkan kerugian yang cukup banyak bila ditinjau
dari aspek ekonomi (pabrik tidak dapat beroperasi tanpa adanya aliran listriknya),
aspeksosial (meningkatkan kemungkinan kriminalitas bila mati lampu terjadi pada saat
malam hari), dan aspek-aspek lainnya. Oleh karena itu evaluasi terhadap sistem
pembangkit wajib dilakukan secara berkala agar kejadian-kejadian diatas dapat
dicegah atau dikurangi dampaknya secara signifikan (bila memang tidak mungkin
untuk dicegah, misalnya korosi, untuk mengurangi laju korosi dapat digunakan
proteksi katodik, yaitu dengan mengubah komponen kerja menjadi katoda, dimana
dialirkan elektron tambahan ke dalam material.
c. Bagaimana menurut anda perbedaan proses yang terjadi dalam siklus Carnot,siklus Rankine dan siklus proses nyata?
Jawab :
Perbedaan yang terjadi dalam siklus Rankine dan siklus Carnot adalah sebagai berikut:
Siklus Rankinea)Fluida yang digunakan berupa cairan.
b)Proses yang terjadi adalah dua tahap isentropik dan dua tahap isobarik.c)Dikembangkan untuk mengatasi kelemahan siklus Carnot (dihambatnya
kemampuan boiler menghasilkan uap superheated oleh kondisi isothermal).
Siklus Carnota)Fluida yang digunakan berupa gas.
b)Proses yang terjadi adalah dua tahap adiabatik dan dua tahap isotermal.c)Merupakan siklus termodinamik ideal yang reversibel.d)Tidak mungkin diterapkan karena tidak mungkin mendapatkan suatu siklus yang
mutlak reversibel di keadaan nyata, tetapi dapat dianggap sebagai kriteria pembatas
untuk siklus-siklus lainnya.
Siklus Proses Nyataa)Kompresi yang dilakukan oleh pompa dan ekspansi yang terjadi di dalam turbin
tidak isentropik.
b)Sebuah mesin nyata (real) yang beroperasi dalam suatu siklus pada temperatur THand TCtidak mungkin melebihi efisiensi mesin Carnot.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
13/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 10
c)Proses yang terjadi tidak reversibel dan terdapat peningkatan entropi selama proseskompresi dan ekspansi berlangsung.
d. Bagaimana menurut anda jika siklus tenaga uap Carnot merupakan model yangsesuai untuk pembangkit tenaga uap sederhana?
Jawab :
Sistem pembangkit daya tenaga uap merupakan salah satu mesin kalor dengan sistem
pembakaran luar. Pembakaran dilakukan di luar mesin untuk menghasilkan energi panas yang
kemudian ditransfer ke uap. Energi input tersebut kemudian sebagian diubah menjadi kerja
oleh turbin dan sebagian lagi dilepas ke lingkungan yang memiliki temperatur yang lebih
rendah.
Pembangkit tenaga uap menggunakan siklus uap tertutup, dimana pada prosesnya uap
yang telah memutar turbin dengan energinya akan dikondensasikan kembali menjadi air dan
akan dipompakan ke boiler. Selanjutnya air tersebut akan dipanaskan kembali di dalam boiler,
sehingga menghasilkan uap. Siklus ini terjadi terus menerus. Urutan proses pada pembangkit
tenaga uap seperti yang telah dipaparkan pada jawaban 1b, bahwa :
Pada pompa terjadi proses isentropis. Pada boiler terjadi proses isobarik. Pada turbin terjadi proses isentropis. Pada kondensor terjadi proses isobarik.Meskipun siklus Carnot merupakan siklus yang efisien, akan tetapi kurang cocok untuk
diterapkan pada sistem tenaga uap. Hal ini disebabkan, karena pada siklus Carnot proses yang
terjadi secara berurutan adalah adiabatik, isotermal, adibatik, dan isotermal. Sedangkan
apabila kita melihat proses yang terjadi pada siklus pembangkit tenaga uap, siklus Carnot
bukanlah pilihan yang tepat. Beberapa hal yang membatasi penerapan siklus Carnot pada
sistem tenaga uap adalah:
1. Proses pemasukan dan pembuangan kalor yang dilakukan secara isotermal hanya
mudah dilakukan ketika berada pada daerah perubahan fase cair-uap. Pada
kenyataannya daerah perubahan fase cair-uap sangat terbatas, sehingga membatasi
daerah kerja sistem tenaga uap apabila menggunakan siklus Carnot. Selain itu,
keterbatasan temperatur maksimum juga akan membatasi efisiensi termal dari siklusCarnot.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
14/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 11
2. Proses kompresi dan ekspansi isentropik pada Pompa dan Turbin dilakukan pada
kondisi uap campuran (uap basah). Kandungan uap pada liquid tentunnya kurang baik
bagi kerja pompa, sebaliknya adanya kandungan cairan kurang baik juga untuk kerja
turbin. Kekurangan-kekurangan tersebut yang mengakibatkan siklus Carnot menjadi
kurang realistik atau tidak dapat diterapkan dalam sistem tenaga uap.
Oleh karena itu, menurut kami dalam penerapan pada pembangkit tenaga uap, kurang
sesuai jika menggunakan siklus Carnot. Seperti yang telah dipaparkan pada jawaban 1.c di
atas mengenai perbedaan antara siklus Carnot dan siklus Rankine, pada pembangkit tenaga
uap ini akan lebih sesuai jika siklus yang digunakan adalah siklus Rankine karena pada proses
penerapannya sesuai.
e. Bagaimana pengaruh kondisi operasi dan konfigurasi suatu siklus terhadap nilaiefisiensi secara keseluruhan? Dan bagaimana pengaruh sifat irreversibilitas
terhadap siklus tenaga?
Jawab :
Pengaruh kondisi operasi dan konfigurasi suatu siklus terhadap nilai efisiensisecara keseluruhan.
Sebuah batasan pada kinerja sistema yang menjalani siklus daya dapat dijelaskan dengan
menggunakan pernyataan Kevin-Planck tentang hukum kedua termodinamika. Misalkan
siklus tenaga seperti gambar di bawah ini.
Gambar 3. Analogi Siklus Daya
Efisiensi termal dari siklus tersebut adalah
(10)
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
15/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 12
Dengan adalah efisiensi termal, H adalah jumlah energi yang diterima sistem darireservoir panas melalui perpindahan panas dan Qc adalah jumlah energi yang dilepaskan dari
sistem ke reservoir dingin melalui perpindahan kalor.
Berdasarkan efek Carnot (Carnot corollaries) kedua sebagai berikut:
Semua siklus daya reversibel (sempurna) yang beroperasi di antara dua reservoir yang sama
mempunyai efisiensi termal yang sama.
Dari pernyataan tersebut dapat disimpulkan bahwa siklus harus memilki efisiensi yang
sama apa pun pilhan zat kerja atau urutan (konfigurasi) proses yang terjadi selama siklus
tersebut berlangsung secara reversibel (sempurna) dan beroperasi pada reservoir termal yang
sama. Dengan demikian, efisiensi hanya bergantung pada temperatur kedua reservoir tersebut.
Perbedaan temperatur memberikan dorongan untuk terjadinya perpindahan kalor antara
keduanya begitu pula untuk produksi kerja selama proses. Oleh karena itu, persamaan
efisiensi termal (10) dapat ditulis sebagai fungsi temperatur seperti berikut:
...(11)
Dengan TC adalah temperatur pada reservoir dingin dan TH adalah temperatur pada
reservoir panas. TC dan TH dalam skala temperatur absolut yaitu Kelvin atau Rankine.
Persamaan (11) di atas adalah efisiensi termal untuk semua siklus daya reversibel yang
beroperasi di antara dua reservoir termal pada temperatur TC dan TH, serta merupakan
efisensi maksimum yang dapat dicapai oleh setiap siklus daya yang beroperasi di antara dua
reservoir termal.
Jadi, bila diasumsikan bahwa siklus berlangsung secara reversibel (sempurna) maka
efisiensi siklus secara keselurahan hanya dipengaruhi oleh suhu mutlak dari masing-masing
reservoir tanpa dipengaruhi oleh kondisi operasi dan konfigurasi proses. Hal ini merupakan
bentuk idealisasi siklus guna menentukkan efesiensi maksimum yang dapat dicapai suatu
siklus. Pada praktek nyatanya, siklus semacam ini tidaklah mungkin terjadi, di mana faktor
ireversibilitas sangat berpengaruh terhadap kinerja siklus dan berimplikasi pada efisiensi
siklus secara keseluruhan.
Pengaruh sifat ireversibilitas terhadap siklus tenagaSalah satu kegunaan penting dari hukum termodinamika kedua dalam teknik rekayasa
adalah untuk menentukan kinerja teoritis terbaik sistem. Biasanya kinerja terbaik dievaluasi
sebagai fungsi dari proses yang diidealisasikan (proses berlangsung secara reversible). Suatu
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
16/38
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
17/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 14
Pada turbin: P1= 8 MPa, T1= 480oC
Pada kondenser: P2= 8 kPa
Wcycle= 100 MW
Ditanyakan: efisiensi () Jawab:
Efisiensi didapatkan dengan persamaan:
(12)
Nilai QHyang dibutuhkan untuk menghitung efisiensi dapat dihitung dengan persamaan:
(13)
Nilai Qcsendiri bisa didapatkan dengan persamaan:
(14)
Untuk menyelesaikan persamaan (14), maka dibutuhkan data entalpi dari fluida yang
bekerja saat di kondenser dan turbin.
o KondenserKeadaan fluida pada saat memasuki kondenser adalah saturated vapor, sehingga
entalpi pada kondenser adalah entalpi saturated vaporpada tekanan 8 kPa, seperti
yang diketahui dari soal, yaitu 2576,2 kJ/kg.
o TurbinKeadaan fluida pada saat memasuki turbin adalah superheated vapor, sehingga
entalpinya bisa didapatkan dari tabel superheated pada tekanan 8 MPa dan suhu
480oC. Entalpi pada turbin didapatkan sebesar 3348,92 kJ/kg.
Dengan mengasumsikan bahwa massa fluida yang digunakan adalah sebanyak 1 kg,
maka nilai Qcbisa didapatkan:
Tanda negatif menandakan bahwa kalor dikeluarkan dari sistem selama proses dari turbin
ke kondenser.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
18/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 15
Selanjutnya, nilai QH bisa didapatkan dengan mensubstitusikan nilai Qc ke dalam
persamaan (13):
Efisiensi kemudian didapatkan dengan mensubstitusikan nilai QH ke dalam
persamaan(12):
Dari hasil perhitungan, didapatkan bahwa efisiensi siklus sangat baik dan mendekati
angka 1, yang menandakan bahwa hampir seluruh kalor yang diberikan yang dikonversi
menjadi kerja oleh sistem. Namun, dalam aplikasi secara nyata, hal ini tidak mungkin terjadi.
Hal ini disebabkan oleh kompresi yang dilakukan oleh pompa dan ekspansi yang dilakukan
oleh turbin tidaklah berlangsung secara isentropic, sehingga menambah daya yang dibutuhkan
oleh pompa dan mengurangi daya yang dihasilkan oleh turbin.
Tugas 2
a. AC merupakan salah satu aplikasi siklus Refrijerasi Kompresi Uap. Bagaimanaanda menjelaskan mekanisme kerja siklus tersebut?
Jawab :
Gambar 4. Diagram T-s untuk siklus refrigerasi actual vapor-compressed
Siklus ini terdiri atas 4 proses yaitu:
Proses 1-2 : Kompresi uap isentropik pada kompresor (tekanan naik)
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
19/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 16
Proses 2-3 : Pada tekanan konstan, uap didinginkan dan dikondensasikan (terjadi
pelepasan panas dan menjadi cairan)
Proses 3-4 : Terjadi proses ekspansi (tekanan kembali ke awal)
Proses 4-1 : Cairan berevaporasi pada tekanan konstan (terjadi penyerapan panas)
Pada diagram TS terlihat adanya garis putus-putus (3 - 4) yang menunjukan kondisi
isentropik. Selain itu ada juga garis lurus dari 34 yang menunjukan kondisi isentropik. Pada
siklus kompresi-uap, refrijeran akan memasuki kompresor pada keadaan 1 sebagai uap jenuh
dan dikompres secara isentopik pada tekanan kondenser. Temperatur refrijeran akan naik
selama proses isentropik ini. Refrijeran kemudian memasuki kondenser sebagai uap lewat
jenuh pada keadaan 2 dan meninggalkannya sebagai cair jenuh pada keadaan 3. Temperatur
refrijeran di sini tetap di atas temperatur sekitar.Cair jenuh yang ada pada keadaan 3 kemudian di throttle menuju tekanan evaporator
dengan melewatkannya pada katup ekspansi atau tabung kapiler (entalpi konstan). Temperatur
refrijeran akan turun di bawah temperatur dari ruangan yang didinginkan selama proses
berlangsung. Refjireran kemudian memasuki evaporator pada keadaan 4 sebagai keadaan
campuran jenuh kualitas rendah dan refrijeran ini kemudian berevaporasi sebagai uap jenuh
dan memasuki kompresor kembali untuk menyempurnakan siklusnya.
Keempat peralatan yang digunakan bekerja dalam kondisi steady state. Perubahan energi
kinetik dan potensial dari refrijeran sangat kecil sehingga seringkali diabaikan. Berikut
persamaan energi dengan basis unit massa :
ieoutinoutin hhwwqq )()( ...(15)
Gambar 5. Diagram p-h daur kompresi uap
Kondenser dan evaporator tidak terlibat dalam kerja. Kompresor bekerja secara adiabatik.
Maka, COP (Coefficient of Performance) dari pendingin dan heat pump =
12
41
, hh
hh
w
qCOP
innet
LR
...(16)
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
20/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 17
12
32
, hh
hh
w
qCOP
innet
HHP
...(17)
Cara kerja AC
Mesin pendingin udara ruangan (Air Conditioner/AC) adalah alat yang menghasilkan
dingin dengan cara menyerap udara panas sekitar ruangan. Proses udara menjadi dingin
adalah akibat dari adanya pemindahan panas, sedangkan bahan yang digunakan sebagai bahan
pendingin dalam mesin pendingin disebut refrigeran.
Di dalam Air Conditioner dibagi menjadi 2 ruang, yaitu ruang dalam dan ruang luar. Di
bagian ruang dalam udaranya dingin karena adanya proses pendinginan. Di bagian ruang luar
digunakan untuk melepaskan panas ke udara sekitar.
Secara umum gambaran mengenai prinsip kerja AC adalah:
Penyerapan panas oleh evaporator Pemompaan panas oleh kompresor Pelepasan panas oleh kondensorPrinsip kerja AC pemindahan panas diperlukan energi tambahan yang ekstra besar karena
udara yang didinginkan skalanya lebih besar dan banyak. Di dalam mesin Air Conditioner
(AC) bentuk refrigeran berubah-ubah bentuk dari bentuk gas ke bentuk cairan. Pada
kompresor refrigeran masih berupa uap, tekanan dan panasnya dinaikkan dengan cara
dimampatkan oleh piston dalam silinder kompresor. Kemudian uap panas tersebutdidinginkan pada saluran pipa kondensor agar menjadi cairan. Pada saluran pipa kondenser
diberi kipas untuk mempercepat proses pendinginan. Proses pelepasan panas ini disebut
teknik pengembunan.
Selanjutnya cairan refrigeran dimasukkan ke dalam evaporator dan dikurangi tekanannya
sehingga menguap dan menyerap panas udara sekitar. Di dalam AC bagian dalam ruangan,
udara dingin disebarkan menggunakan kipas blower. Dalam bentuk uap (gas) refrigeran
dihisap lagi oleh kompresor. Demikian proses tersebut berulang terus sampai gas habis
terpakai dan harus diisi kembali.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
21/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 18
Gambar 6. Diagram alur AC
Siklus Aliran Udara
Di bagian ruang dalam yang udara di sekitarnya panas akan digantikan oleh udara yang
telah didinginkan melalui kipas blower. Udara panas akan terserap masuk ke dalam kipas
blower dan didinginkan didalam ruang kipas blower.
Gambar 7. Siklus aliran udara AC
Di bagian luar ruangan terdapat kondesor yang melepas panas refrigeran setelah proses
pemampatan kompresor. Untuk mempercepat proses pelepasan panas maka ditambahkan
kipas.
b. Dapatkah anda mendeskripsikan komponen-komponen yang terdapat dalam siklusrefrijerasi kompresi uap?
Jawab :
Komponen-komponen utama yang terdapat dalam siklus refrijerasi kompresi uap adalah
evaporator, kompresor, kondensor, dan katup ekspansi.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
22/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 19
Gambar 8. Bagan komponenAir Conditioner
Evaporator
Evaporator atau sering juga disebut boiler, freezer, froster, cooling coil, chilling unit, dan
lain-lain. Evaporator berfungsi sebagai pengambil panas (menyerap panas) dari udara atau
didalam mesin pendingin yang akan didinginkan. Di dalam evaporator, terjadi perubahan
wujud refrigeran dari cairan menjadi uap. Proses perubahan wujud ini memerlukan energi
yang sangat besar yang diambil dari lingkungan dalam ruang pendingin. Ketika proses
penguapan refrigeran terjadi, panas yang ada di dalam ruang pendingin akan diambil.
Kompresor yang sedang bekerja menghisap bahan pendingin gas dari evaporator, sehingga
tekanan di dalam evaporator menjadi rendah dan vakum.
Evaporator diletakkan di dalam ruangan yang sedang didinginkan. Evaporator terletak
pada sisi tekanan rendah, yaitu diantara alat pengatur bahan pendingin dan kompresor.
Terdapat dua jenis Evaporator yaitu:
Evaporator ekspansi langsung (direct/dry expansion type)Pada ekpansi langsung, refrigeran langsung menguap di dalam coil pendingin dan kontak
langsung dengan objek yang diinginkan karena pada bagian keluarannya dirancang selalu
terjaga kering agar refrigeran yang berfasa cair telah habis menguap sebelum terhisap keluar
ke saluran masuk kompresor.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
23/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 20
Evaporator ekspansi tidak langsung (indirect/wet expansion type)Pada ekspansi tidak langsung, digunakan medium perantara untuk mengambil panas saat
penguapan. Medium perantara ini kemudian dipompakan ke objek yang akan didinginkan.
Evaporator tidak langsung digunakan jika lokas pendinginan berada di tempat yang
berjauhan. Medium perantara yang sering digunakan adalah air jika suhu masih diatas beku,
dan larutan garam (campuran CaCl2 dan etilen atau propilen glikol) untuk suhu yang lebih
rendah dari suhu beku.
Kompresor
Kompresor adalah komponen yang merupakan jantung dari sistem refrigerasi. Kompresor
berfungsi untuk meningkatkan suhu dan tekanan dari refrigeran setelah keluar dari evaporator.
Kerja dari kompresor adalah menghisap uap refrigeran dari evaporator dan mendorongnya
dengan cara mengkompresnya menjadi uap bertekanan tinggi, sehingga uap akan tersirkulasi
dan mengalir masuk ke kondenser. Antara evaporator dan kondenser yang dihubungkan
dengan kompresor, terjadi perbedaan tekanan, dimana pada kondenser tekanan refrigeran
menjadi tinggi (high pressure/HP), sedangkan di evaporator tekanan refrigeran menjadi
rendah (low pressure/LP). Oleh karena itu, refrigeran mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan
rendah.
Kebanyakan kompresor-kompresor yang dipakai adalah dari jenis torak (piston). Jika
piston bergerak turun dalam silinder, katup hisap terbuka dan uap refrigeran masuk dari
saluran hisap ke dalam silinder. Daya hisap dan kemampuan kompresor bergantung dari
kecepatan gerak dan udara dari semua bagian yang berhubungan dengan katup ini. Pada saat
piston bergerak ke atas, tekanan uap di dalam silinder meningkat dan katup hisap menutup,
sedangkan katup tekan akan terbuka, sehingga uap refrigean akan ke luar dari silinder melalui
saluran tekan menuju ke kondensor. Katup hisap dan katup tekan (buang) biasanya terbuat
dari bahan yang sama, yaitu baja khusus (compressor valve steel).
Kondensor (pengembun)
Kondensor adalah alat untuk membuat kondensasi bahan pendingin dari kompresor
dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Pada kondensor terjadi perubahan wujud refrigeran
dari uap super-heated bertekanan tinggi ke cairan sub-cooled bertekanan tinggi dimana
tekanan dan temperaturnya masih tetap tinggi. Agar terjadi perubahan wujud refrigeran
(condensing), maka kalor uap refrigeran dilepaskan ke lingkungan. Kalor yang dikeluarkan
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
24/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 21
dari refrigeran berasal dari kalor yang diserap dari evaporator (ruang yang didinginkan) dan
kalor yang dihasilkan oleh kompresor.
Kondensor berfungsi untuk membuang kalor dan mengubah wujud refrigeran dari gas
menjadi cair. Posisi kondensor berada diantara kompresor dan alat pengatur refrigeran (bahan
pendingin), yaitu pada sisi tekanan tinggi dari sistem. Kondensor diletakkan di luar ruangan
agar dapat membuang panasnya ke luar kepada zat yang mendinginkannya (terjadi proses
pendinginan). Media pengembun refrigeran pada kondensor bisa berupa udara (air cooled
condenser), air (water-cooled condenser) atau campuran udara dan air (evaporative
condenser). Untuk media pendingin udara bisa terjadi secara konveksi alami maupun
konveksi paksa (forced konvection). Pada sistem AC split, kondensor dan kompresor
tergabung dalam condensing unit.
Untuk memperbesar perpindahan kalor, pada konstruksi pipa-pipanya diberi sirip-sirip
(fins). Selain untuk memperluas permuakaan pipa, sirip-sirip ini juga untuk menambah
kekuatan konstruksi dari kondensor. Seperti yang telah diterangkan bahwa refrigeran
meninggalkan kompresor dalam bentuk uap yang bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi pula.
Uap ini harus dicairkan untuk dapat dicairkan lagi. Hal tersebut menjadi tugas kondensor.
Kondensasi merupakan proses pelepasan kalor refrigeran superheat ke lingkungan
sehingga fasanya berubah dari uap menjadi cair jenuh tetapi tekanan dan temperaturnya masih
tetap tinggi.
Katup Ekspansi (Expansion Valve)
Katup ekspansi adalah alat yang berfungsi untuk mengekspansikan refrigeran, sehingga
tekanannya turun. Refrigeran yang keluar dari kondensor mempunyai suhu dan tekanan
tinggi, sedangkan refrigeran yang masuk ke dalam evaporator harus memiliki suhu dan
tekanan rendah. Oleh karena itu, untuk menurunkan suhu dan tekanan tinggi ini diperlukansuatu alat ekspansi.
Katup ekspansi ini seperti gerbang yang mengatur banyaknya refrigeran cair yang boleh
mengalir ke dalam evaporator, sehingga sering dinamakan refrigerant flow controller.
Besarnya laju aliran refrigeran merupakan salah satu faktor yang menentukan besarnya
kapasitas refrigerasi. Pada sistem refrigerasi yang kecil, maka laju aliran refrigeran yang
diperlukan juga kecil, sedangkan sistem refrigerasi yang besar akan mempunyai laju aliran
refrigeran yang besar pula.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
25/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 22
c. Pendingin ruangan yang dikenal sebagai AC (air-conditioner) pada umumnya kinimenggunakan refrijeran R-134a menggantikan refrijeran R-12. Jika sebuah AC
merek AsalDinGin berkapasitas 1 PK memiliki spesifikasi sebagai berikut:
Cooling Capacity: 9.000 BTU/h Timer: 24 Hours Timer Air Purifying: Vi tamin C Fi lter Special Feature 1: Jet Function Special Feature 2: Washable PP Fil ter Special Feature 3: - Remote Control: Yes Power Consumption: 950 W
Garansi: 3 th compresor 1 th sparepartPerkirakanlah laju alir massa refrijeran pada AC tersebut dan coefficient of
performance AC tsb, dengan menuliskan semua asumsi yang Anda gunakan yang
diusahakan mendekati kenyataan yang ada!
Jawab :
Diketahui:QL= 9000 Btu/h; -W = 950 W
Ditanya :laju alir massa (m); COP
Asumsi:
Sistem beroperasi dalam keadaansteady state. Perubahan energi kinetik dan potensial diabaikan. Siklus refrigerasi yang terjadi adalah actual vapor-compressed. Refrigerant memasuki kompresor sebagai slightly superheated vapor dan
meninggalkan kondenser sebagaisubcooled; pada siklus aktual sulit untuk mengontrol
staterefrigerant dengan tepat.
Kompresor dipengaruhi friksi yang mempengaruhi volume spesifik dan kondisirefrigerant tidak lagi isentropik.
Untuk kondisi tekanan dan suhu masuk-keluaran digunakan: Refrigerant 134a memasuki kompresor pada tekanan 0,14 MPa dan suhu -10oC;
meninggalkan kompresor pada tekanan 0,8 MPa dan suhu 50oC.
Refrigerant memasuki kondenser pada tekanan 0,72 Mpa dan suhu 26oC dandilewatkan ke throttle pada tekanan 0,15 MPa. (Data angka-angka yang diperoleh
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
26/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 23
dari berbagai contoh soal pada buku Cengel (Chapter 11) untuk siklus refrigerasi
dengan refrigerant 134-a).
Analisis:
Kondisi refrigerant pada diagram T-s di atas diambil dari Tabel A-11 (Cengel) untuk
refrigerant 134-a.
Kondisi 1(lihatsaturated table):
P1= 0,14 MPa = 20,314 psia
T1= -10oC =14
oF
Ps = 29 psia karena Ps> P1, maka uap dalam keadaansuperheated
darisuperheated table h1= 246,36 kJ/kg; s1=0,94456 kJ/kg K
Kondisi 2:
Isentropik
P2= 0,8 MPa h2s= 284,21 kJ/kg
s1= s2s
Aktual
P2= 0,8 MPa h2= 286,69 kJ/kg
T2= 50oC
Kondisi 3:
P3= 0,72 MPa Ts= 81,71oF = 27,62
oC karena Ts> T3, maka uapsaturated
T3= 26oC dari saturated table, Ts = 81,81oF = 27,62oC Ts> T3subcooled
karena table subcooled tidak tersedia, maka nilai h3 diambil dari hf
pada suhu 26oC
h3= 87,83 kJ/kg
Kondisi 4:
Pada throttle, nilai h4= h3= 87,83 kJ/kg
Karena kompresor tidak isentropik, efisiensi kompresor pada siklus ini adalah,
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
27/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 24
%8,93938,0246,3669,286
36,24621,284
12
12
hh
hh sc
Laju alir massa refrigerant pada AC dapat dihitung menggunakan persamaan,
1122
umumEpEkhmEpEkhmWQiiee
karena kondisi sistem steady state dan perubahan energi potensial dan energi kinetik
diabaikan maka
iiee hmhmWQ
Untuk menghitung laju massa dapat dilihat pada sistem evaporator
skg
kgkJ
Btu
kW
s
h
h
Btu
m
hh
Qm
hhmhmhmQmmmWhmhmWQ iiee
/01664,0/83,8736,246
055,1.
3600.
9000
;0
41
414411
41
Laju massa pada evaporator seharusnya sama dengan laju massa pada kompresor dan unit
lainnya.
Jika dilihat dari sistem kompresor, maka laju massa dapat dihitung dengan persamaan berikut:
skg
kgkJ
kWm
hh
Wm
hhmhmhmW
mmmQhmhmWQ iiee
/02356,0/36,24669,286
10.950
;0
3
12
121122
21
Hasil laju massa jika ditinjau dari sistem kompresor berbeda dengan hasil dari tinjuan
pada evaporator. Hal ini dapat disebabkan oleh:
o Asumsi tekanan dan suhu kurang tepat. Untuk memperoleh nilai laju massa yang tepatdapat digunakan cara berikut.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
28/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 25
QWhhWhQhWhQhQhW
hQhQhWhW
hh
Q
hh
W
mm evaporatorkompresor
142
4211
1241
4112
.
...
...
Jika kondisi masuk dan keluaran (1 dan 2) dipertahankan, nilai h4yang diperoleh adalah
134,4 kJ/kg. Harga entalpi ini lebih tinggi dibanding harga entalpi yang telah dihitung pada
asumsi awal; suhu fluida saat masuk expansion valvejuga menjadi lebih tinggi dari suhu yang
keluar dari kompresor.
o Nilai power consumption pada spesifikasi AC adalah nilai maksimum, yaitu ketikafriksi danpressure droptidak diperhitungkan.
Nilai coefficient of performance(COP) dapat diselesaikan dengan cara membagikalor yang diserap dari daerah yang didinginkan oleh AC dengan kerja yang
dibutuhkan sebagai berikut:
7763,210.950
055,1.
3600
.9000
3
kWBtu
kW
s
h
h
Btu
WQCOP LR
d. Jika refrijeran R-134a diganti dengan salah satu dari tiga hidrokarbon berikut:etana, propana, dan butana; manakah yang anda pilih sebagai fluida kerja
pengganti R-134a? Berikanlah alasan anda lihat dari segi termodinamika lengkap
dengan berbagai perhitungan yang menunjang.
Jawab :
Ada beberapa parameter yang dapat dipertimbangkan dalam memilih refrijeran untuk
menggantikan R-134a. Yang utama adalah suhu antara refrijeran dan media yang didinginkan
harus dijaga perbedaannya antara 5-10oC. Dalam penggunaan AC, biasanya suhu media yang
didinginkan dijaga pada 25oC. Refrijeran pada suhu 25
oC harus memiliki tekanan jenuh yang
lebih besar dari tekanan atmosfir. Tekanan terendah pada siklus refrijerasi terjadi di
evaporator, dan tekanan di refrijeran harus lebih besar dari tekanan atmosfir untuk mencegah
kebocoran udara ke dalam sistem refrijerasi. Oleh karena itu, pemilihan pengganti R-134a
dapat dilihat dari tekanan jenuhnya pada suhu 25oC.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
29/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 26
Tekanan jenuh dari R-134a, etana, butane dan propane pada suhu 25oC didapatkan dari
Perrys Chemical Engineers Handbook 8thEdition:
R-134aSuhu (K) Tekanan jenuh (MPa)
290 0,51805
300 0,70282
Tekanan pada 25oC (298 K) didapatkan dengan cara menginterpolasi tekanan pada suhu
290 K dan 300 K:
PropanaSuhu (K) Tekanan jenuh (MPa)
295 0,87805
310 1,2726
Tekanan pada suhu 25oC (298 K) didapatkan dengan cara menginterpolasi tekanan pada
suhu 295 K dan 310 K:
ButanaSuhu (K) Tekanan Jenuh (MPa)
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
30/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 27
290 0,18734
305 0,29946
Tekanan pada 25oC (298 K) didapatkan dengan cara menginterpolasi tekanan pada suhu
290 K dan 305 K:
EtanaSuhu (K) Tekanan Jenuh (MPa)
290 3,5159
300 4,3573
Tekanan pada 25oC (298 K) didapatkan dengan cara menginterpolasi tekanan pada suhu
290 K dan 300 K:
Dari data-data di atas, dapat dilihat bahwa refrijeran yang tekanannya mendekati tekanan
R-134a pada suhu 25oC adalah refrijeran propana. Selain itu, keunggulan propana dibanding
pilihan refrijeran lainnya adalah propana tidak berpotensi menimbulkan penipisan lapisan
ozon dan pemanasan global. Propana juga tidak bersifat beracun. Selain itu, propana dapat
meningkatkan efisiensi sistem refrijerasi karena kalor latennya lebih tinggi dibanding
refrijeran sintetis sehingga kapasitas pendinginannya lebih tinggi.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
31/38
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
32/38
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
33/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 30
Tabel 2. Superheated Refrigerant R-12
Sumber: Sumber : thermofluids.sdsu.edu//TsatR12.html
Kondisi 1Refrijeran dalam keadaan uap jenuh dengan T1= 20
oC
h1= 195,78 Kj/Kg s1 = 0,6884 Kj/Kg.K
Kondisi 2Refrijeran dalam keadaan superheated. Asumsi berdasarkan grafik T-s didapat P2
= P3 1 Mpa (T 40 oC). Dan s2= s1 = 0,6884 Kj/Kg.KDengan melihat tabel superheated pada kondisi s1dan P2
Interpolasi :
h2= 204,4 Kj/Kg
Kondisi 3Refrijeran dalam keadaan cairan jenuh dengan T3 = 40
oC
h3= 74,59 Kj/Kg s3= 0,2718 Kj/Kg.K
Kondisi 4Refrijeran dalam keadaan campuran uap dan cairan dengan T4 = T1 = 20
oC.
Berdasarkan asumsi (4), maka h3= h4= 74,59 Kj/Kg
a. Menghitung Daya yang dibutuhkan oleh kompresor
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
34/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 31
Gambar 10. Skema proses pada kompresor
Neraca aliran massasteady state:
1=2=
Neraca energisteady state:
c =
c
c
b. Menghitung kapasitas refrijerasi
Gambar 11. Skema proses pada evaporator
Neraca aliran massasteady state:
4=1=
Neraca energisteady state:
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
35/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 32
in=
( )
= c. Koefisien kerja siklus Carnot
TC= 20oC = 293 K
TH= 40oC = 313 K
max =
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
36/38
Kelompok 3 Hukum 2 dan Siklus Termodinamika 33
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2007.R290 Refrigerant Grade Propane.
http://www.lindeus.com/internet.lg.lg.usa/en/images/Linde%20R290%20Refrigerant%20Grade%20Propane138_11493.pdf.Diakses pada 24 Maret 2013 pukul 08.00
Anonim. Siklus Kompresi Uap Sunyoto.
http://www.crayonpedia.org/mw/BAB_23_SIKLUS_KOMPRESI_UAP_SUNYOTO.
Diakses pada tanggal 21 Maret 2013 pukul 19.00.
Cengel, Y.A., Boles, M.A. 2006. Thermodynamics: An Engineering Approach, 5thed.
McGraw-Hill.
Cengel A. Yunus & Boles.A. Michael. 2007. Thermodynamics, An Engineering ApproachSixth Edition (SI Unit s ). Mc Graw Hill. Singapore.
Green, D.W., Perry, R.H. 2006. Perrys Chemical Engineers Handbook 8thEdition. McGraw-
Hill.
Marner W.J., "Progress in Gas Side Fouling of heat Transfer Surfaces", Appl. Mech. Rev,
Vol. 43, 1990.
Moran, J.M. and Shapiro, H.N., Fundamentals of Engineering Thermodynamics, 4th edition,
JohnWiley & Sons, New York, 2000.
Paryatmo, Wibowo. PEMBUATAN DIAGRAM HASIL ANALISIS GAS ASAP UNTUK
EVALUASI KINERJA ALAT PEMBANGKIT UAP, Jurnal Teknik Universitas
Pancasila, No. 6 / Vol.17 / December 2004.
PT. Indonesia Power,Data Ultimate Analysis bahan bakar unit-3, Semarang Indonesia, 2005.
Soekardi Chandrassa. 2001.Prediksi Karakteristik Termal Sebuah Penukar Kalor Dampak
Pemilihan Faktor Pengotoran Yang Konstan, Jakarta, Volume 4 Nomor 2, April.
Sulaiman. 2008. EFEKTIVITAS KONDENSOR PADA PLTU P. T. SEMEN TONASA
PANGKEP, Majalah Ilmiah Al-Jibra, ISSN 1411-7797, Vol. 9, No. 28. April.
Team Sekard. 2012. Sistem Refrigerasi. http://team-sekard.blogspot.com/2012/03/sistem-
refrigerasi.html. Diakses pada tanggal 19 Maret 2013
http://www.lindeus.com/internet.lg.lg.usa/en/images/Linde%20R290%20Refrigerant%20Grade%20Propane138_11493.pdfhttp://www.lindeus.com/internet.lg.lg.usa/en/images/Linde%20R290%20Refrigerant%20Grade%20Propane138_11493.pdfhttp://www.crayonpedia.org/mw/BAB_23_SIKLUS_KOMPRESI_UAP_SUNYOTOhttp://team-sekard.blogspot.com/2012/03/sistem-refrigerasi.htmlhttp://team-sekard.blogspot.com/2012/03/sistem-refrigerasi.htmlhttp://team-sekard.blogspot.com/2012/03/sistem-refrigerasi.htmlhttp://team-sekard.blogspot.com/2012/03/sistem-refrigerasi.htmlhttp://team-sekard.blogspot.com/2012/03/sistem-refrigerasi.htmlhttp://www.crayonpedia.org/mw/BAB_23_SIKLUS_KOMPRESI_UAP_SUNYOTOhttp://www.lindeus.com/internet.lg.lg.usa/en/images/Linde%20R290%20Refrigerant%20Grade%20Propane138_11493.pdfhttp://www.lindeus.com/internet.lg.lg.usa/en/images/Linde%20R290%20Refrigerant%20Grade%20Propane138_11493.pdf -
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
37/38
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Termodinamika Teknik Kimia
38/38
Gambar 3. Bagian-Bagian Utama Pompa Sentrifugal