Refrigerasi
Secara umum, refrigerasi didefinisikan sebagai setiap proses penghilangan panas. Lebih khusus lagi, refrigerasi didefinisikan sebagai cabang ilmu yang berhubungan dengan proses penurunan dan mempertahankan suhu suatu ruang atau bahan di bawah suhu lingkungan.
Untuk mencapai hal ini, panas harus dikeluarkan dari benda yang didinginkan dan dipindahkan ke benda lain yang suhunya di bawah benda yang didinginkan. Karena panas yang dikeluarkan dari benda yang didinginkan dipindahkan ke benda lain, jelaslah bahwa pendinginan dan pemanasan sebenarnya adalah ujung yang berlawanan dari proses yang sama. Seringkali hanya hasil yang diinginkan yang membedakan satu dari yang lain.
Kebutuhan Isolasi Termal
Karena panas akan selalu berpindah dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu lebih rendah, selalu ada aliran panas yang terus menerus ke daerah yang didinginkan dari lingkungan yang lebih hangat. Untuk membatasi aliran panas ke daerah berpendingin sampai beberapa minimum praktis, biasanya perlu mengisolasi daerah dari sekitarnya dengan bahan isolasi panas yang baik.
Beban Panas
Tingkat di mana panas harus dihilangkan dari ruang berpendingin atau bahan untuk menghasilkan dan mempertahankan kondisi suhu yang diinginkan disebut beban panas. Dalam sebagian besar aplikasi pendinginan, beban panas total pada peralatan pendingin adalah jumlah panas yang bocor ke ruang berpendingin melalui dinding berinsulasi, panas yang masuk ke ruang melalui bukaan pintu, dan panas yang harus dikeluarkan dari produk yang didinginkan. untuk mengurangi suhu produk ke ruang atau kondisi penyimpanan. Panas yang dilepaskan oleh orang yang bekerja di ruang berpendingin dan oleh motor, lampu, dan peralatan listrik lainnya juga berkontribusi terhadap beban pada peralatan pendingin.
Dalam setiap proses pendinginan, benda yang digunakan sebagai penyerap panas atau zat pendingin disebut zat pendingin.
Semua proses pendinginan dapat diklasifikasikan sebagai sensibel atau laten sesuai dengan efek panas yang diserap terhadap refrigeran. Ketika panas yang diserap menyebabkan peningkatan suhu refrigeran, proses pendinginan dikatakan sensibel, sedangkan ketika panas yang diserap menyebabkan perubahan keadaan fisik refrigeran (baik mencair atau menguap), proses pendinginan adalah dikatakan laten. Dengan kedua proses tersebut, jika efek pendinginan harus terus menerus, suhu zat pendingin harus dipertahankan terus menerus di bawah suhu ruang atau bahan yang didinginkan.
Gambar 6-1. Panas mengalir dari ruang hangat ke air dingin. Suhu air naik karena suhu ruang menurun. Pendinginan tidak akan terus menerus.
Sebagai ilustrasi, asumsikan bahwa 1 pon air pada 32°F ditempatkan dalam wadah terbuka di dalam ruang berinsulasi yang memiliki suhu awal 70°F (Gbr. 1). Untuk sementara waktu, panas akan mengalir dari ruang 70° F ke dalam air 32° F dan suhu ruang akan menurun. Namun, untuk setiap satu Btu kalor yang diserap air dari ruang, suhu air akan meningkat 1° F, sehingga jika suhu ruang menurun, suhu air meningkat. Segera suhu air dan ruang akan sama persis dan tidak ada perpindahan panas yang terjadi. Pendinginan tidak akan berlangsung terus menerus karena suhu zat pendingin tidak tetap di bawah suhu ruang yang didinginkan.
Gambar 2. Panas mengalir dari ruang hangat ke es dingin. Suhu ruang menurun saat es mencair. Suhu es tetap pada 32° F. Panas yang diserap oleh Es meninggalkan ruang dalam air yang keluar dari saluran pembuangan.
Sekarang asumsikan bahwa 1 pon es, juga pada 32° F, menggantikan air (Gbr. 2). Kali ini suhu refrigeran tidak berubah karena menyerap panas dari ruang. Es hanya berubah dari padat ke cair sementara suhunya tetap konstan pada 32 ° F. Panas yang diserap oleh es meninggalkan ruang di dalam air keluar dari saluran pembuangan dan efek pendinginan akan terus berlanjut sampai semua es mencair.
Adalah mungkin dan praktis untuk mencapai pendinginan terus-menerus dengan proses pendinginan yang masuk akal asalkan zat pendingin terus didinginkan dan disirkulasikan kembali melalui ruang berpendingin seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.
Pendinginan laten dapat dilakukan dengan refrigeran padat atau cair. Refrigeran padat yang paling sering digunakan adalah es dan karbon dioksida padat (es kering). Es, tentu saja, meleleh ke dalam fase cair pada 32 ° F, sedangkan karbon dioksida padat menyublim langsung ke fase uap pada suhu -109 ° F di bawah tekanan atmosfer standar.
Pendinginan Es
Es yang mencair telah berhasil digunakan selama bertahun-tahun sebagai pendingin. Beberapa tahun yang lalu es adalah satu-satunya bahan pendingin yang tersedia untuk digunakan dalam lemari es komersial domestik dan kecil.
Dalam lemari es es yang khas (Gbr. 4) panas yang memasuki ruang berpendingin dari berbagai sumber mencapai es yang mencair terutama melalui arus konveksi yang terbentuk di udara ruang berpendingin. Udara yang bersentuhan dengan produk hangat dan dinding ruang dipanaskan oleh panas yang dilakukan untuk itu dari bahan-bahan ini. Saat udara dihangatkan, ia mengembang dan naik ke atas ruang membawa panas bersamanya ke kompartemen es. Dalam melewati es udara didinginkan sebagai panas dilakukan dari udara ke es. Pada pendinginan, udara menjadi lebih padat dan jatuh kembali ke ruang penyimpanan, di mana ia menyerap lebih banyak panas dan siklus berlanjut. Udara dalam membawa panas dari dinding yang hangat dan produk yang disimpan ke es yang mencair bertindak sebagai agen perpindahan panas.
Untuk memastikan sirkulasi udara yang memadai di dalam ruang berpendingin, es harus ditempatkan di dekat bagian atas lemari es dan penyekat yang tepat harus dipasang untuk menyediakan jalur aliran udara langsung dan tidak terbatas. Panci tetes harus ditempatkan di bawah es untuk mengumpulkan air yang dihasilkan dari pencairan.
Es memiliki kelemahan tertentu yang cenderung membatasi kegunaannya sebagai refrigeran. Misalnya, dengan es tidak mungkin mendapatkan suhu rendah yang dibutuhkan dalam banyak aplikasi pendinginan. Biasanya, 32° F adalah suhu minimum yang dapat diperoleh melalui pencairan es saja. Dalam beberapa kasus, suhu leleh es dapat diturunkan menjadi sekitar 0 ° F dengan menambahkan natrium klorida atau kalsium klorida untuk menghasilkan campuran beku.
Beberapa kerugian lain yang lebih jelas dari es adalah kebutuhan untuk sering mengisi kembali persediaan, suatu praktek yang tidak nyaman dan tidak ekonomis, dan masalah pembuangan air yang dihasilkan dari pencairan.
Kerugian lain yang kurang jelas, tetapi lebih penting, menggunakan es sebagai zat pendingin adalah kesulitan yang dialami dalam mengendalikan laju pendinginan, yang pada gilirannya membuat sulit untuk mempertahankan tingkat suhu rendah yang diinginkan di dalam ruang berpendingin. Karena laju penyerapan panas es berbanding lurus dengan luas permukaan es dan perbedaan suhu antara suhu ruang dan suhu leleh es, laju penyerapan panas oleh es berkurang karena luas permukaan es berkurang oleh proses pencairan. Secara alami, ketika laju pendinginan berkurang ke titik di mana panas tidak dihilangkan pada tingkat yang sama dengan yang terakumulasi di ruang dari berbagai sumber panas, suhu ruang akan meningkat.
Terlepas dari kekurangannya, es lebih disukai daripada pendinginan mekanis dalam beberapa aplikasi. Sayuran segar, ikan, dan unggas sering dikemas dan dikirim dalam es yang retak untuk mencegah dehidrasi dan mempertahankan penampilan. Juga, es memiliki daya tarik mata yang luar biasa dan dapat digunakan untuk keuntungan yang cukup besar dalam menampilkan dan menyajikan makanan tertentu seperti salad, koktail, dll., dan dalam minuman dingin.
Refrigeran Cair
Kemampuan dari cairan untuk menyerap panas dalam jumlah besar saat mereka menguap adalah dasar dari sistem pendingin mekanis modern. Sebagai zat pendingin, cairan pengangkat uap memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan mencairkan padatan karena proses penguapan lebih mudah dikontrol, yaitu, pendinginan efek dapat dimulai dan dihentikan sesuka hati, laju
pendinginan dapat ditentukan sebelumnya dalam batas-batas kecil, dan suhu penguapan cairan dapat diatur dengan mengontrol tekanan di mana cairan menguap. Selain itu, uap dapat dengan mudah dikumpulkan dan dikondensasikan kembali ke keadaan cair sehingga cairan yang sama dapat digunakan berulang-ulang untuk menyediakan pasokan cairan secara terus-menerus untuk penguapan.
Sampai saat ini, dalam membahas berbagai sifat cairan, air, karena keakrabannya, telah digunakan dalam semua contoh. Namun, karena suhu saturasinya yang relatif tinggi, dan karena alasan lain, air tidak cocok untuk digunakan sebagai zat pendingin dalam siklus kompresi uap. Untuk menguap pada suhu yang cukup rendah untuk memenuhi sebagian besar persyaratan pendinginan, air harus menguap di bawah tekanan yang sangat rendah, yang sulit untuk diproduksi dan dipertahankan secara ekonomis.
Ada banyak cairan lain yang memiliki suhu saturasi lebih rendah daripada air pada tekanan yang sama. Namun, banyak dari cairan ini memiliki sifat lain yang membuat mereka tidak cocok untuk digunakan sebagai pendingin. Sebenarnya, hanya sedikit cairan yang memiliki sifat yang membuatnya diinginkan sebagai zat pendingin, dan sebagian besar telah diracik khusus untuk tujuan itu. Tidak ada satu refrigeran yang paling cocok untuk semua aplikasi dan operasi yang berbeda kondisi. Untuk aplikasi spesifik apa pun: refrigeran yang dipilih harus yang properti yang paling sesuai dengan kebutuhan tertentu aplikasi. Dari semua cairan yang sekarang digunakan sebagai zat pendingin, satu cairan yang paling hampir memenuhi semua kualifikasi pendingin tujuan umum yang ideal adalah hidrokarbon terfluorinasi dari deret metana yang memiliki nama kimia di chlorodifluoromethane (CCl₂F₂). Ini adalah salah satu dari sekelompok refrigeran yang diperkenalkan ke industri dengan nama dagang "Freon", tetapi sekarang diproduksi di bawah beberapa sebutan kepemilikan lainnya. Untuk menghindari kebingungan yang melekat dalam penggunaan nama kepemilikan atau kimia, senyawa ini sekarang disebut sebagai Refrigerant-12. Refrigeran-12 (R-12) memiliki suhu saturasi -21,6° F pada tekanan atmosfer standar. Untuk alasan ini, R-12 dapat disimpan sebagai cairan pada suhu biasa hanya jika dikurung di bawah tekanan dalam silinder baja berat.
Tabel 16-3 adalah tabulasi sifat termodinamika cairan dan uap jenuh R-12. Tabel ini mencantumkan, antara lain, suhu saturasi R-12 yang sesuai dengan berbagai tekanan. Tabel 16-4 sampai 16-6 mencantumkan sifat termodinamika dari beberapa refrigeran lain yang lebih umum digunakan. Tabel ini mirip dengan tabel cairan dan uap jenuh yang telah dibahas sebelumnya dan digunakan dengan cara yang sama.
Menguapkan Refrigeran
Sebuah ruang tertutup dapat didinginkan secara memadai hanya dengan membiarkan cairan R-12 menguap dalam wadah berventilasi ke luar seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Karena R-12 berada di bawah tekanan atmosfer, suhu saturasinya adalah -21,6° F. Menguap pada suhu rendah ini, R-12 siap menyerap panas dari ruang 40° F melalui dinding bejana yang berisi. Panas yang diserap oleh cairan yang menguap meninggalkan ruang di dalam uap yang keluar melalui ventilasi terbuka. Karena suhu cairan tetap konstan selama proses penguapan, pendinginan akan berlanjut sampai semua cairan menguap.
Wadah apa pun, seperti yang ada di Gambar 6-5, di dimana refrigeran diuapkan selama proses pendinginan ulang disebut evaporator dan merupakan salah satu bagian penting dari setiap sistem pendinginan mekanis.
Gambar 5. Cairan Refrigerant-12 menguap saat panas dari ruang 40° F. Panas yang diambil oleh refrigeran meninggalkan ruang dalam uap yang keluar melalui ventilasi.
Mengontrol Suhu Penguapan
Suhu di mana cairan menguap di evaporator dapat dikontrol dengan mengontrol tekanan uap di atas cairan, yang pada gilirannya diatur dengan mengatur laju uap keluar dari evaporator (Bagian 4-5). Misalnya, jika katup tangan dipasang di saluran ventilasi dan ventilasi ditutup sebagian sehingga uap tidak dapat keluar dengan bebas dari evaporator, uap akan terkumpul di atas cairan yang menyebabkan tekanan di evaporator naik dengan peningkatan yang sesuai suhu saturasi zat pendingin (Gbr. 6). Dengan mengatur katup ventilasi secara hati-hati untuk mengatur aliran uap dari evaporator, dimungkinkan untuk mengontrol tekanan uap di atas cairan dan menyebabkan R-12 menguap pada suhu yang diinginkan antara -21,6° F dan suhu ruang. . Jika katup ventilasi benar-benar tertutup sehingga tidak ada uap yang keluar dari evaporator, tekanan di dalam evaporator akan meningkat ke titik sedemikian rupa sehingga suhu saturasi cairan akan sama dengan suhu ruang, atau 40°F. Ketika ini terjadi, tidak akan ada perbedaan suhu dan tidak ada panas yang akan mengalir dari ruang ke refrigeran. Penguapan akan berhenti dan pendinginan lebih lanjut tidak akan terjadi.
Ketika suhu penguapan di bawah -21,6 ° F diperlukan, perlu untuk mengurangi tekanan di evaporator ke beberapa tekanan di bawah atmosfer. Hal ini dapat dicapai melalui penggunaan pompa uap seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. Dengan metode ini, penguapan cairan R-12 dapat dilakukan pada suhu yang sangat rendah sesuai dengan hubungan suhu tekanan yang diberikan pada Tabel 16-3.
Gambar 7. Tekanan refrigeran di evaporator berkurang di bawah atmosfer dengan aksi pompa uap.
Mempertahankan Jumlah Cairan yang Konstan di Evaporator
Penguapan terus menerus dari cairan di dalam evaporator mengharuskan pasokan cairan terus diisi ulang jika jumlah cairan di dalam evaporator harus dijaga konstan. Salah satu metode pengisian kembali pasokan cairan di evaporator adalah melalui penggunaan rakitan katup pelampung seperti yang diilustrasikan pada Gambar 8. Tindakan dari rakitan pelampung adalah untuk mempertahankan tingkat konstan cairan di evaporator dengan membiarkan cairan mengalir ke dalam evaporator dari tangki penyimpanan atau silinder pada tingkat yang sama persis bahwa pasokan cairan di evaporator sedang habis oleh penguapan. Setiap peningkatan laju penguapan menyebabkan tingkat cairan di evaporator turun sedikit, sehingga membuka katup jarum lebih lebar dan memungkinkan cairan mengalir ke evaporator pada tingkat yang lebih tinggi. Demikian pula, setiap penurunan laju penguapan menyebabkan tingkat cairan naik sedikit, sehingga menggerakkan katup jarum ke arah penutupan untuk mengurangi aliran cairan ke dalam evaporator. Ketika penguapan berhenti sepenuhnya, tingkat cairan yang naik akan menutup katup apung dengan rapat dan menghentikan aliran cairan sepenuhnya. Ketika penguapan dilanjutkan, tingkat cairan akan turun memungkinkan katup apung untuk membuka dan memasukkan cairan ke evaporator.
Gambar 8. Rakitan katup apung mempertahankan tingkat cairan konstan di evaporator. Tekanan refrigeran berkurang saat refrigeran melewati katup jarum.
Refrigeran cair tidak menguap di dalam silinder penyimpan dan saluran umpan karena tekanan di dalam silinder sedemikian rupa sehingga suhu saturasi zat pendingin sama dengan suhu lingkungan (lihat Bagian 4-10). Tekanan tinggi yang ada di dalam silinder memaksa cairan mengalir melalui saluran umpan dan katup apung ke evaporator bertekanan rendah. Saat melewati katup apung, refrigeran bertekanan tinggi mengalami penurunan tekanan yang mengurangi tekanannya ke tekanan evaporator, sehingga memungkinkan cairan pendingin menguap di evaporator pada suhu rendah yang diinginkan.
Perangkat apa pun, seperti katup apung yang diilustrasikan pada Gambar 8, digunakan untuk mengatur aliran refrigeran cair ke dalam evaporator yang disebut dengan refrigerant flow control. Kontrol aliran refrigeran merupakan bagian penting dari setiap sistem pendingin mekanik.
Ada lima jenis refrigeran. Tipe kontrol float yang diilustrasikan pada Gambar 8 memiliki beberapa kelemahan, terutama bulkiness, yang cenderung membatasi penggunaannya pada beberapa aplikasi khusus. Jenis kontrol aliran refrigeran yang paling banyak digunakan adalah katup ekspansi termostatik. Diagram alir yang mengilustrasikan penggunaan katup ekspansi termostatik untuk mengontrol aliran refrigeran ke dalam evaporator tipe koil serpentin ditunjukkan pada Gambar 9.
Gambar 9. Evaporator koil serpentine dengan kontrol refrigeran katup ekspansi termostatik.
Menyelamatkan Refrigeran
Demi kenyamanan dan penghematan, tidak praktis membiarkan uap refrigeran keluar ke luar dan hilang melalui difusi ke udara. Uap harus dikumpulkan terus menerus dan dikondensasikan kembali ke keadaan cair sehingga zat pendingin yang sama digunakan berulang-ulang, sehingga menghilangkan kebutuhan untuk selalu mengisi kembali pasokan zat pendingin dalam sistem. Untuk menyediakan beberapa cara untuk mengembunkan uap, peralatan lain, kondensor, harus ditambahkan ke sistem (Gbr. 10).
Gambar 10. Mengumpulkan dan mengembunkan uap refrigeran. Refrigeran menyerap panas di evaporator dan mengeluarkan panas di kondensor.
Karena refrigeran menguap dalam evaporator karena menyerap panas laten yang diperlukan dari ruang yang didinginkan, semua yang diperlukan untuk mengembunkan uap kembali ke keadaan cair adalah bahwa panas laten disebabkan mengalir keluar dari uap ke yang lain. tubuh. Tubuh bahan yang digunakan untuk menyerap panas laten dari uap, sehingga menyebabkan uap mengembun, disebut media kondensasi. Media kondensasi yang paling umum adalah udara dan air. Air yang digunakan sebagai media kondensasi biasanya disuplai dari pusat kota atau dari menara pendingin. Udara yang digunakan sebagai media kondensasi adalah udara luar ruangan biasa pada suhu normal.
Agar panas mengalir keluar dari uap refrigeran ke media kondensasi, suhu media kondensasi harus di bawah suhu uap refrigeran. Namun, karena tekanan dan suhu uap jenuh yang meninggalkan evaporator sama dengan tekanan dan suhu cairan yang menguap, suhu uap akan selalu jauh di bawah suhu media kondensasi yang tersedia secara normal. Oleh karena itu, panas tidak akan mengalir keluar dari uap refrigeran ke udara atau air yang digunakan sebagai media kondensasi sampai suhu saturasi uap refrigeran telah ditingkatkan dengan kompresi ke beberapa suhu di atas suhu media kondensasi. Pompa uap atau kompresor yang ditunjukkan pada Gambar 10 melayani tujuan ini.
Sebelum kompresi, uap refrigeran berada pada suhu dan tekanan penguapan. Karena tekanan uap rendah, suhu saturasi yang sesuai juga rendah. Selama kompresi, tekanan uap dinaikkan ke titik sedemikian rupa sehingga suhu saturasi yang sesuai berada di atas suhu media kondensasi yang digunakan. Pada saat yang sama, karena kerja mekanis dilakukan pada uap dalam mengompresinya ke tekanan yang lebih tinggi, energi internal uap meningkat dengan peningkatan suhu uap yang sesuai.
Setelah kompresi, tekanan tinggi, uap suhu tinggi dibuang ke kondensor di mana ia melepaskan panas ke media kondensasi suhu yang lebih rendah. Sejak uap tidak dapat didinginkan sampai suhu di bawah suhu saturasinya, kehilangan panas yang terus menerus oleh uap refrigeran di kondensor menyebabkan uap mengembun menjadi keadaan cair pada tekanan dan suhu saturasi baru yang lebih tinggi. Panas yang dilepaskan oleh uap di kondensor dibawa pergi oleh media kondensasi. Cairan kental yang dihasilkan, yang suhu dan tekanannya akan sama dengan uap yang terkondensasi, mengalir keluar dari kondensor ke tangki penyimpanan cairan dan kemudian siap untuk disirkulasikan kembali ke evaporator.
Perhatikan bahwa zat pendingin, kadang-kadang disebut fluida kerja, hanyalah agen perpindahan panas yang membawa panas dari ruang pendingin ke luar. Refrigeran menyerap panas dari ruang pendingin di evaporator, membawanya keluar dari ruang, dan membuangnya ke media kondensasi di kondensor.
Sistem Kompresi Uap Khas
Diagram alir sistem kompresi uap sederhana ditunjukkan pada Gambar 11. Bagian utama dari sistem ini adalah: (1) evaporator, yang berfungsi untuk menyediakan permukaan perpindahan panas melalui mana panas dapat mengalir dari ruang atau produk yang didinginkan ke dalam refrigeran yang menguap; (2) saluran hisap, yang menyalurkan uap bertekanan rendah dari evaporator ke saluran hisap kompresor; (3) kompresor uap, yang fungsinya untuk mengeluarkan uap dari evaporator, dan untuk menaikkan suhu dan tekanan uap ke titik sedemikian rupa sehingga uap dapat dikondensasikan dengan media kondensasi yang tersedia secara normal; (4) "gas panas" atau saluran pembuangan yang menyalurkan uap bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi dari pembuangan kompresor ke kondensor; (5) kondensor, yang tujuannya adalah untuk menyediakan permukaan perpindahan panas melalui mana panas berpindah dari uap refrigeran panas ke media kondensasi; (6) tangki penerima, yang menyediakan penyimpanan untuk kondensor cair sehingga pasokan cairan yang konstan tersedia untuk evaporator sesuai kebutuhan; (7) saluran cairan, yang membawa zat pendingin cair dari tangki penerima ke pengontrol aliran zat pendingin; (8) pengatur aliran refrigeran, yang berfungsi untuk mengukur jumlah refrigeran yang tepat ke evaporator dan untuk mengurangi tekanan cairan yang masuk ke evaporator sehingga cairan akan menguap di evaporator pada suhu rendah yang diinginkan.
Gambar 11. diagram sistem kompresi uap sederhana menunjukkan bagian-bagian utama.
Katup Servis
Sisi hisap dan buang kompresor dan outlet tangki penerima biasanya dilengkapi dengan katup penutup manual untuk digunakan selama operasi servis. Katup-katup ini masing-masing dikenal sebagai "katup servis hisap", katup servis pelepasan, dan "katup tangki penerima".
Divisi Sistem
Sebuah sistem pendingin dibagi menjadi dua bagian sesuai dengan tekanan yang diberikan oleh refrigeran di dua bagian. Bagian bertekanan rendah dari sistem terdiri dari kontrol aliran refrigeran, evaporator, dan saluran hisap. Tekanan yang diberikan oleh refrigeran di bagian ini adalah tekanan rendah di mana refrigeran menguap di evaporator. Tekanan ini dikenal secara beragam sebagai "tekanan sisi rendah", "tekanan evaporator", "tekanan hisap", atau "tekanan balik". Selama operasi servis, tekanan ini biasanya diukur pada kompresor dengan memasang pengukur majemuk pada pengukur katup servis hisap.
Sisi tekanan tinggi atau "sisi tinggi" dari sistem terdiri dari kompresor, saluran pembuangan atau "gas panas", kondensor, tangki penerima, dan saluran cairan. Tekanan yang diberikan oleh refrigeran di bagian sistem ini adalah tekanan tinggi di mana refrigeran mengembun di kondensor. Tekanan ini adalah disebut "tekanan kondensasi", "tekanan pelepasan muatan", atau, lebih sering, "tekanan head".
Titik pemisah antara sisi tekanan tinggi dan rendah dari sistem adalah kontrol aliran refrigeran, di mana tekanan semut pendingin dikurangi dari tekanan kondensasi ke tekanan penguapan, dan katup pelepasan di kompresor, di mana tekanan tinggi uap habis setelah kompresi.* Perlu dicatat bahwa, meskipun kompresor dianggap sebagai bagian dari sistem sisi tinggi, tekanan pada sisi hisap kompresor dan di dalam bak mesin adalah tekanan sisi rendah. Perubahan tekanan tentu saja terjadi di dalam silinder pada saat proses kompresi.
Unit Kondensasi
Kompresor, saluran gas panas, kondensor, dan tangki penerima, bersama dengan penggerak kompresor (biasanya motor listrik), sering digabungkan menjadi satu unit kompak seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12. Rakitan seperti itu disebut unit kondensasi karena fungsinya dalam sistem adalah untuk mendapatkan kembali uap dan mengembunkannya kembali ke keadaan cair.
Gambar 12. Unit kondensasi berpendingin udara. Perhatikan kipas yang dipasang pada poros motor untuk mengalirkan udara melalui kondensor.
* Harus diperhatikan agar tidak mengacaukan katup hisap dan katup buang di kompresor dengan katup servis hisap dan buang. Katup hisap dan katup buang dalam kompresor bolak-balik melakukan fungsi yang sama seperti katup masuk dan katup buang di mesin mobil dan sangat penting untuk pengoperasian kompresor, sedangkan katup servis hisap dan buang tidak berguna sejauh pengoperasian kompresor. kompresor bersangkutan. Katup yang terakhir digunakan hanya untuk memfasilitasi operasi servis, sesuai dengan nomenklaturnya.
Unit kondensasi sering diklasifikasikan menurut ke media kondensasi yang digunakan untuk mengembunkan refrigeran. Unit kondensasi yang menggunakan udara sebagai media kondensasi (Gbr. 12) disebut unit kondensasi berpendingin udara, sedangkan unit yang menggunakan air sebagai media kondensasi adalah unit kondensasi berpendingin air.
Rakitan Kompresor Motor Hermetik
Unit kondensasi tenaga kuda kecil sering dilengkapi dengan rakitan motor-kompresor tertutup rapat. Rakitan terdiri dari kompresor penggerak langsung yang dipasang pada poros bersama dengan rotor motor dan seluruh rakitan tertutup rapat dalam cangkang baja yang dilas (Gbr. 13).
Unit kondensasi yang dilengkapi dengan rakitan kompresor motor yang tertutup rapat dikenal sebagai "unit kondensasi kedap udara" dan digunakan pada sejumlah lemari es komersial kecil dan di hampir semua lemari es rumah tangga, freezer rumah, dan AC jendela. Untuk alasan yang akan ditunjukkan nanti, banyak unit kondensasi kedap udara tidak dilengkapi dengan tangki penerima.
Variasi dari rakitan kompresor motor kedap udara adalah "kedap udara yang dapat diakses". Ini mirip dengan hermetis penuh kecuali bahwa cangkang yang menutupi rakitan dibaut bersama daripada dilas dengan jahitan. (Gbr. 14). Konstruksi yang dibaut memungkinkan rakitan dibuka di lapangan untuk diservis.
Gambar 14. Tampilan potongan kompresor silinder kembar tipikal yang menggambarkan konstruksi baut dari unit motor kompresor tipe "hermetis yang dapat diakses". (Courtesy Carrier Corporation.)
Definisi Siklus
Saat semua pendingin bersirkulasi melalui sistem, ia melewati sejumlah perubahan keadaan atau kondisi, yang masing-masing disebut proses. Refrigeran dimulai pada beberapa keadaan atau kondisi awal, melewati serangkaian proses dalam urutan tertentu, dan kembali ke awal kondisi. Rangkaian proses ini disebut siklus. Siklus refrigerasi kompresi uap sederhana terdiri dari empat proses dasar: (1) ekspansi, (2) penguapan, (3) kompresi, dan (4) kondensasi.
Untuk memahami dengan benar siklus refrigerasi perlu untuk mempertimbangkan setiap proses dalam siklus baik secara terpisah maupun dalam kaitannya dengan siklus lengkap. Setiap perubahan dalam satu proses dalam siklus akan membawa perubahan pada semua proses lain dalam siklus.
Siklus Kompresi Uap Khas
Siklus kompresi uap yang khas ditunjukkan pada Gambar 15. Mulai dari tangki penerima, suhu tinggi, refrigeran cair bertekanan tinggi mengalir dari tangki penerima melalui saluran cairan ke kontrol aliran refrigeran. Tekanan zat cair diturunkan menjadi tekanan evaporator saat zat cair melewati pengatur aliran zat pendingin sehingga suhu saturasi zat pendingin yang masuk ke evaporator akan berada di bawah suhu ruang pendingin. Akan ditunjukkan kemudian bahwa bagian dari cairan menguap saat melewati kontrol refrigeran untuk mengurangi suhu cairan ke suhu penguapan.
Di evaporator, cairan menguap pada tekanan dan suhu konstan sebagai panas untuk memasok panas laten penguapan melewati dari ruang didinginkan melalui dinding evaporator ke cairan menguap. Dengan aksi kompresor, uap yang dihasilkan dari penguapan ditarik dari evaporator melalui saluran hisap ke saluran hisap kompresor. Uap yang meninggalkan evaporator jenuh dan suhu serta tekanannya sama dengan cairan yang menguap. Saat mengalir melalui jalur hisap dari evaporator ke kompresor, uap biasanya menyerap panas dari udara di sekitar jalur hisap dan menjadi super panas. Meskipun suhu uap sedikit meningkat di saluran hisap sebagai akibat dari pemanasan berlebih, tekanan uap tidak berubah sehingga tekanan uap yang masuk ke kompresor sama dengan tekanan penguapan.*
Di kompresor, suhu dan tekanan uap dinaikkan dengan kompresi dan uap bertekanan tinggi bersuhu tinggi dikeluarkan dari kompresor ke saluran gas panas. Uap mengalir melalui saluran gas panas ke kondensor di mana ia melepaskan panas ke udara yang relatif dingin yang ditarik melintasi kondensor oleh kipas kondensor. Saat uap panas melepaskan panas ke udara yang lebih dingin, suhunya diturunkan ke suhu saturasi baru yang sesuai dengan tekanan barunya dan uap mengembun kembali ke keadaan cair saat panas tambahan dihilangkan. Pada saat refrigeran mencapai bagian bawah kondensor, semua uap terkondensasi dan cairan masuk ke tangki penerima, siap untuk disirkulasikan kembali.
Proses Kompresi
Pada kompresor modern berkecepatan tinggi, kompresi berlangsung sangat cepat dan uap bersentuhan dengan silinder kompresor hanya dalam waktu singkat. Karena waktu kompresi pendek dan karena suhu rata-rata Sebenarnya, tekanan uap sedikit berkurang antara evaporator dan kompresor karena hilangnya gesekan pada saluran hisap yang dihasilkan dari aliran.
Perbedaan antara uap refrigeran dan dinding silinder kecil, aliran panas baik ke atau dari refrigeran selama kompresi biasanya diabaikan. Oleh karena itu, kompresi uap pada kompresor refrigerasi diasumsikan terjadi secara adiabatik.
Meskipun tidak ada panas yang ditransfer baik ke atau dari refrigeran selama kompresi, suhu dan entalpi uap meningkat karena kerja mekanis yang dilakukan pada uap oleh piston. Setiap kali uap dikompresi, kecuali jika uap didinginkan selama kompresi, energi kinetik internal uap meningkat dengan jumlah yang sama dengan jumlah kerja yang dilakukan pada uap (Bagian 3-12). Oleh karena itu, ketika uap dikompresi secara adiabatik, seperti dalam kompresor pendingin, di mana tidak ada panas yang dihilangkan dari uap selama kompresi, suhu dan entalpi meningkat sebanding dengan jumlah kerja yang dilakukan selama kompresi. Semakin besar kerja kompresi, semakin besar peningkatan suhu dan entalpi.
Energi yang setara dengan kerja yang dilakukan disebut panas kompresi. Energi untuk melakukan kerja kompresi, yang ditransfer ke uap selama proses kompresi, disuplai oleh penggerak kompresor, biasanya motor listrik. Nanti akan ditunjukkan bahwa tenaga kuda teoritis yang dibutuhkan untuk menggerakkan kompresor dapat dihitung dari panas kompresi.
Suhu Pelepasan
Perawatan harus diambil untuk tidak membingungkan suhu pelepasan dengan suhu kondensasi. Temperatur pelepasan adalah saat uap dikeluarkan dari kompresor, sedangkan temperatur pengembunan adalah saat uap mengembun di dalam kondensor dan merupakan temperatur saturasi uap yang sesuai dengan tekanan di dalam kondensor. Karena uap biasanya menjadi super panas saat memasuki kompresor dan karena mengandung panas kompresi, uap yang dikeluarkan dari kompresor sangat panas berlebih dan suhunya jauh di atas suhu saturasi yang sesuai dengan tekanannya. Uap buangan didinginkan sampai suhu kondensasi saat mengalir melalui saluran gas panas dan melalui bagian atas kondensor, dimana penghilangan lebih lanjut panas dari uap menyebabkan uap mengembun pada suhu saturasi yang sesuai dengan tekanan di kondensor.
Suhu Kondensasi
Untuk memberikan efek pendinginan terus menerus, uap refrigeran harus dikondensasikan di kondensor pada laju yang sama dengan cairan refrigeran yang diuapkan di evaporator. Ini berarti bahwa panas harus meninggalkan sistem pada kondensor pada laju yang sama dengan panas yang diambil ke dalam sistem di evaporator dan saluran hisap, dan di kompresor sebagai akibat dari kerja kompresi. Jelas, setiap peningkatan laju penguapan akan meningkatkan laju perpindahan panas yang diperlukan di kondensor.
Laju di mana panas akan mengalir melalui dinding kondensor dari uap refrigeran ke media kondensasi adalah fungsi dari tiga faktor: (1) luas permukaan kondensasi, (2) koefisien konduktansi dinding kondensor, dan (3) perbedaan suhu antara uap refrigeran dan media kondensasi. Untuk kondensor tertentu, luas permukaan kondensasi dan koefisien konduktansi adalah tetap sehingga laju perpindahan panas melalui dinding kondensor hanya bergantung pada perbedaan suhu antara uap refrigeran dan media kondensasi.
Karena suhu kondensasi selalu sama dengan suhu media kondensasi ditambah perbedaan suhu antara pendingin kondensasi dan media kondensasi, maka suhu kondensasi bervariasi secara langsung dengan suhu media kondensasi dan dengan laju panas yang diperlukan. transfer di kondensor.
Tekanan Kondensasi
Tekanan kondensasi selalu merupakan tekanan saturasi yang sesuai dengan suhu campuran uap cair di dalam kondensor.
Ketika kompresor tidak bekerja, suhu campuran refrigeran di kondensor akan sama dengan suhu udara di sekitarnya, dan tekanan saturasi yang sesuai akan relatif rendah. Akibatnya, ketika kompresor dihidupkan, uap yang dipompa ke kondensor tidak akan segera mengembun karena tidak ada perbedaan suhu antara semut pendingin dan media kondensasi, dan oleh karena itu tidak ada perpindahan panas antara keduanya. Karena aksi pelambatan dari kontrol refrigeran, kondensor dapat divisualisasikan sebagai wadah tertutup, dan karena semakin banyak uap yang dipompa ke dalam kondensor tanpa mengembun, tekanan dalam kondensor meningkat ke titik di mana suhu saturasi uap cukup tinggi untuk memungkinkan laju perpindahan panas yang diperlukan antara refrigeran dan media kondensasi. Ketika laju perpindahan panas yang diperlukan tercapai, uap akan mengembun secepat dipompa ke kondensor, dimana tekanan dalam kondensor akan stabil dan tetap kurang lebih konstan selama keseimbangan siklus berjalan.
Efek Pendinginan
Kuantitas panas yang diserap setiap pon zat pendingin dari ruang yang didinginkan dikenal sebagai efek pendinginan. Misalnya, ketika 1 pon es mencair, ia akan menyerap dari udara sekitarnya dan dari benda-benda yang berdekatan sejumlah panas yang sama dengan panas laten peleburannya. Jika es mencair pada 32°F maka akan menyerap 144 Btu per pon, sehingga efek pendinginan 1 pon es adalah 144 Btu.
Demikian juga, ketika zat pendingin cair menguap saat mengalir melalui evaporator, ia akan menyerap sejumlah panas yang sama dengan yang dibutuhkan untuk menguapkannya; jadi efek pendinginan dari 1 lb refrigeran cair berpotensi sama dengan panas laten penguapannya. Jika suhu cairan yang masuk ke kontrol refrigeran dari saluran cairan persis sama dengan suhu penguapan di evaporator, seluruh pon cairan akan menguap di evaporator dan menghasilkan pendinginan yang berguna, dalam hal ini efek pendinginan per pon refrigeran yang disirkulasikan akan sama dengan total panas laten penguapan. Namun, dalam siklus yang sebenarnya suhu cairan yang memasuki kontrol refrigeran selalu jauh lebih tinggi daripada suhu penguapan di evaporator, dan harus terlebih dahulu diturunkan ke suhu evaporator sebelum cairan dapat menguap di evaporator dan menyerap panas dari ruang berpendingin. Untuk alasan ini, hanya sebagian dari setiap pon cairan yang benar-benar menguap di evaporator dan menghasilkan pendinginan yang berguna. Oleh karena itu, efek pendinginan per pon cairan yang disirkulasikan selalu lebih kecil dari total panas laten penguapan.
Dengan mengacu pada Gambar 15, tekanan kondensasi uap di dalam kondensor adalah 120 psig dan suhu kondensasi (suhu saturasi) uap R-12 yang sesuai dengan tekanan ini adalah 102° F. Karena kondensasi terjadi pada suhu konstan, suhu cairan yang dihasilkan dari kondensasi juga 102 ° F. Setelah kondensasi, sebagai cairan mengalir melalui bagian bawah kondensor terus melepaskan panas ke media pendingin pendingin, sehingga sebelum cairan meninggalkan kondensor suhunya biasanya berkurang sedikit di bawah suhu di mana ia mengembun. Cairan tersebut kemudian dikatakan subcooled. Suhu di mana cairan meninggalkan kondensor tergantung pada suhu media kondensasi dan berapa lama cairan tetap kontak dengan media kondensasi setelah kondensasi.
Cairan dapat didinginkan lebih lanjut di tangki penerima dan di saluran cairan dengan melepaskan panas ke udara sekitarnya. Bagaimanapun, karena pertukaran panas antara zat pendingin di saluran cairan dan udara di sekitarnya, suhu cairan yang mendekati kontrol zat pendingin kemungkinan akan cukup dekat dengan suhu udara di sekitar saluran cairan. Pada Gambar 15, cairan mendekati kontrol refrigeran pada suhu 86° F, sedangkan tekanannya masih sama dengan tekanan kondensasi, 120,6 psig. Karena suhu saturasi yang sesuai dengan 120,6 psig adalah 102° F, cairan 86° F pada kontrol refrigerant didinginkan 16° F (102 - 86) di bawah suhu saturasinya.
Karena tekanan saturasi yang sesuai dengan 86° F adalah 93,2 psig, R-12 dapat berada dalam keadaan cair selama tekanannya tidak berkurang di bawah 93,2 psig. Namun, saat cairan melewati kontrol refrigeran, tekanannya berkurang dari 120,6 psig menjadi 28,46 psig, tekanan saturasi yang sesuai dengan suhu penguapan 30° dari refrigeran di evaporator. Karena R-12 tidak dapat eksis sebagai cairan pada suhu berapa pun di atas suhu saturasi 30° F ketika tekanannya 28,46 psig, cairan harus melepaskan panas yang cukup untuk mendinginkan dirinya dari 86° F hingga 30° F pada saat itu tekanan berkurang saat melewati kontrol refrigeran.
Dari Tabel 16-3, entalpi zat cair pada 86°F dan 30°F berturut-turut adalah 27,73 Btu per pon dan 14,76 Btu per pon, sehingga setiap pon zat cair harus melepaskan 12,97 Btu (27,73 14,76) untuk mendinginkan dari 86°F hingga - 30°F. Karena cairan berekspansi melalui kontrol zat pendingin dengan sangat cepat, cairan tidak bersentuhan dengan kontrol untuk waktu yang cukup lama untuk memungkinkan jumlah panas ini dipindahkan dari zat pendingin ke kontrol. Oleh karena itu, sebagian dari setiap pon cairan menguap saat cairan melewati kontrol, dan panas untuk memasok panas laten penguapan untuk bagian yang menguap diambil dari badan cairan, sehingga mengurangi suhu zat pendingin. ke suhu evaporator. Dalam hal ini, cukup dari setiap pon cairan menguap saat melewati kontrol refrigeran untuk menyerap tepat 12,97 Btu panas sensibel yang setiap pon cairan harus menyerah untuk mendinginkan dari 86 ° F hingga 30 ° F dan refrigeran dibuang dari kontrol refrigerant ke evaporator sebagai campuran cair-uap. Jelas, hanya bagian cair dari campuran cair-uap yang akan menguap di evaporator dan menghasilkan pendinginan yang berguna. Bagian dari setiap pon cairan yang disirkulasikan yang menguap dalam kontrol zat pendingin tidak menghasilkan pendinginan yang berguna dan menunjukkan hilangnya efek pendinginan. Oleh karena itu, efek pendinginan per pon cairan yang disirkulasikan sama dengan total panas laten penguapan dikurangi jumlah panas yang diserap oleh bagian dari setiap pon yang menguap dalam kontrol untuk mengurangi suhu cairan ke suhu penguapan.
Dari Tabel 16-3, panas laten penguapan 'R-12 pada 30° F adalah 66,85 Btu per pon. Karena hilangnya efek pendinginan adalah 12,97 Btu per pon, efek pendinginan dalam hal ini adalah (66,85 - 12,97) 53,88 Btu per pon.
Persentase setiap pon zat pendingin yang diuapkan dalam kontrol zat pendingin dapat ditentukan dengan membagi total panas laten penguapan menjadi panas yang diserap oleh bagian pon yang menguap dalam kontrol. Dalam hal ini persentase setiap pon yang menguap dalam kontrol adalah (12,97/66,85 x 100) 19,4%. Hanya 80,6% dari setiap pon yang beredar benar-benar menguap di evaporator dan menghasilkan pendinginan yang berguna (66,85 x 0,806 = 53,88 Btu/lb).
Meskipun sebagian dari setiap pon yang diedarkan menguap saat melewati kontrol pendingin, entalpi refrigeran tidak berubah dalam kontrol. Artinya, karena tidak ada perpindahan panas antara refrigeran dan kontrol, entalpi campuran cair-uap yang dikeluarkan dari kontrol ke evaporator sama persis dengan entalpi cairan yang mendekati kontrol. Oleh karena itu, perbedaan antara entalpi uap refrigeran yang meninggalkan evaporator dan entalpi cairan yang mendekati kontrol hanyalah jumlah panas yang diserap oleh refrigeran di evaporator, yang tentu saja merupakan efek pendinginan. Oleh karena itu, untuk setiap kondisi tertentu, efek pendinginan per pon dapat dengan mudah ditentukan dengan mengurangkan entalpi zat pendingin cair yang memasuki kontrol dari entalpi uap jenuh yang meninggalkan evaporator.
Contoh 1. Tentukan efek pendinginan per pon jika suhu cairan R-12 mendekati kontrol zat pendingin adalah 86°F dan suhu uap jenuh yang meninggalkan evaporator adalah 30°F.
Solusi. Dari Tabel 16-3,
entalpi R-12 saturasi uap pada 30 ° F = 81,61 Btu/lb
Entalpi cairan R-12 pada 86 °F = 27,73 Btu/lb
Efek pendinginan per pound = 53,88 Btu/lb
Contoh 2. Jika, dalam Contoh 1, suhu cairan yang memasuki kontrol zat pendingin adalah 60°F daripada 86°F, tentukan efek pendinginannya.
Solusi. Dari Tabel 16-3,
entalpi uap jenuh R-12 pada 30° F = 81,61 Btu/lb
Entalpi cairan R-12 pada 60 ° F = 21,57 Btu/lb
Efek pendinginan = 60,04 Btu/lb
Contoh 3. Jika, dalam Contoh 1, tekanan di dalam evaporator adalah 21,05 psig, dan cairan yang mencapai kendali refrigeran adalah 86°F, berapakah efek pendinginannya?
Solusi. Dari Tabel 16-3,
suhu saturasi R-12 yang sesuai dengan 21,05 psig adalah 20° F dan entalpi uap jenuh R-12 pada suhu tersebut = 80,49 Btu/lb
Entalpi cairan R-12 pada 86° F = 27,73 Btu/lb
Efek pendinginan = 52,77 Btu/lb
Perbandingan Contoh 1 dan 2 di menunjukkan bahwa efek pendinginan meningkat ketika suhu cairan mendekati kontrol zat pendingin menurun, sedangkan perbandingan Contoh 1 dan 3 menunjukkan bahwa efek pendinginan menurun seiring suhu penguapan menurun. Oleh karena itu, terbukti bahwa efek pendinginan per pon cairan yang disirkulasikan bergantung pada dua faktor: (1) suhu penguapan dan (2) suhu di mana zat pendingin cair memasuki kontrol pendingin. Semakin tinggi temperatur evaporasi dan semakin rendah temperatur zat cair yang masuk ke dalam refrigerant control maka akan semakin besar efek refrigerasinya.
Kapasitas Sistem
Kapasitas dari setiap sistem refrigerasi adalah kecepatan di mana ia akan menghilangkan panas dari ruang yang didinginkan dan biasanya dinyatakan dalam Btu per jam atau dalam hal ekuivalen pencairan esnya.
Sebelum era pendinginan mekanis, es banyak digunakan sebagai media pendingin. Dengan perkembangan refrigerasi mekanis, wajar saja jika kapasitas pendinginan kulkas mekanis harus dibandingkan dengan ekuivalen pencairan es.
Ketika satu ton es mencair. itu akan menyerap 288.000 Btu (2000 lb x 144 Btu/lb). Jika satu ton es mencair dalam satu hari (24 jam), ia akan menyerap panas dengan laju 12.000 Btu/jam (288.000 Btu/24 jam) atau 200 Btu/menit (12.000 Btu/jam/60). Oleh karena itu, sistem refrigerasi mekanis yang memiliki kapasitas menyerap panas dari ruang berpendingin dengan laju 200 Btu/menit (12.000 Btu/jam) didinginkan pada laju yang setara dengan pencairan satu ton es dalam 24 jam dan dikatakan memiliki kapasitas satu ton.
Kapasitas sistem refrigerasi mekanis, yaitu laju di mana sistem akan menghilangkan panas dari ruang yang didinginkan, tergantung pada dua faktor: (1) berat refrigeran yang disirkulasikan per satuan waktu dan (2) efek pendinginan. dari setiap pon yang beredar.
Contoh 4. Suatu sistem refrigerasi mekanis beroperasi pada kondisi sedemikian sehingga suhu penguapan adalah 30° F sedangkan suhu cairan yang mendekati pengontrol pendingin adalah 86° F. Jika R-12 disirkulasikan melalui sistem dengan laju 5 lb/menit , tentukan:
(a) kapasitas pendinginan sistem dalam Btu per jam.
(b) kapasitas pendinginan sistem dalam ton.
Solusi
(a) Dari Contoh 1,
Efek pendinginan = 53,88 Btu/lb
Berat refrigeran beredar per menit = 5 lb
Kapasitas pendinginan dalam Btu per menit = 5 x 53,88 = 269,40 Btu / mnt
Kapasitas pendinginan dalam Btu per jam = 269,40 x 60 = 16,164 Btu/jam
(b) Kapasitas pendinginan dalam ton = 269,40 / 200 = 1,347 ton
Berat Refrigerant yang Disirkulasikan per Menit per Ton
Berat zat pendingin yang harus diedarkan per menit per ton kapasitas pendinginan untuk setiap kondisi operasi tertentu ditemukan dengan membagi efek pendinginan per pon pada kondisi tertentu menjadi 200.
Contoh 5. Sistem R-12 beroperasi pada kondisi sedemikian sehingga suhu penguapan adalah 20° F dan suhu kondensasi adalah 100° F. Jika diasumsikan bahwa tidak ada sub-pendinginan cairan terjadi sehingga suhu cairan pada kontrol refrigeran juga 100 ° F, temukan:
(a) Efek pendinginan per pon (b) Berat zat pendingin yang disirkulasikan per menit per ton (c) Berat zat pendingin yang disirkulasikan per menit untuk sistem 10 ton.
Solusi
(a) Dari Tabel 16-3,
entalpi uap jenuh R-12 pada 20 ° F = 80,49 Btu/lb
Entalpi cairan R-12 pada 100 ° F = 31,16 Btu/lb
Efek pendinginan = 49.33 Btu/lb
(b) Berat zat pendingin yang diedarkan per menit per ton = 200/49.33 = 4,05 lb
(c) Berat refrigeran yang disirkulasikan per menit untuk sistem 10-ton = 10 x 4,05lb = 40,5 lb
Contoh 6. Jika, dalam Contoh 5, cairan didinginkan dari 100 ° F hingga 80 ° F sebelum mencapai kontrol refrigeran, hitung:
(a) efek pendinginan
(b) berat zat pendingin yang disirkulasikan per menit per ton
Solusi
(a) Dari Tabel 16-3,
entalpi uap jenuh R-12 pada 20° F = 80,49 Btu/lb
Entalpi cairan R-12 pada 80° F = 26,28 Btu/lb
Efek pendinginan = 54,21 Btu/lb
(b) Berat sirkulasi refrigeran dihitung per menit per ton = 200/54,21 =3,69 lb
Dalam membandingkan Contoh 5 dan 6, tampak bahwa berat zat pendingin yang harus disirkulasikan per menit per ton kapasitas pendinginan bervariasi dengan efek pendinginan dan tergantung pada kondisi operasi sistem. Ketika efek pendinginan per pon meningkat, berat zat pendingin yang beredar per menit per ton berkurang.
Volume Uap yang Dipindahkan per Menit per Ton
Ketika 1 lb refrigeran cair menguap, volume uap yang dihasilkan tergantung pada suhu penguapan. Semakin rendah suhu dan tekanan penguapan, semakin besar volume uap yang dihasilkan. Ketika suhu penguapan diketahui, volume spesifik dari uap jenuh yang dihasilkan dari penguapan dapat ditemukan dalam tabel uap jenuh. Misalnya, dari Tabel 16-3, volume spesifik uap jenuh R-12 pada 10 ° F adalah 1,351 cu ft per pon. Ini berarti bahwa setiap pon R-12 yang menguap pada 10 ° F menghasilkan 1,351 cu ft uap. Oleh karena itu, jika 10 lb R-12 diuapkan pada 10 ° F dalam evaporator setiap menit, uap jenuh akan dihasilkan pada laju 13,51 cu ft per menit (10 x 1,351).
Untuk menghasilkan satu ton kapasitas pendinginan, berat tertentu refrigeran harus diuapkan setiap menit. Volume uap yang harus dikeluarkan dari evaporator setiap menit dapat dihitung dengan mengalikan berat refrigeran yang disirkulasikan per menit dengan volume spesifik uap jenuh pada suhu penguapan.
Contoh 7. Tentukan volume uap yang akan dikeluarkan dari evaporator per menit per ton kapasitas pendinginan untuk sistem yang dijelaskan dalam Contoh 5.
Solusi
Dari Tabel 16-3,
volume spesifik uap jenuh R-12 pada 20° F = 1.121 cu ft/lb
Dari Contoh 5, berat zat pendingin yang disirkulasikan per menit per ton = 4,05 lb / mnt / ton
Volume uap yang dipindahkan per menit per ton = 4,05 x 1,121 = 4,55 cu ft/lb
Kapasitas Kompresor
Dalam sistem pendingin mekanis apa pun, kapasitas kompresor harus sedemikian rupa sehingga uap ditarik dari evaporator pada laju yang sama dengan uap yang dihasilkan oleh aksi didih zat pendingin cair. Jika refrigeran menguap lebih cepat dari kemampuan kompresor untuk mengeluarkan uap, kelebihan uap akan menumpuk di evapora tor dan menyebabkan tekanan di evaporator meningkat, yang pada gilirannya akan mengakibatkan kenaikan suhu didih cairan. Di sisi lain, jika kapasitas kompresor sedemikian rupa sehingga kompresor mengeluarkan uap dari evaporator terlalu cepat, tekanan di dalam evaporator akan menurun dan mengakibatkan penurunan suhu didih cairan. Dalam kedua kasus tersebut, kondisi desain tidak akan dipertahankan dan sistem pendingin akan menjadi pabrik yang tidak memuaskan.
Pemeliharaan kondisi desain dan oleh karena itu pendinginan yang baik tergantung pada pemilihan kompresor yang kapasitasnya sedemikian rupa sehingga kompresor akan memindahkan dalam selang waktu tertentu volume uap yang sama dengan volume yang ditempati oleh berat refrig erant yang harus diuapkan selama interval waktu yang sama untuk menghasilkan kapasitas pendinginan yang diperlukan pada kondisi desain.
Misalnya, dalam Contoh 7, 4,05 lb R-12 harus diuapkan setiap menit pada 20°F untuk setiap satu ton kapasitas pendinginan yang diinginkan. Dalam penguapan, 4,05 lb R-12 menghasilkan 4,55 cu ft uap (4,05 x 1,121). Jika tekanan evaporator dan suhu didih cairan di dalam evaporator tetap konstan, volume uap ini harus dikeluarkan dari evaporator setiap menit untuk setiap satu ton kapasitas pendinginan. Oleh karena itu, kompresor yang dipilih untuk sistem yang beroperasi pada kondisi Contoh 7 harus memiliki kapasitas sedemikian rupa sehingga akan menghilangkan uap dari evaporator pada laju 4,55 cu ft per menit untuk setiap ton kapasitas pendinginan yang diperlukan. Untuk sistem 10 ton, kompresor harus mengeluarkan uap dari evaporator dengan kecepatan 45,50 cu ft per menit (10 x 4,55).
0 Comments