Pembahasansoal
QUIZ MODUL – 3
Refrigeran
bertekanan 1 MPa dan temperaturnya 90oC
(enthalpinya 240 kJ/kg) dengan laju aliran massa 0,015 kg/s mengalir masuk ke
dalam sebuah Kondensor untuk didinginkan oleh aliran air. Setelah mengalami proses
pendinginan/pengembunan entahlpi refrigeran turun menjadi 70 kJ/kg.
a.
Berapa Joule energi panas yang dilepaskan
oleh aliran refrigeran tersebut per menit.
b.
Di sisi yang lain, apabila air pendingin
masuk kondensor pada temperatur 10 oC (enthalpinya 42 kJ/kg) dan
keluar kondensor pada temperatur 20 oC (enthalpinya 84 kJ/kg) maka
perkirakan berapa
besalaju aliran massa air pendingin yang diperlukan untuk
proses kondensasi tersebut di atas.
Langkah pertama : gambar sistem
Pada tahap ini kita musti membuat gambar sistem
termodinamika, yaitu gambar model sederhana yang merepresentasikan persoalan
yang sedang akan kita pecahkan.
Pembahasan :
Refrigeran bertekanan 1 MPa dan
temperaturnya 90 oC dengan laju aliran massa 0,015 kg/s mengalir
masuk ke dalam sebuah Kondensor untuk didinginkan oleh aliran air.
Di
sini Kata kuncinya : Aliran refrigeran, alat kondensor, didinginkan
Jadi
sistemnya dapat menyerupai gambar berikut :
Skemasederhanasebuahmesin yang
berfungsimengkondensasikanataumengembunkansuatualiranfluida, yaitumelalui
proses pendinginan.
Gambar 3.3. Volume atur sistem termal untuk proses
pendinginan aliran fluida
Pertanyaan a) Berapa
Joule energi
panas yang dilepaskan oleh aliran refrigeran tersebut per menit, berarti
kita akan mencari berapa harga Q pada gambar di atas
Langkah kedua : persamaan kesetimbangan energi
Prinsip kesetimbangan energi :
(jumlah energi yang masuk ke
dalam sistem) = (perubahan energi di dalam sistem) + (jumlah energi yang keluar
dari sistem)
Bagi sistem tersebut di atas
kita memiliki :
(jumlah
energi yang masuk ke dalam sistem) = ( E1
)
(perubahan
energi di dalam sistem) = ( dE/dt )
(jumlah
energi yang keluar dari sistem) = ( Q + E2 + dq + dEf )
memberikan persamaan :
E1 = (
dE/dt ) + Q
+ E2 + dq + dEf
Langkah ketiga : penerapan beberapa asumsi
1. pada analisis ini
kita anggap bahwa aliran stasioner, sehingga (dE/dt) = 0
2. kerugian energi
karena gesekan dianggap kecil, dEf = 0
3. kehilangan panas ke
sekeliling juga dianggap kecil, dq = 0
Oleh karena itu kita memiliki persamaan : E1 =
Q + E2
Atau :
Q = E1 -E2
Kemudian, kita memiliki : E1
= h1
+ ½ v12
+ gZ1 dan E2
= h2
+ ½ v22
+ gZ2
Sehingga, besarnya kerja yang dihasilkan turbin
dapat dihitung menggunakan persamaan :
Q = E2 -E1
Q = (h1 – h2)+½
(v12- v22) + g (Z1
– Z2)
Selanjutnya, kita asumsikan beda energi kinetik
dan beda energi potensial dianggap kecil dibandingkan dengan beda enthalpi di
antara aliran fluida masuk dan aliran fluida keluar alat kondensor.
Oleh karena itu sekarang kita memiliki persamaan
:
Q = (h1 – h2)
Atau dalam bentuk satuan daya termal,
Q = mref(h1 – h2)
Langkah keempat : perhitungan
Pertanyaan a) Berapa
Joule energi
panas yang dilepaskan oleh aliran refrigeran tersebut per menit.
Berarti kita akan mencari berapa harga Q per
satuan waktu dalam menit.
Di sini kita akan menghitung besarnya Q daya termal dengan menggunakan
persamaan :
Q = mref(h1 – h2)
Dalam soal, diketahui :
Enthalpi refrigerant masuk
kondensor h1 = 240
kJ/kg
laju
aliran massa refrigeran, mref = 0,015 kg/s
Entahlpi refrigeran keluar kondensor, h2 =
70 kJ/kg.
Oleh karena itu dengan menggunakan data dan
persamaan di atas anda dapat dengan mudah menghitung besarnya Q yang akan anda
peroleh hasilnya dalam satuan kJ/s.
Setelah itu anda konversikan dalam satuan
kJ/menit.
Pertanyaan b)apabila
air pendingin masuk kondensor pada temperatur 10 oC (enthalpinya 42
kJ/kg) dan keluar kondensor pada temperatur 20 oC (enthalpinya 84
kJ/kg) maka perkirakan berapa besarlaju
aliran massa air pendingin yang diperlukan untuk proses kondensasi tersebut di
atas.
Prinsipnya adalah :
Laju aliran panas yang dilepaskan oleh aliran
refrigeran musti sama dengan laju aliran panas yang diterima oleh aliran air
pendingin.
Laju aliran panas yang dilepaskan oleh aliran refrigeran
: Q = mref(h1.ref – h2.ref)
Laju aliran panas yang diterima oleh aliran air
pendingin : Q = mair(h2.air – h1.air)
Jadi : mref(h1.ref
– h2.ref)= mair(h2.air – h1.air)
Diketahui :
Enthalpi refrigerant masuk
kondensor h1.ref =
240 kJ/kg
laju
aliran massa refrigeran, mref = 0,015 kg/s
Entahlpi refrigeran keluar kondensor, h2.ref = 70 kJ/kg
Dan,
Enthalpi refrigerant masuk
kondensor h1.air =42
kJ/kg
Entahlpi refrigeran keluar kondensor, h2.air =84 kJ/kg
Maka dengan
menggunakan data tersebut anda dapat dengan mudah menghitung mair