Bab 9
Pendinginan dan Pencairan
Pendinginan terkenal karena penggunaannya dalam AC gedung dan dalam perawatan, transportasi, dan
pengawetan makanan dan minuman. Ia juga menemukan aplikasi industri skala besar, misalnya, dalam
pembuatan es dan dehidrasi gas. Aplikasi dalam industri perminyakan termasuk pemurnian minyak
pelumas, reaktik suhu rendah, dan pemisahan hidrokarbon yang mudah menguap. Proses yang terkait
erat adalah pencairan gas, yang memiliki aplikasi komersial yang penting.
Tujuan dari bab ini adalah untuk menyajikan analisis termodinamika pendinginan dan proses pencairan.
Namun, detail desain peralatan diserahkan kepada buku-buku khusus. Kata refrigerasi menyiratkan
pemeliharaan suhu di bawah suhu lingkungan. Hal ini membutuhkan penyerapan panas secara terus
menerus pada tingkat suhu rendah, biasanya dilakukan dengan penguapan cairan dalam proses aliran
kondisi-mapan. Uap yang terbentuk dapat dikembalikan ke keadaan cair aslinya untuk penguapan kembali
dengan salah satu dari dua cara. Paling sering itu hanya dikompresi dan kemudian dipadatkan. Atau, dapat
diserap oleh cairan dengan volatilitas rendah, yang kemudian diuapkan pada tekanan yang lebih tinggi.
Sebelum menangani siklus pendinginan praktis ini, kami mempertimbangkan lemari es Carnot, yang
menyediakan standar perbandingan.
9.1 REFRIGERATOR CAROT
Dalam proses pendinginan terus menerus, panas yang diserap pada suhu rendah terus menerus dibuang
ke lingkungan pada suhu yang lebih tinggi. Pada dasarnya, siklus pendinginan adalah siklus mesin panas
terbalik. Panas dipindahkan dari tingkat suhu rendah ke suhu yang lebih tinggi. menurut hukum kedua,
ini membutuhkan sumber energi eksternal. Pendinginan yang ideal, seperti mesin kalor ideal (Sec. 52),
beroperasi pada siklus Carot, yang dalam hal ini terdiri dari dua langkah isotermal di mana panas
(Qc)diserap pada suhu yang lebih rendah (Tc) dan panas(Qh) yang dibuang pada suhu T yang lebih tinggi
(Th). dan dua langkah adiabatik. Siklus membutuhkan penambahan.
Kerja jaringan W ke sistem. Karena ∆U dari fluida kerja adalah nol untuk siklus, hukum temukan ditulis
W = Qn – Qc
(9.1)
Ukuran selektivitas refrigenadalah koefisien kinerjanya yang didefinisikan sebagai
𝑤=
Panas yangdi sera pada suhu yang lebih rendah
kerja maksimal ( net work)
=
𝑄𝑐
𝑊
(9.2)
Persamaan (9.1) dapat dibagi dengan (Qc) dan kemudian dikombinasikan dengan Persamaan (5.7):
Persamaan (9.2) menjadi :
Tc
𝑤 = Th−Tc
(9.3)
Persamaan ini hanya berlaku untuk lemari es yang beroperasi pada siklus Carnot, dan ini memberikan nilai
maksimum yang mungkin dari a untuk setiap lemari es yang beroperasi antara nilai T dan Te yang
diberikan. Ini menunjukkan dengan jelas bahwa efek pendinginan per unit kerja menurun seiring dengan
penurunan suhu penyerapan panas Te menurun dan suhu penolakan panas Ty meningkat. Untuk
pendinginan pada tingkat suhu 5 C di lingkungan pada suhu 30 ° C, nilai a untuk lemari es Carot adalah: