Sistem refrigerasi steam jet menggunakan uap air bertekanan tinggi untuk menghisap dan mengompresi uap air dari ruang pendingin, menggunakan efek pendinginan dari penguapan air untuk mendinginkan sistem. Sistem ini fleksibel namun volume uap yang besar membatasi kapasitasnya.
1. SISTEM REFRIGERASI STEAM
JET
Disusun Oleh:
Ajang Wahyu 101611067
Jerry Rizky R. 101611081
Kelas: 2C
Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
2. Sistem Refrigerasi Steam Jet
Siklus refrigerasi steam jet, sama dengan siklus
refrigerasi konvensional atau biasa dengan
evaporator ala kompresi, kondensor dan refrigeran
sebagai komponen dasarnya. Bahkan selain alat
kompresi mekanik, secara leluasa sistem
menggunakan steam ejector atau booster.
Air digunakan sebagai refrigeran dan efek
pendinginan dihasilkan dari penguapan sebagian
air di evaporaor pada tekanan absolu rendah.
4. Air masuk flash chamber lalu disemprotkan sehingga sebagian
air menguap. Tekanan flash chamber dijaga pada tekanan
tertentu sehingga mempunyai temperatur jenuh tertentu pula.
Air yang dingin disirkulasikan melewati pompa lalu ke uang
pendingin,dan setelah menyerap kalor air kembali lagi ke flash
chamber. Untuk menambah jumlah air maka dari make up
water masuk lagi ke flash chambeber unuk mengkompresikan
uap air maka steam ejector menghisap uap air dari flash
chamber dan menekannya ke ejector dan bersatu dengan uap
air dari boiler, dan bersirkulasi kembali.
Sistem ini menggunakan prinsip merebus air di bawah 1000C.
Jika tekanan pada permukaan air berkurang di bawah tekanan
atmosfir, air dapat dibuat mendidih pada suhu rendah. Air
mendidih pada 60C, ketika tekanan di permukaan adalah 5 cm
Hg dan pada 100C, ketika tekanan 6,5 cm Hg. Tekanan yang
sangat rendah atau tinggi di permukaan air dapat
dipertahankan oleh throatling uap melalui jet atau nozel.
5. Pertimbangkan flash ruang berisi 100 kg air. Jika tiba-tiba 1 kg air dihapus oleh
mendidih, karena tekanan berkurang karena throttling uap melalui nozel. Sekitar
2385 kJ panas akan dihapus dari air, yang setara dengan panas penguapan air.
Penurunan suhu air sisanya adalah,
Q=m CpdT
=5.7˚C
Menguapkan satu kg lebih dari air mengurangi suhu air yang tersisa oleh5.70C lebih
lanjut. Jadi dengan melanjutkan proses ini,air yang tersisa dapat dibuat untuk
membekukan. Air adalah refrigeran yang digunakan dalam sistem pendingin steam
jet. Seperti air membeku pada 00C, maka pendinginan baik harus dihentikan atau
beberapa perangkat yang diperlukan untuk pompa es.
6. Operasi:
Uap tekanan tinggi disuplai ke nosel dari boiler dan diperluas. Di sini, uap air
berasal dari ruang flash entrained dengan kecepatan tinggi uap jet dan itu lebih
dikompresi dalam kompresor termo. Energi kinetik dari campuran diubah menjadi
tekanan statis dan massa dibuang ke kondensor. Kondensat biasanya dikembalikan
ke boiler. Umumnya penguapan, 1% dari air di ruang flash cukup untuk
menurunkan suhu air dingin ke 60C. Para air dingin di ruang flash diedarkan oleh
pompa ke titik aplikasi. Air hangat dari beban dikembalikan ke ruang flash. Air
disemprotkan melalui nozel untuk memberikan luas permukaan maksimum untuk
pendinginan. Air, yang memercik di kamar dan hilangnya air dingin pada aplikasi,
harus diganti oleh air make-up ditambahkan ke sistem sirkulasi air dingin.
7. Keuntungan dan Kekurangn
Keuntungan:
Hal ini fleksibel dalam operasi,
kapasitas pendinginan dapat dengan
mudah dan cepat berubah.
Tidak memiliki bagian yang bergerak
seperti itu adalah getaran bebas. Kekurangan:
Hal ini dapat diinstal keluar dari Penggunaan penguapan langsung untuk
pintu. menghasilkan air dingin biasanya
Berat sistem perton kapasitas terbatas sebagai
pendingin kurang.
Volume yang luar biasa dari uap yang
Sistem ini sangat handal dan biaya
pemeliharaan kurang. akan ditangani.
Sistem ini terutama disesuaikan Dua kali banyak panas harus
dengan pengolahan air dingin yang dipindahkan dalam kondensors team jet
digunakan dalam per
pabrik karet, distilleries, pabrik
kertas, pabrik pengolahan makanan, ton dibandingkan dengan pendingin
dll sistem kompresi uap.
Sistem initer utama digunakan dalam Sistem ini berguna untuk kenyamanan
instalasi AC, karena AC, tetapi tidak praktis
keamanan lengkap air sebagai
refrigeran dan kemampuan untuk layak untuk suhu air di bawah 40C
menyesuaikan diri dengan cepat
untuk memuat
variasi dan tidak ada bahaya dari
kebocoran refrigeran.
8. Ejector
Gambar
Bagian-bagiannya:
a. Diffuser
b. Suction Chamber
c. Steam Nozlle
d. Steam chest
e. Nozzle plate
f. Suction
g. DiscSteam Inlet
h. Harge
i. Nozzle Throat
j. Diffuser Throat
9. Merupakan bagian penting pada sistem steam jet refrigerasi. Uap air pada tekanan
tinggi digunakan unuk memberikan energi pada ejector, biasa disebut fluida utama
atau motive steam. Motive steam “dikembangkan” pada nozzle yang konvergen
(dengan kecepatan rata-rata 1200 m/sec), menyebabkan uap air meninggalkan
flash chamber (melalui saluran suction). Lalu kedua jenis uap air tersebut
bercampur pada ‘mixing suction’. Percampuran tejadi pada tekanan konstan.
Pada bagian pencampuran (Mixing Suction):
10. Cara Kerja dan Teori Dasar
Keterangan:
1. Pembangkit uap
2. Pengukur tekanan
3. Temperatur layar dengan
mengukur titik
switch
4. Evaporator
5. Injektor nozel
6. Kondensor
7. Penyesuaian
transformator untuk
pemanas
8. Pemanas di evaporator
11. CARA KERJA DAN TEORI DASAR
Air yang berasal dari ruang pendingin masuk ke flash chamber lalu
disemprotkan sehingga sebagian air akan menguap.
Tekanan flash chamber dijaga pada harga tertentu sehingga
mempunyai temperatur jenuh tertenu pula.
Air yang dingin berasl dari flash chamber akan disirkulasikan melalui
pompa ke ruang pendingin dan telah menyerap kalor, air akan kembali
lagi k flash chamber untuk didinginkan. Untuk menambah jumlah uap
air di flash chamber maka di perlukan make up water karena karena
uap air terhisap oleh steam ejector. Untuk mengkompresikan uap air,
maka steam ejector menghisap air dari steam ejector menghisap uap air
dari flash chamber dan menekannya menuju booster untuk kemudian
dikondensasikan dikondensor.
Dikondensor, uap air akan berkondensasi dan kondensat yang
terbentuk akan dipompakan menuju boile untuk menghasilkan steam
tekanan tinggi yang kemudian dialirkan menuju primary ejector
menuju nozzle.
13. Uap yang bertekanan tinggi masuk ke ejector, motive steam di dalam
ejector kondisi akhirnya setelah melewati nozzle secara ekspansi
isentropik. Karena rugi-rugi ekpansi dan sebagainya, maka titk ekpansi
isentropik bergerser menjadi kondisi aktual. Kondisi resultan dari campuran
high velocity steam dengan uap air yang terhisap dari flash chamber
sebelum kompersi. Lalu masuk ke kondesor maka kondisi akhirnya kompresi
isontropik. Setelah mengalami throlling maka air masuk ke ekpansion valve
maka makeup water yang bertemperatur sedikit lebih rendah dari
kondensor akan berada pada kondisi akhir di flash chamber dan make up
water yang bertemperatur tinggi masuk ke pompa lalu ke Boiler dan
kembali ke ejector. siklus ini terjadi berulang-ulang.
14. APLIKASI
Aplikasi dari steam Jet refrigeration
adalah pada:
1.Pendinginan air bertemperatur tinggi
2.Air conditioning kapasitas besar Untuk aplikasi tata udara,
(hingga 1 MW) dipilih karena:
Pemprosesan pendinginan air
bertemperatur tinggi yang
menggunakan sistem steam jet ini a. Aman, (air sebagi refigeran)
dapat dijumpai pada: b. Bebas getaran
a. Industri-industri karet
b. Industri-industri kimia c. Mampu cepat beradaptaasi
c. Pabrik-pabrik kertas terhadap perubahan atau
d. LNG variasi beban.
e. Industri makanan dan minuman
f. Pabrik bir
15. Contoh-Contoh Soal
Soal 1
• Hitung kebutuhan steam, luas permukaan pindah panas, & suhu
penguapan pada setiap ‘effect’ dari triple effect evaporator yang
menguapkan 500 kg/jam 10% padatan menjadi 30% padatan. Steam
tersedia padatekanan 200 kPa gauge & tekanan di dalam evaporator
pada ‘effect’ terakhir 60 kPa absolute.
• Asumsi koefisien pindah panas keseluruhan (overall) 2270, 2000, &
1420 J m-2 s-1 oC-1 di ‘effect’ I, II, & III. Pengaruh panas sensibel
diabaikan, tidak ada kenaikan titik didih, dan pindah panas di setiap
‘effect’adalah sama.
• Kesetimbangan Massa (kg/jam)
Solids Liquids Total
Feed 50 450 500
Product 50 117 167
Evaporation 333
16. Kesetimbangan Panas
Dari tabel steam, suhu condensing steam pada 200 kPa (g) =
134°C, panas laten 2164 kJ kg -1. Suhu evaporasi di “effect” akhir
pada tekanan 60 kPa (abs.) = 86°C, tidak ada kenaikan titik didih,
panas laten 2294 kJ kg-1.
q1 = q2 = q3
U1A1ΔT1 = U2A2ΔT2 = U3A3ΔT3
ΔT1 + ΔT2 + ΔT3 = (134 – 86) = 48°C.
Jika A1 = A2 = A3
Maka ΔT2 = U1ΔT1 / U2 dan ΔT3 = U1ΔT1 / U3
ΔT1 + (U1ΔT1 / U2) + (U1ΔT1 / U3) = 48°C
ΔT1(1 + U1/U2 + U1/U3) = 48,
ΔT1 x [1 + (2270/2000) + (2270/1420)] = 48
ΔT1 = 12,9°C,
ΔT2 = ΔT1 x (2270/2000) = 14,6°C
ΔT3 = ΔT1 x (2270/1420) = 20,6°C
17. • Suhu evaporasi:
• Effect I: 134 – 12,9 = 121°C; panas laten (Tabel Steam)
2200 kJ kg-1.
• Effect II: 121 – 14,6 = 106,5°C; panas laten 2240 kJ kg-1
• Effect III: 106,5 – 20,6 = 86°C, panas laten 2294 kJ kg-1
• Perubahan panas sensibel diabaikan,
• Jika w1, w2, w3 = jumlah yang dievaporasi di effect I, II &
III, ws = jumlah steam terkondensasi per jam di Effect I,
w1 x 2200 x 103 = w2 x 2240 x 103
= w3 x 2294 x 103
= ws x 2164 x 103
w1 + w2 + w3 = 333
w1 = 113 kg jam-1 w2 = 111kg jam-1 w3 = 108kg jam-1
ws = 115 kg jam-1
• Konsumsi Steam
Dibutuhkan 115 kg steam (ws) untuk
menguapkan total 333 kg air :
0.35kg steam/kg air menguap.
• Luas Permukaan Heat exchanger.
(113 x 2200 x 1000)/3600 = 2270 x A1 x 12,9
A1 = 2,4 m2 = A2 = A3
total area = A1 + A2 + A3 = 7,2 m2.
18. •Soal 2
Hitung luas area pindah panas yang dibutuhkan oleh surface condenser yang bekerja
seperti jetcondenser pada contoh sebelumnya.
Asumsi, nilai U 2270 J m-2 s-1 oC-1, &sub-cooling cairan tidak dipertimbangkan.
• Beda suhu rata-rata
= (60 – 18)/2 + (60 – 35)/2
= 33,5°C.
• Jumlah panas yang dibutuhkan kondensat q = U A ΔT
5000 x 2,46 x 106 = 2270 x A x 33,5 x 3600
• A = 45 m2
• Luas area pindah panas yang dibutuhkan = 45 m2
Soal 3
Sebutkan keuntungan dan kekurangan sistem refrigerasi steam jet?
19. Soal 3
Sebutkan keuntungan dan kekurangan sistem refrigerasi steam jet?
Keuntungan:
Hal ini fleksibel dalam operasi, kapasitas pendinginan dapat dengan mudah
dan cepat berubah.
Tidak memiliki bagian yang bergerak seperti itu adalah getaran bebas.
Hal ini dapat diinstal keluar dari pintu.
Berat sistem perton kapasitas pendingin kurang.
Sistem ini sangat handal dan biaya pemeliharaan kurang.
Sistem ini terutama disesuaikan dengan pengolahan air dingin yang digunakan
dalam
pabrik karet, distilleries, pabrik kertas, pabrik pengolahan makanan, dll
Sistem initer utama digunakan dalam instalasi AC, karena
keamanan lengkap air sebagai refrigeran dan kemampuan untuk
menyesuaikan diri dengan cepat untuk memuat
variasi dan tidak ada bahaya dari kebocoran refrigeran.
20. Kekurangan:
•Penggunaan penguapan langsung untuk menghasilkan air dingin biasanya terbatas
sebagai
Volume yang luar biasa dari uap yang akan ditangani.
•Dua kali banyak panas harus dipindahkan dalam kondensors team jet per
ton dibandingkan dengan pendingin sistem kompresi uap.
Sistem ini berguna untuk kenyamanan AC, tetapi tidak praktis
layak untuk suhu air di bawah 40C.
Soal 4
Hitung air yang dibutuhkan jet condenser untuk mengembunkan uap dari evaporator
yang menguapkan 5000 kg/jam air pada kondisi
vakum 20 kPa (atau tekanan 15 cmHg)
Air kondensasi (condensing water) terjadi pada 18oC & suhu maksimum untuk
mengeluarkan air dari 35oC
21. P = Z.ρ.g = 0.15 x 13.6 x 1000 x 9,81 = 20
kPa
Dari steam table, P = 20 kPa
_ T = 60˚̊C; panas laten = 2358 kJ
Panas yg dipindahkan dari tiap kg
kondensat
= panas laten + panas sensibel
= 2358 x 103 + (60 – 35) x 4,186 x 103
= 2,46 x 106 J/kg
Panas yg diterima oleh tiap kg air pendingin
= panas sensibel
= (35 – 18) x 4,186 x 103
= 7,1 x 104 J/kg
Jumlah panas dipindahkan dari kondensat per jam
= 5000 x 2,46 x 106 J/jam
Jumlah air pendingin tiap jam
= 5000 x 2,46 x 106 / 7,1 x 104
= 1,7 x 105 kg/jam
