Cara Menghitung COP menggunakan Diagram PH
Apa itu COP
Suatu sistem refrigerasi kompressi uap terdiri dari komponen utama berupa kompressor, kondensor, alat ekspansi dan evaporator serta refrigerant (freon) sebagai zat/ fluida kerjanya.
Kinerja dari sistem refrigerasi dapat diketahui dari nilai COP nya. Semakin besar nilai COPnya maka semakin baik unjuk kerja/ kinerja dari sistem refrigerasi tersebut.
COP merupakan singkatan dari Coefficient of Performance, yaitu perbandingan antara efek refrigerasi dengan kerja dari kompressor. Atau bisa dikatakan juga sebagai perbandingan antara energi yang diserap evaporator dengan energi yang dibutuhkan kompressor.
Masing-masing komponen utama dari sistem refrigerasi memiliki potensi untuk meningkatkan nilai COP dari sistem refrigerasi itu sendiri, baik itu kompressor dengan perbandingan kompressinya, kondensor dengan kemampuan melepas panasnya, alat ekspansi dengan penurunan tekanannya maupun evaporator dengan efektifitas penyerapan panasnya serta refrigerant dengan karakteristiknya.
Nilai dari COP suatu sistem refrigerasi dapat kita hitung dengan menggunakan bantuan diagram P-H.
Apa itu Diagram P-H
Untuk mengetahui kinerja dari suatu sistem pendingin perlu dilakukan analisis terhadap sistem pendingin tersebut. Salah satu cara yang banyak dilakukan adalah dengan menggunakan perangkat yang dinamakan Diagram P-H
Diagram PH merupakan diagram hubungan antara Tekanan dan entalpy dari suatu refrigerant. Setiap jenis rerigerant memiliki bentuk dan karakteristik diagram P-H masing-masing
Diagram P-H Refrigerant R-134a
Berikut ini adalah diagram P-H untuk jenis refrigerant R-134a :
Terdapat 3 daerah penting yang menunjukkan kondisi dari refrigerant ketika berada dalam suatu sistem refrigerasi. Berikut adalah contoh diagram PH untuk jenis refrigerant R-134a :
1. Daerah Sub Cooled Liquid
Pada daerah ini refrigerant dalam kondisi fasa cair. Terjadi pada saat posisi refrigerant keluar dari kondensor dan masuk katup expansi. Daerah ini dibatasi oleh garis cair jenuh dimana kondisi refrigerant 100% cair.
2. Daerah Campuran Saturated
Pada daerah ini refrigerant berada dalam kondisi 2 fasa yaitu cair dan uap. Itulah mengapa daerah ini dibatasi oleh 2 jenis garis jenuh yaitu garis cair jenuh dan garis uap jenuh.
3. Daerah Superheated Vapor
Pada daerah ini kondisi refrigerant adalah uap dipanaskan lanjut. Daerah ini dibatasi oleh garis uap jenuh dimana kondisi refrigerant adalah 100% uap.
Garis-Garis pada Diagram PH
Pada diagram PH terdapat beberapa macam garis yang dapat kita lihat pada gambar berikut ini :
1. Garis temperatur konstan (Warna Biru Tua)
Contoh pada gambar di atas (garis warna biru tua) kita lihat garis temperatur konstan pada 0 oC dimana terlihat pada daerah superheated garisnya melengkung sedangkan pada daerah campuran garisnya bergerak horisontal dan pada daerah sub cooled liquid garisnya bergerak vertikal lurus.
2. Garis Fraksi Uap Konstan (Warna Merah)
Garis ini menunjukkan berapa persen fasa uap dari refrigerant tersebut. Contoh pada gambar di atas garis berada pada posisi 0,5 yang artinya kondisi refrigerant pada titik garis merah tersebut adalah 50% uap dan 50% cair.
3. Garis Entropy Konstan (Warna Merah Muda)
Garis ini berada pada daerah superheated vapor, dimana garis ini menunjukkan garis untuk menentukan entropy konstan
4. Garis Tekanan Konstan (Warna Biru Muda)
Garis ini merupakan nilai yang biasa terbaca pada manifold dimana garis ini bergerak horisontal dari daerah sub cooled liquid menuju daerah superheated vapor. Pada contoh gambar di atas nilainya adalah 8 Bar.
5. Garis entalpy konstan (Warna Hijau)
Garis ini menunjukkan nilai dari entalpy konstan dimana garis ini bergerak vertikal. Pada contoh gambar di atas nilainya adalah 260 kJ/kg
Contoh Soal :
Suatu sistem refrigerasi menggunakan R-134a memiliki tekanan rendah sistem sebesar 1,4 Bar dan tekanan tinggi sebesar 10 Bar. Temperatur Evaporator adalah -20 oC, temperatur refrigerant masuk kompressor adalah -10 oC, temperatur keluar kompressor adalah 60 oC sedangkan temperatur refrigerant masuk katup ekspansi adalah 20 oC dimana sistem dianggap ideal.
Maka :
a. Gambarkan diagram P-H dari sistem tersebut
b. Hitung nilai kalor yang diserap di evaporator (Qc)
c. Hitung nilai kalor yang dilepas di kondensor (Qh)
d. Hitung nilai kerja kompressor (Wc)
e. Tentukan berapa nilai COP sistem tersebut
Penyelesaian :
Diketahui :
P1 = 1,4 Bar
P2 = 10 Bar
T4 = -20 oC
T1 = -10 oC
T2 = 60 oC
T3 = 20 oC
Berdasarkan data tersebut maka analisis sistem pada diagram PH refrigerant R-134a dapat kita gambarkan sebagai berikut :
Langkah 1 :
- Tentukan titik tekanan rendah (P1) di angka 1,4 Bar (warna biru) dan tarik garis tekanan secara horisontal sampai ke titik suhu (T1) -10 derajat celsius di daerah superheated vapor (warna hijau)
- Tentukan titik tekanan tinggi (P2) di angka 10 Bar (warna merah) dan tarik garis tekanan secara horisontal sampai ke titik suhu (T2) 60 derajat celsius di daerah superheated vapor (warna orange)
- Tentukan titik suhu (T3) 20 derajat celsius (warna pink) pada garis cair jenuh
- Tarik garis dari titik T1 ke titik T2 (garis warna kuning)
- Tarik garis dari titik T3 secara vertikal sehingga menyentuh garis tekanan tinggi (10 Bar) dan tekanan rendah (1,4 Bar) (garis warna hijau)
- Terbentuklah gambar menyerupai trapesium yang menggambarkan kondisi refrigerant pada setiap komponen (kompressor, kondensor, ekspansi dan evaporator)
Langkah 3 :
- Tarik garis putus-putus dari masing-masing point 1 sampai dengan point 4 ke bawah untuk menentukan harga entalpy dan di dapat nilai (h1 = 392) , (h2 = 440) dan (h3 = h4 = 228)
Jawaban Contoh Soal :
a. Gambar diagram PH sistem
Sudah digambarkan pada gambar pada langkah 2
b. Kalor yang diserap di evaporator
Qc = h1 - h4 = 392 - 228 = 164 kJ/kg
c. Kalor yang dilepas di kondensor
Qh = h2 - h3 = 440 - 228 = 212 kJ/kg
d. Kerja kompressor
Wc = h2 - h1 = 440 - 392 = 48 kJ/kg
e. Coefficient of Performance (COP) sistem
COP = Qc / Wc = 164/48 = 3,42 kJ/kg
Nah itu tadi cara menghitung nilai COP dari sebuah sistem refrigerasi yang menggunakan refrigerant R-134a, untuk sistem refrigerasi yang menggunakan jenis refrigerant lainnya anda tinggal menggunakan diagram PH yang sesuai dengan jenis refrigerantnya.
Sekian dan semoga tulisan ini bermanfaat....
salam pojok dingin!!!