Refrigeration Cooling Load - Pernak-perniknya Windyhm · Dibutuhkan dasar pengetahuan Perpindahan Panas dan termodinamika. WHM-2017 Sistem Refrigerasi Cold Storage Qe W Qk. WHM-2017
Post on 21-May-2018
230 Views
Preview:
Transcript
Refrigeration Cooling Load
Oleh : Windy Hermawan Mitrakusuma
Teknik Refrigerasi dan Tata UdaraPoliteknik Negeri Bandung
WHM-2017
Definisi : Refrigerasi
Refrigerasi merupakan suatu proses penarikan panas/kalor dari suatu benda/ruangan sehingga temperatur benda/ruangan tersebut lebih rendah dari temperatur lingkungannya.
Refrigerasi akan selalu berhubungan proses-proses aliran dan perpindahan panas.
Dibutuhkan dasar pengetahuan Perpindahan Panas dan termodinamika.
WHM-2017
Sistem Refrigerasi Cold Storage
Qe
QkW
WHM-2017
Design : Basic Parameter
1. Temperatur / RH lingkungan
2. Produk yang akan disimpan Jenis
Jumlah / kuantitas MAKSIMUM
3. Kondisi penyimpanan Temperatur dan RH disain ruangan (atas dasar produk yang disimpan)
4. Ukuran ruangan (Cold Storage)
5. Identifikasi peralatan yang ada dalam ruangan
6. Jumlah orang dalam ruangan
WHM-2017
Remark
1. Load Temperature, asumsi : - 15 ⁰C untuk Freezer dan 10 ⁰C untuk Chiller
2. Daily Load : Produk masuk harian.
3. Cooling Time = pull down time = waktu penurunan temperatur.
4. Jarak Outdoor ke Cold Storage, akan menentukan drop tekanan dan beban (kenaikan daya) kompresor
WHM-2017
Parameter yang ditentukan (1)
1. Maximum Quantity of Product atau Size Cold Storage Maximum Capacity : 1/3 volume p y / Maximum Capacity : ¼ volume (jika ada forklift) Khusus Blast Freezer : 1/12 volume
2. Ketebalan Insulasi 60 mm = positive temperature (> 0°C) 80 mm = positive and negative temperature (> - 20°C) 100 mm = positive and negative temperature (> - 25°C) 140 mm = negative temperature (> - 35°C)
3. Load Temperature asumsi : -15 ⁰C untuk Freezer -10 ⁰C untuk Chiller
WHM-2017
Parameter yang ditentukan (2)
4. Daily Load, asumsi : 10 % dari Maximum Capacity
5. Cooling Time = pulldown time, asumsi : 6 jam
6. Tentukan ΔT, asumsi : 6 – 7 ⁰K (sesuaikan dengan RH
ruangan)
7. Evaporating Temperature : Room Temperature – ΔT
8. Condensing Temperature : 45 ⁰C
9. Jumlah Orang, asumsi : 2-orang tergantung besar
ruangan
10.Jarak Outdoor ke Cold Storage, asumsi : 20 meter
WHM-2017
Sumber Kalor Pada Cold Storage
15
417
mm
.
Tlingkungan
Tkabin
WHM-2017
Cooling Load ParameterA. Transmition Loss
B. Beban Sensible atau Laten dari produk dan beban respirasi bila produk adalah sayuran/buah-buahan.
C. Infiltration, rekomendasi ACF (air Change Factor) : 9
D. Beban dari pekerja di ruangan
E. Beban dari peralatan (atau lain-lain)
WHM-2017
A. Beban Transmisi
Disebut juga sebagai bocoran kalor melaui dinding cold storage.
Terjadi karena beda temperatur antara ruang yang didinginkan dengan lingkungannya
Bergantung pada :
jenis isolasi yang digunakan
luas / dimensi cold storage
Beda temperatur ruang – lingkungan
WHM-2017
Contoh Panel Cold Storage
WHM-2017
Minimum Ketebalan insulasi
Walk in Cooler
Walk in Freezer
WHM-2017
Minimum Ketebalan Panel Insulasi
Cold Room Cold Room Storage
Temperature
Panel Thickness
(mm)
Walk in Cooler ≥ 5 ℃ 50
Walk in Cooler ≥ -5 ℃ 75
Walk in Freezer ≥ -25 ℃ 100
Walk in Freezer ≥ -45 ℃ 150
WHM-2017
Transmisi kalor melalui dinding
22
2
1
1
1
1.....
11
hk
L
k
L
k
L
hU n
n
TUAq D
21
111
hk
L
hU
Hot air Cold air
T1
T2 T3T4
L
q1 q2 q3
h1
kh2
AhkA
L
Ah
TTq
21
41
11
Untuk isolasi MultiLayer
WHM-2017
Nilai Konduktivitas termal berbagai bahan isolasi
WHM-2017
Koefisien Konveksi
Koefisien konveksi permukaan di udara (h)
UdaraKoefisien konveksi
(W/m2.K)
Diam 9.37
Bergerak kecepatan rendah 22.70
Bergerak kecepatan tinggi 34.10
WHM-2017
Contoh 1
22
2
1
1
1
1.....
11
hk
L
k
L
k
L
hU n
n
DindingL
(mm)K
(W/m.K)C
(W/m.K)
Cement Plester 10 0.72 75.5
Clay Tile 100 5.11
Polyuretane 125 0.023
Asphalt 12.7 3.92
Plat 2 45.3
249.7
koefisien perpindahan panas = 0.1652
7.22
1
3.45
002.0
92.3
1
11.5
1
023.0
125.0
5.75
1
37.9
1
1
U
Suatu dinding terdiri dari berbagai jenis bahan seperti ditunjukkan pada tabel di samping. Tentukan besarnya nilai koefisien perpindahan kalor menyeluruh, U, pada kasus tersebut
U = 0.1652 W/m2K
WHM-2017
Contoh 2 Estimasi besarnya nilai U (overall heat transfer coefficient)
untuk panel yang terbuat dari polyurethane dengan tebal 10 cm.
Jawab :
L
k
hk
L
h
U
21
11
1
Dari tabel didapat k = 0,024,Tahanan thermal pelat pelapis luar panel diabaikan (karena k-nya besar)Koefisien konveksi (anggap udara diam) h = 9.37.Sehingga dari persamaan sebelumnya diperoleh:
Diperoleh U = 0,024 / 0.1 = 0,24 W/m2K
23.0
37.9
1
024.0
1.0
37.9
1
1
11
1
21
hk
L
h
U W/m2K
Bila h diabaikan
WHM-2017
Contoh Nilai Overall Heat Transfer Coefficient
WHM-2017
Contoh 3
Perkirakan beban kalor dari suatu dinding panel poliurethan berukuran 8 m x 4 m, bila harus mempertahankan temperatur kabin sebesar -15 oC, sedangkan kondisi di luar ruangan / lingkungan adalah 33 oC.
WHM-2017
B. Beban Produk
Produk masuk/dimasukan akan membawa kalor/panas, yang akan menjadi beban pendinginan mesin, terutama bila temperatur produk masuk lebih besar dari temperatur ruangan.
Beban produk terbagi atas: beban sensibel dan beban laten.
WHM-2017
Kalor yang harus diambil dari Produk
Beban sensibel : beban kalor produk yang diakibatkan dari perubahan temperatur produk.
TCpmQs D
Beban Laten : beban kalor produk akibat proses pembekuan produk.
LmQL
m : jumlah produkCp : kalor spesifik produkDT : Penurunan Temperatur Produk
m : jumlah produkL : kalor laten produk
WHM-2017
Kalor Produk dengan perubahan Fasa
Cpbf : Kalor Spesifik sebelum bekuCpaf : Kalor spesifik setelah bekuTf : Titik beku produkT1 : Temperatur awal produkT2 : Temperatur akhir produk
fbfbf TTCpmQ 1
2TTCpmQ fafaf
LmQL
afLbfp QQQQ
Beban kalor di atas titik beku
Beban kalor pembekuan
Beban kalor di dibawah titik beku
Beban kalor TOTAL produk
WHM-2017
Beban Kalor Produk
Temperatur produk, harus diturunkan dalam waktu CT (chilling Time) atau sering disebut dengan Pulldown Time.
Beban kalor Produk qp adalah Kalor yang harus dibuang dari produk dibagi dengan waktu pendinginan
3600Time Chilling3600Time Chilling
Qp
afLbf
p
QQQq
Chilling time = Pulldown time = waktu pendinginan produk, bila tidak ditentukan, asumsikan 6 jam
WHM-2017
Data Produk
WHM-2017
Data Produk
WHM-2017
Data Produk
WHM-2017
Beban Kalor Respirasi
Metabolisma makhluk hidup akan menghasilkan energi/kalor/panas.
Produk sayur dan buah, walaupun telah dipanen, masih menghasilkan kalor respirasi.
Beban kalor respirasi adalah :
RespirasiKalor mQrp
WHM-2017
Kalor Respirasi
WHM-2017
Contoh 4 Apel pada 30 oC sebanyak 5400 kg masuk didinginkan dalam ruangan
pendingin (suhu 2 oC). Hitunglah beban tambahan dalam ruang pendingin yang diakibatkan oleh apel tersebut, bila apel harus dingin dalam waktu 12 jam.
Jawab:
n
TCpmQ
apel
Apel3600
D
RespirasiKalor mQrp
Beban kalor untuk mendinginkan :
81015.05400 rpQ W
13.335
360012
23081,35400 QApel
kW
Jadi Beban kalor tambahan akibat apel tersebut : 13.416 kW
WHM-2017
C. Beban Kalor Infiltrasi
Beban kalor yang diakibatkan adanya udara masuk/menyusup (infiltrate) melalui celah atau pintu yang terbuka.
Beban Kalor infiltrasi sangat dipengaruhi oleh beda temperatur serta kelembaban udara antara di dalam dan di luar ruangan
WHM-2017
Infiltrasi udara karena perbedaan temperatur
WHM-2017
Kalor Infiltrasi - 1
EDqDq ftt 1
Besar Kalor infiltrasi ditentukan oleh:
qt = average heat gain for the 24 h or other period, kW
q = sensible and latent refrigeration load for fully established flow, kW
Dt = doorway open-time factor
Df = doorway flow factor
E = effectiveness of doorway protective device
WHM-2017
Kalor infiltrasi (sensibel + laten)
m
r
irri FgHhhAq
5.0
5.0
1211.0
q = sensible and latent refrigeration load, kW
A = doorway area, m2
hi = enthalpy of infiltration air, kJ/kg
hr = enthalpy of refrigerated air, kJ/kg
ρi = density of infiltration air, kg/m3
ρr = density of refrigerated air, kg/m3
g = gravitational constant = 9.81 m/s2H = doorway height, mFm = density factor
Cara 1 :
5.1
3/1/1
2
ir
mF
WHM-2017
Kalor infiltrasi (sensibel + laten)
q = sensible and latent refrigeration load, kW
Qs /A = sensible heat load of infiltration air per square metre of doorway
opening as read from Figure 5, kW/m2
W = doorway width, m
Rs = sensible heat ratio of the infiltration air heat gain, from Table 8 or 9 (or
from a psychrometric chart)
Cara 2 :
s
s
RA
QWHq
1577.0 5.1
WHM-2017
Penentuan Qs/A
WHM-2017
WHM-2017
Faktor Bukaan Pintu (Doorway open time factor)
d
op
t
PD
3600
60
Dt = decimal portion of time doorway is open
P = number of doorway passages
θp = door open-close time, seconds per passage
θo = time door simply stands open, min
θd = daily (or other) time period, h
θp for conventional pull-cord-operated doors = 15 to 25 s per passage.
θp for high-speed doors = 3 to 10 s, although it can be as low as 3 s.
WHM-2017
Faktor Aliran Pintu (Doorway flow factor) dan Efektivitas bukaan pintu
Faktor Aliran Pintu Df
Df = 1,0 untuk pintu terbuka tanpa hambatan/penghalang.
Df = 1,1 untuk beda temperatur lebih kecil dari 11 oC.
Df = 0,8 untuk beda temperatur lebih besar dari 11 oC.
Faktor Efektifitas bukaan Pintu
E = 0,85 - 0,95 untuk freezer
E = 0,90 - 0,95 untuk Cooler
E = 0,70 untuk pintu dengan tirai udara (air curtain)
E = 0,00 untuk pintu yang terbuka penuh
WHM-2017
Contoh 5
Suatu pintu (2 meter x 2 meter) dengan tirai udara pada cold storage terbuka saat pemasukan produk. Temperatur dan RH untuk kabin adalah 5 oC / 90 %RH dan lingkungan 30 oC / 60 %RH. Tentukan besar beban kalor infiltrasi bila pintu terbuka selama 2 jam. (abaikan faktor waktu buka tutup pintu)
17,0
243600
60260
3600
60
d
op
t
PD
Df = 0,8
Dari gambar Qs/A = 10 kW/m2 EDqDq ftt 1
s
s
RA
QWHq
1577.0 5.1
E = 0,70 Rs = 0,48
q = 0.577 x 2 x 21.5 x 10 x (1/0.48) = 68 kW
qt = 68 x 0,17 x 0,8 x (1-0,7) = 2,77 kW
WHM-2017
D. Orang di dalam Ruangan
Manusia akan memberikan beban pendinginan sesuai dengan aktifitas yang dilakukannya.
Besar beban kalor dihitung berdasarkan persamaan berikut, dimana t adalah temperatur ruang dingin.
Bila orang keluar masuk cukup sering, maka besar kalor qp harus dikalikan dengan 1,25
tqp 6272
WHM-2017
Kalor ekivalen orang di ruangan
t = tempratur ruang penyimpananqp dikalikan 1,25 bila orang sering keuar masuk
WHM-2017
Contoh 6
Terdapat 5 orang pekerja (selama 2 jam sehari) dalam ruangan, perkirakan beban kalor yang timbul akibat 5 orang tersebut sering keluar masuk ruangan pendingin yang bertemperatur -20 oC.
jawab
Dari Tabel diperoleh data 390 W/orang. Karena sering keluar masuk, maka digunakan faktor pengali sebesar 1.25.Jadi :
qp = 5 x 390 x 1,25 x 2 / 24 = 0,203 kW
WHM-2017
E. Beban kalor peralatan1. Peralatan didalam ruangan yang dapat menghasilkan
kalor antara lain: motor, lampu, pemanas.2. Beban kalor dihitung berdasarkan daya dari peralatan
tersebut dikalikan dengan faktor pengali.3. Beban dari heater pintu, asumsi : 30 W per m keliling
pintu4. Beban dari heater drain dan defrost
Chiller : 2 % dari cooling capacity Freezer : 3 % dari cooling capacity Blast : diabaikan
5. Beban dari blower fan, asumsi : Chiller : 3 % dari cooling capacity Freezer : 5 % dari cooling capacity Blast : 8 % dari cooling capacity
WHM-2017
Heat Equivalent of Electric Motors
Motor Rating (kW Output)
Motor Eficiency
(%)
Multiplying Factor
Connected Load in Ref.
Space
Motor Losses
Outside Ref. Space
Connected Load
Outside Ref. Space
0,1 - 0,5 33.3 1.7 1.0 0.7
0,5 - 2,0 55.0 1.5 1.0 0.5
2,0 - 15,0 85.0 1.2 1.0 0.2
WHM-2017
WHM-2017
Beban Kalor Peralatan lainnya
jam 24
penggunaan Jam alat Daya mq
Contoh misalkan 12 lampu, dengan daya masing-masing 100 Watt, hidup selama 2 jam selama pemasukan produk. Maka beban kalor akibat lampu adalah :
qm = 12 x 100 x 2 / 24 = 100 Watt.
WHM-2017
BEBAN KALOR TOTAL
Beban kalor total adalah JUMLAH dari:
Beban kalor Transmisi, Qt
Beban kalor Produk, Qpr
Beban kalor Infiltrasi, Qi
Beban kalor Orang/manusia, Qp
Beban kalor lain-lain, Qm
Faktor Safety, biasanya digunakan sebesar 10 %
mpiprt QQQQQQ
%101factorSafety QQQQtotal
WHM-2017
Operating Time = Running Time
Running time (RT) adalah waktu yang mana sistem pendingin ON dan menghasilkan efek pendinginan dalam 24 jam.
Sistem tidak selamanya ON, karena berbagai hal : Waktu defrost harus dilakukan
Waktu pendinginan tercapai
Pressurestat bekerja dll.
Besar running time (RT), biasanya disadarkan kepada metoda defrost yang digunakan: RT = 16 jam, bila off cycle defrost
RT = 18 – 22 jam, bila sistem defrost menggunakan electric defrost atau hotgas defrost.
WHM-2017
Kapasitas mesin yang dibutuhkan
Qcc adalah Cooling Capacity (Kapasitas Pendinginan) dari mesin yang dibutuhkan.
Kapasitas mesin ini merupakan ukuran untuk memilih peralatan.
Semakin besar RT, semakin kecil kapasitas pendinginan mesin. Konsekuensinya, mesin makin lama hidup (ON) dalam 24 jam.
RT
QQ total
cc
24
WHM-2017
Cara Pintas(Short cuts):
Room Volume (m3)
ServiceLong Term
StorageAverage Heavy
0.6 3.63 3.97
0.85 2.56 3.57
1.5 1.77 2.76
2 1.44 2.24
3 1.25 1.96
6 1.07 1.72
8.5 1.01 1.61
11 0.96 1.52
14 0.94 1.45
17 0.91 1.44
23 0.86 1.37
28 0.85 1.30
34 0.77 1.23
43 0.71 1.16
57 0.65 0.60
85 0.58 0.45
140 0.31
200 0.24
280 0.19
560 0.16
1400 0.14
2100 0.14
2800 0.13
TDUFQ intint V
Untuk menghitung beban di dalam ruangan, dapat pula digunakan cara pintas, yaitu dengan mengalikan Volume dalam efektif (interior) dengan faktor penggunaan (UF, Usage Factor) dan Beda Temperatur Rungan dengan lingkungan.
Qint = Beban di dalam ruangan
Vint = Volume interior ColdStorage
UF = Usage Factor, lihat tabel
TD = Beda temperatur luar dan dalam
ColdStorage
Untuk mendapatkan beban total, beban ini harus ditambahkan dengan beban transmisi
WHM-2017
Contoh 7
Ruangan dgn ukuran 6 m x 4 m x 3.4 m, mempunyai tebal isolasi 200 mm. Temperatur luar adalah 30 oC dan temperatur ruangan 5 oC. Mesin didisain dengan running time 16 jam. Tentukan kapasitas mesin yang harus digunakan, bila beban transmisi melalui dinding adalah 0,899 kW.
Jawab
Ruangan mempunyai volume dalam sebesar = 5,6 x 3,6 x 3 m3 = 60,5 m3
Dari tabel di atas diperoleh dengan interpolasi UF = 0,642 W/m3K
Beban interior Qint =60,5 m3 x 0,642 W/m3K x (30-5)K = 971 W = 0,971 kW
Beban Total, Qtotal = 0,899 kW + 0,971 kW = 1,87 kW
kWkW
RT
QQ total
cc 81,216
2487,124
Kapasitas Mesin :
WHM-2017
Program Refrigeration Cooling Load
Program sederhana, tapi cukup baik.Dapat didownload di :
http://k-rp.com/support/design-tools-software/
WHM-2017
Instalasi KeepRite
Buka FOLDER CalcRite
Jalankan program SETUP.EXE, dengan cara men-double click icon setup.exe.
Ikuti perintah berikutnya.
WHM-2017
Pilih Menu “USER INFO”
Isi dengan data yang diperlukan
WHM-2017
Pilih bahasa dan skema warna yang
ingin digunakan
Pilih satuan :Metrik : kg, watt, dll.
Imperial : lb, btu/h, dll
Pilih Menu “PROGRAM
SET-UP”
WHM-2017
Pilih Menu “GENERAL
INFO”
Isi dengan data yang diperlukan
Isi ukuran cold storage
WHM-2017
Bila ingin memulai dari awal, tekan tombol ini
Isikan data yang diperlukan untuk masing-masing dinding/atap/lantai
Pilih Menu “WALL LOAD
WHM-2017
Pilih Bentuk/layout cold storage Pilih :
Lokasi cold storageTemp. lingkungan
WHM-2017
Isikan data yang diperlukan untuk masing-masing dinding/atap/lantai
WHM-2017
Pilih Menu “INFILTRATION
LOAD”
Pilih Menu “Jenis infiltrasi
yang paling mendekati”
Masukan data yang dibutuhkan
WHM-2017
Pilih Menu “PRODUCT
LOAD”
Isikan data produk yang akan
disimpan dalam Cold Storage
WHM-2017
Pilih Menu “MISC. LOAD”(Beban Lain2)
Isikan penggunaan penerangan
Isikan penggunaan motor
Isikan jumlah orang yang bekerja didalam cold
storage
Isikan jumlah forklifts yang ada
Isikan sumber-sumber panas
lainnya
Perhatikan waktu
penggunaan
WHM-2017
Pilih Menu “SELECT
EQUIPMENT”
Isikan Safety Factor (0-100%)
Besarnya beban pendinginan /
kapsitas mesin yang dibutuhkan
WHM-2017
Contoh - 1
Desain penyimpanan untuk daging sapi sebanyak 5 ton
Lokasi berada di daerah bertemperatur 35oC
Di dalam ruang ada mesin pemotong sebesar 500 W
Ada 2 orang bekerja di dalam ruang selama 2 jam
Ruang penyimpanan -18 oC
Produk masuk ruang pendingin sebesar -10oC
HITUNGLAH, besar beban pendinginan
WHM-2017
Contoh - 2
Desain penyimpanan untuk Tuna sebanyak 5 ton
Lokasi berada di daerah bertemperatur 35oC
Di dalam ruang ada mesin pemotong sebesar 500 W
Ada 2 orang bekerja di dalam ruang selama 2 jam
Ruang penyimpanan -18 oC
Produk masuk ruang pendingin sebesar -10oC
HITUNGLAH, besar beban pendinginan
top related