Pemanasan Udara Atmosfer

III.3. Teori Dasar

A.    Jenis-jenis heater

Heater adalah suatu alat penukar kalor dimana proses perpindahan panas terjadi antara udara yang terdapat dalam pipa dengan gas hasil pembakaran yang bertemperatur tinggi . Jenis - jenis heater yaitu :

1.      Pemanas Radiasi

Pemanas radiasi mengandung elemen pemanas yang bisa mencapai suhu yang tinggi dimana sifat kerjanya memancarkan radiasi infra merah yang bergerak melalui udara atau ruang, dimana sebagian energi dikonversi menjadi panas dan sebagian dipantulkan.

Gbr.12 Pemanas Radiasi

Sumber : http://www. globalmarket.com

2.      Konveksi Pemanas

Elemen pemanas memanaskan udara di sekitarnya dengan cara konveksi. Udara panas kurang padat dari udara dingin, jadi naik karena daya apung , memungkinkan lebih banyak udara dingin mengalir untuk mengambil tempatnya

Gbr.13 Pemanas Konveksi

Sumber: http://www. reganleonardus.wordpress.com

3.      Pemanas Ruang

Pemanas ruang adalah suatu perangkat yang lengkap berfungsi untuk memanaskan area tertutup. Pemanasan ruangan pada umumnya digunakan untuk menghangatkan ruang kecil, dan biasanya dikaitkan atau dihubungkan dengan pemanasan sentral, yang menghangatkan ruang terhubung dalam jumlah banyak sekaligus.

Gbr.14 Pemanas Ruang

Sumber: Http://www.atanitokyo.blogspot.com

4.      Pemanas Minyak

Juga sering dikenal sebagai pemanas kolom, adalah bentuk umum dari pemanas konveksi yang digunakan di dalam kelompok pemanasan. Pemanas minyak terdiri dari kolom logam dengan rongga kosong, di dalam minyak yang mengalir dengan bebas di sekitar pemanas. Kemudian Sebuah elemen pemanas di dasar pemanas memanaskan minyak, yang kemudian mengalir di sekitar rongga pemanas dengan cara konveksi.

Gbr.15 Pemanas Minyak

Sumber: http://www. rahmat88aceh.wordpress.com

5.      Pemanas Kipas

Pemanas kipas (listrik) berbagai pemanas konveksi yang berupa sebuah kipas angin listrik yang berfungsi untuk mempercepat aliran udara. Ini mengurangi resistansi termal antara elemen pemanas dan sekitarnya lebih cepat dari konveksi pasif, sehingga panas yang ditransfer lebih cepat.

Gbr.16 Pemanas Kipas

Sumber : http://www.diytrade.com

6.      Pemanas Gas

Heater ini membakar gas alam (natural gas) yang komposisi utamanya adalah methana (CH₄) – senyawa teringan pada hidrokarbon. karena mudah terbakar, dan memiliki rantai yang terpendek, maka pembakaran gas ini relatif sempurna (tidak menyisakan reaktan). produk utama pembakaran heater gas adalah CO₂ dan uap air (H₂O). karena menghasilkan CO₂, maka penggunaan heater ini mensyaratkan sistem ventilasi udara yang baik. perlu diketahui bahwa pada temperatur yang sama, CO₂ memiliki densitas 1.5 kali udara. maka, CO₂ akan berada di bagian bawah udara. dengan memperhatikan kebiasaan tidur orang di Jepang (yang mungkin kebanyakan beralaskan futong di lantai ), maka keberadaan CO₂ di bagian bawah ruangan kebetulan” bertepatan dengan posisi “intake” udara ke mulut kita. dengan ventilasi ruangan yang baik (atau sewaktu-waktu dibuka), maka masalah ini bisa diatasi. dalam jumlah kecil, CO₂ relatif tidak berbahaya, namun dalam jumlah besar, CO₂ akan menghalangi absorbsi oksigen ke paru-paru, yang bila dibiarkan akan berbahaya bagi tubuh. heater ini merupakan solusi pertengahan antara mahalnya penggunaan heater listrik dan relatif lebih polutifnya heater minyak tanah.

Gbr.17 Pemanas Gas

Sumber : http://www.o-digital.com

7.      Water Heater Tenaga Listrik

 Water heater tenaga listrik adalah sebuah alat pemanas air otomatis yang memakai sumber listrik bertegangan 220 V yang memanfaatkan elemen pemanas sebagai pemanas air dan thermostat sebagai sensor panas / suhu dimana besar suhu dapat diatur oleh pemakai sesuai keinginan.

Elemen pemanas merupakan lilitan kawat yang digunakan untuk menghasilkan panas dengan mengkonversikan energi listrik menjadi energi kalor. Cepat atau lambatnya air yang dipanaskan tergantung dari panas yang dihasilkan oleh elemen pemanas ini. Semakin baik bahan  yang digunakan dan semakin besar daya listrik yang digunakan, maka semakin cepat air untuk mencapai suhu tinggi.

Gbr.18 Water Heater

Sumber : http://www.malangtekno.com

8.      Heat Pump

 Heater ini bekerja pada mesin yang sama dengan AC; dengan prinsip yang berkebalikan. Bila pada AC, sisi evaporator (pendingin) ada di dalam ruangan, maka pada saat difungsikan sebagai heat pump, sisi kondensor (pemanas) akan berada di dalam ruangan. Hanya AC yang dilengkapi dengan switch pembalik fungsi sajalah yang bisa difungsikan sebagai AC dan heat pump. AC fungsi tunggal tidak dapat difungsikan sebagai heat pump, meskipun setting temperaturnya mengijinkan hingga 30 derajat, misalnya.

Dari segi aliran energi, panas yang disemburkan oleh kondensor bukan hanya panas yang didapatkan dari energi listrik, namun juga dari energi yang diserap di luar ruangan. Oleh karena itu, “efisiensi” (atau performance faktor) untuk heat pump adalah lebih dari satu. Meski pengertiannya sama, namun kata efisiensi tidak dapat digunakan untuk heat pump, karena bisa memiliki harga lebih dari satu.

Gbr.19 Heat Pump

Sumber : http://indonetwork.co.id/metalindo_engineering/1471548/heat-pump-air

9.      Hair dryer

 Hair dryer merupakan salah satu alat yang mengubah energi listrik menjadi energi panas. Hair dryer biasa digunakan oleh kaum perempuan untuk mengeringkan rambut .dengan adanya alat pengering ramabut maka akan cepat keringnya rambut,dan mempercepat aktivitas lain. Pada Hair dryer terdapat bagian-bagian yaitu:

a.       Motor berfungi sebagai pemutar kipas.

b.      Thermostat berfungsi sebagai pengaman panas, thermostat ini akan mematikan elemen pemanas bila panas pada elemen pemanas berlebihan.dan akan bekerja kembali bila temperatur pada elemen pemanas sudah turun. hal ini terus berlanjut.

c.       Elemen Pemanas berfungsi sebagai penghasil panas .

d.      Saklar on/off yang berfungsi sebagai menjalankan motor dan elemen pemanas. saklar pengatur panas berfungsi sabagai menghubungkan dan mematikan elem pemanas.

e.       Kipas berfungi sebagai yang mengelurkan panas pada hair dryer

Gbr.20 Hair Dryer

Sumber : http://seputar-listrik.blogspot.com/2011/01/hair-dryer.html

10.   Rice Cooker

 Rice Cooker adalah alat penanak nasi elektrik. Alat instan yang semakin berkembang ini untuk menanak nasi sudah gak repot lagi karena sudah ada alat penanak nasi elektrik. Semua ini memanfaatkan energi listrik dan rice cooker di kelompokan dalam alat rumah tangga karena daya yang dibutuhkan tidak besar hanya 300 watt, 500 watt, 800 watt dan seterusnya. Di dalam rice cooker mempunyai bagian bagian penting.

Bagian dalam untuk tempat menanak nasi yang terbuat dari aluminum yang telah dicampur atau dibungkus dengan anti lengket. Dan bagian luar ini untuk melindungi elemen pemanas dan bagian rangkaian kelistrikannya. Ada beberapa elemen pemasan yang di pakai oleh rice cooker :

a)      Elemen pemanas bawah bisanya berada di dalam bagian bawah elemen pemanas ini tidak mudah untuk diperbaiki. Elemen pemanas dibuat permanen jadi untuk perbaiki sukar diperbaiki, tapi jangan khawatir karena elemen bawah ini jarang sekali rusak.

b)      Elemen pemanas samping / sering disebut elemen pinggang,

c)      Elemen pemanas atas berada di dalam tutup rice cooker.

Gbr.21 Rice Cooker

Sumber : http://www.anneahira.com/rice-cooker-4490.html

B.     Susunan Lapisan Atmosfer

Atmosfer adalah lapisan gas yang melingkupi sebuah planet, termasuk bumi, dari permukaan planet tersebut sampai jauh di luar angkasa. Di Bumi, atmosfer terdapat dari ketinggian 0 km di atas permukaan tanah, sampai dengan sekitar 560 km dari atas permukaan bumi. Atmosfer tersusun atas beberapa lapisan, yang dinamai menurut fenomena yang terjadi di lapisan tersebut. Transisi antara lapisan yang satu dengan yang lain berlangsung bertahap. Studi tentang atmosfer mula-mula dilakukan untuk memecahkan masalah cuaca, fenomena pembiasan sinar matahari saat terbit dan tenggelam, serta kelap-kelipnya bintang. Dengan peralatan yang sensitif yang dipasang di wahana luar angkasa, kita dapat memperoleh pemahaman yang lebih baik tentang atmosfer berikut fenomena-fenomena yang terjadi di dalamnya.

Gbr.22 Susunan Lapisan Atmosfer Bumi

Sumber : http://www.ritaindrayani.blogspot.com

Atmosfer bumi terdiri atas nitrogen (78.17%) dan oksigen (20.97%), dengan sedikit argon (0.9%), karbondioksida (variabel, tetapi sekitar 0.0357%), uap air, dan gas lainnya. Atmosfer melindungi kehidupan di bumi dengan menyerap radiasi sinar ultraviolet dari Matahari dan mengurangi suhu ekstrem di antara siang dan malam. 75% dari atmosfer ada dalam 11 km dari permukaan planet.

Atmosfer merupakan lapisan udara yang menyelimuti bumi kita. Adapun sifat fisik atmosfer  yang sebenarnya telah dapat diindera adalah sebagai berikut

a)      Sifat fisik yang pertama

Karena atmosfer merupakan lapisan udara, dan udara mempunyai massa atau berat yang dipengaruhi oleh gravitasi bumi, maka atmosfer juga mempunyai massa. Hal ini membuat atmosfer mempunyai tekanan.

Pada udara bebas, tekanan atmosfer biasanya dituliskan dengan 1 atm. Namun, tekanan atmosfer akan semakin besar, bila seorang manusia berada dalam air. Semakin dalam sebuah perairan, maka tekanan di sekitarnya akan semakin kuat. Menurut penelitian, tekanan pada daerah abisal (daerah laut yang tidak mampu ditembus oleh sinar matahari), mempunyai kemampuan untuk menghancurkan tabung oksigen yang terbuat dari baja.

Atmosfer mempunyai susunan lapisan udara yang terbawah hingga paling tinggi yaitu troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer, dan eksosfer. Setiap lapisan udara mempunyai sifat khas masing-masing. Troposfer misalnya, merupakan lapisan udara yang mengandung awan, sehingga lapisan ini merupakan tempat berawalnya hujan. Sedangkan stratosfer mengandung lapisan ozon yang mampu melindungi bumi dari radiasi sinar ultraviolet.

b)      Sifat fisik yang kedua

Sifat fisik atmosfer yang kedua adalah transparan ketika ditembus oleh beberapa bentuk radiasi, baik berupa sinar maupun penyebaran (difusi) zat. Kita tidak akan bisa melihat radiasi yang tersebar ultraviolet di permukaan atmosfer akibat lubangnya lapisan ozon, karena atmosfer transparan terhadap radiasi tersebut.

Atmosfer terlihat transparan, karena tersusun oleh tiga jenis penyusun yaitu, udara kering yang mempunyai komposisi sekitar 96% dari volume atmosfer. Ada dua macam udara kering di atmosfer, yaitu gas utama dan gas penyerta. Penyusun kedua dari atmosfer adalah uap air. Dan penyusun ketiga adalah aerosol.

Aerosol merupakan partikel halus dari bahan padat di bumi yang bermassa ringan. Aerosol dapat tertiup sehingga naik ke lapisan atmosfer yang lebih tinggi. Contoh dua jenis aerosol adalah debu dan asap.

c)      Sifat Fisik yang Ketiga

Sifat fisik yang ketiga dari atmosfer adalah tidak mempunyai warna, bau, maupun rasa. Perkecualian bagi udara adalah pada saat kondisi dingin. Udara yang dingin dapat dirasakan oleh indera manusia.

Untuk sifat fisik atmosfer selanjutnya adalah berwujud dinamis. Atmosfer dapat mengembang ketika temperature sekitar meningkat, dan sebaliknya bila temperatur sekitar menurun. Sifat dinamis atmosfer didukung dengan kandungan berbagai zat yang ada di dalamnya seperti nitrogen, oksigen, karbondioksida, krypton, helium, ozon, dan uap air. Sifat atmosfer yang dinamis, membuat lapisan udara ini selalu berpindah dari tempat yang bertekanan tinggi ke tempat yang bertekanan rendah.

Atmosfer tidak mempunyai batas mendadak, tetapi agak menipis lambat laun dengan menambah ketinggian, tidak ada batas pasti antara atmosfer dan angkasa luar. Adapun susunan dari atmosfer bumi yaitu:

1.      Troposfer

Lapisan ini berada pada level yang terendah, campuran gasnya paling ideal untuk menopang kehidupan di bumi. Dalam lapisan ini kehidupan terlindung dari sengatan radiasi yang dipancarkan oleh benda-benda langit lain. Dibandingkan dengan lapisan atmosfer yang lain, lapisan ini adalah yang paling tipis (kurang lebih 15 kilometer dari permukaan tanah). Dalam lapisan ini, hampir semua jenis cuaca, perubahan suhu yang mendadak, angin, tekanan dan kelembaban yang kita rasakan sehari-hari berlangsung. Suhu udara pada permukaan air laut sekitar 27 derajat Celsius, dan semakin naik ke atas, suhu semakin turun. Setiap kenaikan 100m suhu berkurang 0,61 derajat Celsius (sesuai dengan Teori Braak). Pada lapisan ini terjadi peristiwa cuaca seperti hujan, angin, musim salju, kemarau, dan sebagainya.

Ketinggian yang paling rendah adalah bagian yang paling hangat dari troposfer, karena permukaan bumi menyerap radiasi panas dari matahari dan menyalurkan panasnya ke udara. Biasanya, jika ketinggian bertambah, suhu udara akan berkurang secara tunak (steady), dari sekitar 17℃ sampai -52℃. Pada permukaan bumi yang tertentu, seperti daerah pegunungan dan dataran tinggi dapat menyebabkan anomali terhadap gradien suhu tersebut.

Di antara stratosfer dan troposfer terdapat lapisan yang disebut lapisan Tropopause, yang membatasi lapisan troposfer dengan stratosfer.

2.      Stratosfer

Perubahan secara bertahap dari troposfer ke stratosfer dimulai dari ketinggian sekitar 11 km. Suhu di lapisan stratosfer yang paling bawah relatif stabil dan sangat dingin yaitu atau sekitar . Pada lapisan ini angin yang sangat kencang terjadi dengan pola aliran yang tertentu. Lapisan ini juga merupakan tempat terbangnya pesawat. Awan tinggi jenis cirrus kadang-kadang terjadi di lapisan paling bawah, namun tidak ada pola cuaca yang signifikan yang terjadi pada lapisan ini.

Dari bagian tengah stratosfer keatas, pola suhunya berubah menjadi semakin bertambah seiring kenaikan ketinggian. Hal ini dikarenakan bertambahnya lapisan dengan konsentrasi ozon. Lapisan ozon ini menyerap radiasi sinar ultra violet. Suhu pada lapisan ini bisa mencapai sekitar pada ketinggian sekitar 40 km. Lapisan stratopause memisahkan stratosfer dengan lapisan berikutnya.

3.      Mesosfer

Kurang lebih 25 mil atau 40km di atas permukaan bumi terdapat lapisan transisi menuju lapisan mesosfer. Pada lapisan ini, suhu kembali turun ketika ketinggian bertambah, hingga menjadi sekitar (dekat bagian atas dari lapisan ini, yaitu kurang lebih 81 km di atas permukaan bumi). Suhu serendah ini memungkinkan terjadi awan noctilucent, yang terbentuk dari kristal es.

4.      Termosfer

Transisi dari mesosfer ke termosfer dimulai pada ketinggian sekitar 81 km. Dinamai termosfer karena terjadi kenaikan temperatur yang cukup tinggi pada lapisan ini yaitu sekitar . Perubahan ini terjadi karena serapan radiasi sinar ultra violet. Radiasi ini menyebabkan reaksi kimia sehingga membentuk lapisan bermuatan listrik yang dikenal dengan nama ionosfer, yang dapat memantulkan gelombang radio. Sebelum munculnya era satelit, lapisan ini berguna untuk membantu memancarkan gelombang radio jarak jauh.

5.      Ionosfer

Lapisan ionosfer yang terbentuk akibat reaksi kimia ini juga merupakan lapisan pelindung bumi dari batu meteor yang berasal dari luar angkasa karena ditarik oleh gravitasi bumi. Pada lapisan ionosfer ini, batu meteor terbakar dan terurai. Jika ukurannya sangat besar dan tidak habis terbakar di lapisan udara ionosfer ini, maka akan jatuh sampai ke permukaan bumi yang disebut Meteorit.

Fenomena aurora yang dikenal juga dengan cahaya utara atau cahaya selatan terjadi pada lapisan ini.

Lapisan Termosfer Berada di atas mesopouse dengan ketinggian sekitar 75 km sampai pada ketinggian sekitar 650 km. Pada lapisan ini, gas-gas akan terionisasi, oleh karenanya lapisan ini sering juga disebut lapisan ionosfer. Molekul oksigen akan terpecah menjadi oksegen atomik di sini. Proses pemecahan molekul oksigen dan gas-gas atmosfer lainnya akan menghasilkan panas, yang akan menyebabkan meningkatnya suhu pada lapisan ini. Suhu pada lapisan ini akan meningkat dengan meningkatnya ketinggian. Ionosfer dibagi menjadi tiga lapisan lagi, yaitu :

a.       Lapisan ini antara 400 – 800 km. Lapisan ini menerima panas langsung dari Lapisan Udara Terletak antara 80 – 150 km dengan rata-rata 100 km dpl. Lapisan ini tempat terjadinya proses ionisasi tertinggi. Lapisan ini dinamakan juga lapisan udara KENNELY dan HEAVISIDE dan mempunyai sifat memantulkan gelombang radio. Suhu udara di sini berkisar – 70° C sampai +50° C .

b.      Lapisan udara F Terletak antara 150 – 400 km. Lapisan ini dinamakan juga lapisan udara appleton.

c.       Lapisan udara atom Pada lapisan ini, materi-materi berada dalam bentuk atom. Letaknya lapisan matahari, dan diduga suhunya mencapai 1200° .

6.      Eksosfer

Eksosfer adalah lapisan bumi yang terletak paling luar. Pada lapisan ini terdapat refleksi cahaya matahari yang dipantulkan oleh partikel debu meteoritik. Cahaya matahari yang dipantulkan tersebut juga dikenal sebagai cahaya Zodiakal.

C. Hukum - hukum

1.       Hukum Termodinamika

Hukum termodinamika merupakan hukum-hukum yang umum dipakai pada siklus pembakaran maupun siklus pendinginan. Adapun macam-macam hukum termodinamika yaitu :

1) Hukum ke- 0 Termodinamika

“Jika dua benda berada dalam keseimbangan termal dengan benda ketiga, maka ketiga benda tersebut berada dalam keseimbangan termal satu sama lain.”

Keseimbangan termal yang dialami oleh dua benda yang bersentuhan. Untuk memahami konsep keseimbangan termal secara lebih mendalam, mari kita tinjau 3 benda (sebut saja benda A, benda B dan benda C). Benda C bisa dianggap sebagai termometer. Misalnya benda A dan benda B tidak saling bersentuhan, tetapi benda A dan benda B bersentuhan dengan benda C.Karena bersentuhan, maka setelah beberapa saat benda A dan benda C berada dalam keseimbangan termal. Demikian juga benda B dan benda C berada dalam keseimbangan termal.Ini adalah hukum ke-0 termodinamika. Kedengarannya agak aneh, jarang-jarang hukum dimulai dari nol. Kisahnya begini… Setelah para ilmuwan menemukan hukum termodinamika pertama, kedua dan ketiga, mereka baru sadar kalau hukum ini belum dinyatakan. Bagaimanapun, hukum ini merupakan dasar bagi hukum termodinamika pertama, kedua dan ketiga, maka para ilmuwan harus menyatakannya terlebih dahulu. Munculnya belakangan, lagian ilmuwan juga bingung mau nempelin dimana, ya lebih bagus dan lebih tepat kalau diberi julukan hukum ke-0 saja.

2) Hukum Pertama Termodinamika

"Energi itu kekal,tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Energi hanya dapat dikonversikan dari satu bentuk ke bentuk yang lain"

sistem tertutup 

Q -W = ΔU+ΔPE+ΔKE

sistem terbuka

Qd-Wd = md(Δh+Δpe+Δke) →kondisi tunak

3) Hukum Kedua termodinamika

                 Berdasarkan hukum I termodinamika kita mengetahui bahwa energi adalah kekal, tidak dapat diciptakan dantidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Apabila kita hanya berpedoman padahokum I termodinamika, maka kita dapat mengubah setiap energi menjadi bentuk energi lain sesuai kehendak kitaasalkan memenuhi hokum kekekalan energi. Akan tetapi kenyataan yang terjadi tidak demikian. Sebagai contoh, ketikakita menjatuhkan sebuah bola besi dari suatu ketinggian. Pada saat bola besi jatuh, energi potensialnya berubah menjadienergi kinetic. Ketika bola besi menumbuk tanah, sebagian besar energi kinetiknya berubah menjadi energi panas dansebagian kecil berubah menjadi energi bunyi. Sekarang, jika prosesnya kita balik, yaitu bola besi kita panaskan sehinggamemiliki energi panas sebesar energi kinetic ketika bola besi menumbuk tanah, mungkinkah energi panas ini akan berubah menjadi energi kinetic dan kemudian berubah menjadi energi potensial sehingga bola besi dapat naik? Peristiwaini tidak mungkin terjadi walau bola besi kita panaskan sampai meleleh sekalipun. Hukum II termodinamika membatasi perubahan energi mana yang dapat terjadi dan yang tidak dapat terjadi.

Pembatasan ini dapat dinyatakan dengan berbagai cara, antara lain:

a.  Hukum II termodinamika dalam pernyataan aliran kalor 

“Kalor mengalir secara spontan dari bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya.”

b.  Hukum II termodinamika dalam pernyataan tentang mesin  kalor 

“Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata menyerapkalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi usaha luar.”

c.  Hukum II termodinamika dalam pernyataan entropi

“Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversible terjadi dan bertambah ketika proses irreversible terjadi.”

2.      Hukum Bernoulli

Asas Bernoulli dikemukakan pertama kali oleh Daniel Bernoulli(1700 ± 1782).Daniel Bernoulli lahir di Groningen, Belanda pada tanggal 8 Februari 1700 dalam sebuah keluarga yang hebat dalam bidang matematika.

Gambar no23. Daniel Bernoulli

Sumber : http://bintangkejora-fafankdemuhd.blogspot.com/2011/02/dasar-prinsip-mengapa-pesawat-bisa.html

Dia dikatakan memiliki hubungan buruk dengan ayahnya yaitu Johann Bernoulli, setelah keduanya bersaing untuk juara pertama dalam kontes ilmiah di UniversitasParis. Johann, tidak mampu menanggung malu harus bersaing dengan anaknyasendiri.Johann Bernoulli juga menjiplak  beberapa ide kunci dari buku Daniel, Hydrodynamica dalam bukunya yang berjudul Hydraulica yang diterbitkan lebih dahulu dari buku Hydrodynamica .Dalam kertas kerjanya yang berjudul³Hydrodynamica´, Bernoulli menunjukkan bahwa begitu kecepatan aliran fluida meningkat  maka tekanannya justru  menurun

Fluida mengalir pada pipa dari ujung 1 ke ujung 2

Kecepatan pada ujung 1 = v₁ , ujung 2 = v₂

Ujung 1 berada pada ketinggian h₁ , ujung 2 = h₂

Tekanan pada ujung 1 = P₁ , ujung 2 = P₂.

Hukum Bernoulli untuk fluida yang mengalir pada suatu tempat maka jumlah usaha, energi kinetik, energi potensial fluida persatuan volume fluida tersebut mempunyai nilai yang tetap pada setiap titik. Jadi jumlah dari tekanan, energi kinetik persatuan volume, dan energi potensial persatuan volume mempunyai nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus

Persamaan Bernoulli  adalah   maka

persamaan Bernoulli :

P₁ : tekanan pada ujung 1, satuannya Pa
P₂ : tekanan pada ujung 2, satuannya Pa
v₁ : kecepatan fluida pada ujung 1, satuannya m/s
v₂ : kecepatan fluida pada ujung 2, satuannya m/s
h₁ : tinggi ujung 1, satuannya m
h₂ : tinggi ujung 2, satuannya m

Sumber:http://soerya.surabaya.go.id/AuP/eDU.KONTEN/edukasi.net/SMA/Fisika/Asas.Bernoulli/materi02.html

Dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran tak-termampatkan (incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible flow).

a)      Aliran Tak-termampatkan

Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak-termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut:

v = kecepatan fluida

g = percepatan gravitasi bumi

h = ketinggian relatif terhadap suatu referensi

p = tekanan fluida

= densitas fluida

Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut:

1)       Aliran bersifat tunak (steady state)

2)       Tidak terdapat gesekan (inviscid)

Dalam bentuk lain, Persamaan Bernoulli dapat dituliskan sebagai berikut:

b)      Aliran Termampatkan

Aliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida termampatkan adalah: udara, gas alam, dll. Persamaan Bernoulli untuk aliran termampatkan adalah sebagai berikut:

di mana:

= energi potensial gravitasi per satuan massa; jika gravitasi konstan maka

= entalpi fluida per satuan massa

Catatan: , di mana adalah energi termodinamika persatuan massa, juga disebut sebagai energi internal spesifik.

Sumber:http://id.wikipedia.org/wiki/Prinsip_Bernoulli

3.      Hukum Gay Lussac

Hukum Gay L ussac berasal dari Joseph Gay Lussac (1778-1850), menyatakan bahwa pada volume konstan, tekanan gas berbanding lurus dengan suhu mutlak, dituliskan:

Dengan:

P = tekanan gas pada volume tetap (Pa)

T = suhu mutlak gas pada volume tetap (K)

P₁= tekanan gas pada keadaan I (Pa)

P₂= tekanan gas pada keadaan II (Pa)

T₁= suhu mutlak gas pada keadaan I (K)

T₂= suhu mutlak gas pada keadaan II (K)

Tekanan dari sejumlah tetap gas pada volume yang tetap berbanding lurus dengan temperaturnya dalam kelvin.

Secara matematis dapat dinyatakan

 atau 

Dimana :

P adalah tekanan gas.

T adalah temperatur gas (dalam Kelvin).

k adalah sebuah konstanta.

Hukum ini dapat dibuktikan melalui teori kinetik gas, karena temperatur adalah ukuran rata-rata energi kinetik, dimana jika energi kinetik gas meningkat, maka partikel-partikel gas akan bertumbukan dengan dinding/wadah lebih cepat, sehingga meningkatkan tekanan. Hukum Gay-Lussac dapat dituliskan sebagai perbandingan dua gas

Gambar.24: Joseph Gay Lussac (1778-1850)

Sumber : www.wikipedia.com

4.      Hukum Tekanan Parsial Dalton (1801)

John dalton (1766-1844) adalah seorang ahli fisika dan kimia dari inggris yang berhasil menemukan hukum proporsi ganda dan hukum gas atau hukum dalton. Dalton disebut juga sebagai "bapak teori atom" karena menemukan teori atom yang ilmiah dan bukan teori democritus dari Yunani kuno yang filosofis dan spekulatif.

Dalton menyuguhkan teori atom kuantitatif, jelas, dan jernih yang dapat di gunakan dalam penafsiran percobaan kimiadan dapat dicoba secara tepat di laboratorium.

Gambar no.25. John dalton

Sumber : http://rhedo-ganteng.blogspot.com/

Hukum Tekanan Parsial Dalton: Tekanan sebuah campuran gas adalah sama dengan jumlah tekanan masing-masing gas penyusunnya. Secara matematik, hal ini dapat direpresentasikan untuk n jenis gas, berlaku:

Sumber:http://rhedo-ganteng.blogspot.com/

D. Refrigerant

Refrigeran merupakan bahan pendingin atau fluida yang digunakan untuk menyerap panas melalui perubahan fase dari cair ke gas (evaporasi) dan membuang panas melalui perubahan fase dari gas ke cair (kondensasi), sehingga refrigeran dapat dikatakan sebagai pemindah panas dalam sistem pendingin. Kadang-kadang refrigerant terdiri dari dua atau lebih senyawa kimia.
Campuran ini terurai menjadi dua jenis yaitu Zeotropes dan Azeotropes.
refrigeran campuran Zeotrope terutama terbuat dari tiga jenis refrigerant

Pengkondisian udara atau penyegaran udara adalah merupakan satu dari teknik-teknik refrigerasi. Penyegaran udara itu sendiri adalah suatu proses pendinginan udara sehingga dapat dicapai temperatur dan kelembaban yang sesuai dengan yang dipersyaratkan terhadap kondisi udara dari suatu ruangan tertentu serta mengatur aliran udara dan kebersihan udaranya.
Untuk mencapai tujuan dari penyegaran udara tersebut, dibutuhkan suatu fluida kerja yang disebut refrigerant. Dimana refrigeran akan dialirkan melalui sistem. Dalam sistem tersebut, refrigeran mengalami beberapa proses atau perubahan fase (cair dan uap), yaitu refrigeran yang mula-mula pada keadaan awal (cair), setelah melalui beberapa proses akan kembali ke keadaan awalnya. Ada tiga susunan utama refrigeran yang digunakan pada saat ini yaitu :

1.      Refrigerant fluorocarbon terhidrogenasi (HFC), yang terdiri dari hidrogen, fluorin, dan karbon.Karena mereka tidak menggunakan atom klor (yang digunakan dalam sebagian besar refrigerant) mereka dikenal sebagai salah satu yang paling merusak lapisan ozon kita.

2.      Terhidrogenasi klorofluorokarbon refrigeran (HCFC), yang terdiri dari hidrogen, klorin, fluorin, dan karbon. Refrigeran ini mengandung jumlah minimal klorin, yg tidak merusak lingkungan karena berbeda dari refrigeran lain.

3.      Refrigerant chlorofluorocarbon (CFC), yang mengandung klorin, fluorin dan karbon. Refrigerant ini membawa jumlah kaporit yang tinggi sehingga dikenal sebagai refrigerant yang paling berbahaya untuk merusak lapisan ozon.

Dibawah ini ada beberapa jenis refrigeran yang biasa dipergunakan, antara lain :

a)      Udara. Refrigeran ini sangat murah, tidak beracun dan tidak mudah terbakar. Koefisien prestasi rendah. Biasanya digunakan pada pesawat terbang.

b)      Carbon Dioksida (CO₂). Senyawa ini tidak berwarna, tidak berbau dan lebih berat dari udara. Titik didihnya -78,5˚C, berat jenisnya 1,56 dan hanya dapat beroperasi pada tekanan tinggi sehingga pemakaiannya terbatas dan biasanya dipakai pada proses refrigerasi dengan tekanan per ton yang besar.

c)      Methil Clorida (CH3Cl). Berupa cairan tidak berwarna dan tidak berbau merangsang. Titik didihnya – 23,7 0F.

d)     Freon atau Cloro Fluoro Carbon (CFC). Freon merupakan refrigeran yang paling banyak digunakan dalam sistem pendingin. Bahan dasarnya ethane dan methane yang berisi fluor dan chlor dalam komposisinya. Karena mengandung unsur chlor refrigeran jenis ini mempunyai dampak penipisan ozon dimana akan berpengaruh negatif terhadap kehidupan makhluk hidup di bumi. Selain itu, juga berdampak negatif terhadap iklim, yaitu meningkatkan suhu rata-rata dan perubahan iklim global serta pencemaran udara

e)      Uap Air. Refrigeran ini paling murah dan paling aman. Pemakaiannya terbatas untuk pendingin suhu tinggi karena mempunyai titik beku yang tinggi, yaitu 0˚C. pemakaian utamanya untuk comfort air cionditioning dan water cooling.

f)       Hidrocarbon. Dipakai pada industri karena harganya murah. Jenisnya butana, iso butana, propana, propylana, etana dan etylana. Semuanya mudah terbakar dan meledak.

g)       Amonia (NH3). Amonia ini digunakan secara luas pada mesin refrigerasi industri atau refrigerasi kapasitas besar. Titik didihnya kurang lebih - 33˚C. zat ini mempunyai karakteristik bau meskipun pada konsentrasi kecil di udara. Tidak dapat terbakar, tetapi meledak jika bereaksi dengan udara dengan prosentase 13,28 %. Oleh karena itu efek korosi amonia, tembaga atau campuran tembaga tidak boleh digunakan pada mesin dengan refrigeran amonia.

h)       Azetropes
Merupakan campuran dari beberapa refrigeran yang mempunyai sifat berbeda. Jenis yang banyak dipakai yaitu Correne-7
Yang terdiri dari campuran 73,8 % freon-12 dan 26,2% genetron 100 dan Refrigeran-502 merupakan campuran dari 98,8 % freon-12 dan 51,2 % freon-115

i)        Larutan Garam (brine). Larutan garam (brine) juga digunakan untuk refrigeran misalnya untuk pendinginan lokasi lapangan es (ice skating rinks).

j)        Sulfur Dioksida (SO2).Berupa gas atau cairan yang tidak berwarna, sangat beracun dan berbau merangsang. Senyawa ini tidak mudah terbakar dan tidak mudah meledak. Dengan titik didih – 10,1˚C.

k)       Hydro Fluoro Carbon (HFC). HFC merupakan refrigeran baru sebagai alternatif untuk menggantikan posisi freon. Hal ini disebabkan karena refrigeran freon mengandung zat chlor (Cl) yang dapat merusak lapisan ozon. Sedangkan HFC terdiri dari atom-atom hidrogen, fluorine dan karbon tanpa adanya zat chlor (Cl). pengganti freon–115 / R115 untuk pendingin air.

Sumber: http://hudzaifah34.blogspot.com/2012/01/refrigerant_31.html

Adapun Sifat – sifat refrigerant yang harus dipenuhi untuk kebutuhan mesin pendingin adalah :

1)      Tekanan penguapan harus cukup tinggi. Sebaiknya refrigeran memiliki temperatur pada tekanan yang lebih tinggi, sehingga dapat dihindari kemungkinan terjadinya vakum pada evaporator dan turunnya efisiensi volumetrik karena naiknya perbandingan kompresi.

2)      Tekanan pengembunan yang tidak terlampau tinggi. Apabila tekanan pengembunannya terlalu rendah, maka perbandingan kompresinya menjadi lebih rendah, sehingga penurunan prestasi kondensor dapat dihindarkan, selain itu dengan tekanan kerja yang lebih rendah, mesin dapat bekerja lebih aman karena kemungkinan terjadinya kebocoran, kerusakan, ledakan dan sebagainya menjadi lebih kecil.

3)      Kalor laten penguapan harus tinggi. Refrigeran yang mempunyai kalor laten penguapan yang tinggi lebih menguntungkan karena untuk kapasitas refrigerasi yang sama, jumlah refrigeran yang bersirkulasi menjadi lebih kecil.

4)      Volume spesifik ( terutama dalam fasa gas ) yang cukup kecil. Refrigeran dengan kalor laten penguapan yang besar dan volume spesifik gas yang kecil ( berat jenis yang besar ) akan memungkinkan penggunaan kompresor dengan volume langkah torak yang lebih kecil. Dengan demikian untuk kapasitas refrigerasi yang sama ukuran unit refrigerasi yang bersangkutan menjadi lebih kecil. Namun, untuk unit pendingin air sentrifugal yang kecil lebih dikehendaki refrigeran dengan volume spesifik yang agak besar. Hal tersebut diperlukan untuk menaikkan jumlah gas yang bersirkulasi, sehingga dapat mencegah menurunnya efisiensi kompresor sentrifugal.

5)      Koefisien prestasi harus tinggi. Dari segi karakteristik thermodinamika dari refrigeran, koefisien prestasi merupakan parameter yang terpenting untuk menentukan biaya operasi.

6)      Konduktivitas termal yang tinggi. Konduktivitas termal sangat penting untuk menentukan karakteristik perpindahan kalor.

7)      Viskositas yang rendah dalam fasa cair maupun fasa gas. Dengan turunnya tahanan aliran refrigeran dalam pipa, kerugian tekanannya akan berkurang.

8)      Konstanta dielektrika dari refrigeran yang kecil, tahanan listrik yang besar, serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik. Sifat-sifat tersebut dibawah ini sangat penting, terutama untuk refrigeran yang akan dipergunakan pada kompresor hermetik.

9)      Refrigeran hendaknya stabil dan tidak bereaksi dengan material yang dipakai, jadi juga tidak menyebabkan korosi.

10)  Refrigeran tidak boleh beracun dan berbau merangsang.

11)  Refrigeran tidak boleh mudah terbakar dan mudah meledak.

Sumber:http://iptech.wordpress.com/seklumit-mengenal-refrigeran-freoan/