Media Pemanas dan Pendingin-bagian I

Fluida transfer panas, atau pembawa panas, didefinisikan sebagai fluida yang menyerap energi panas dikeluarkan oleh sumber dan kemudian, dengan pendinginan atau perubahan fasa, dilepaskan panas ke sebuah tempat pemanfaatan yang disebut sink.
Fluida berdasarkan fungsinya kemudian disebut sebagai pendingin. Selama proses panas dapat dibawa oleh konduksi, konveksi, radiasi, pendidihan, dan kondensasi. Untuk melengkapi siklus panas, fluida pendingin kembali ke posisi awalnya, dimana memperoleh fresh supply panas.
Dalam pendefisian fungsi dari pembawa panas, pada awalnya diasumsikan bahwa fluida harus mempertahankan sifat kimia dan komposisi aslinya (original chemical properties and composition).
Hanya sedikit jumlah pembawa panas seperti air, udara, dan beberapa unsur dasar, mendekati kriteria dalam mempertahankan struktur kimia yang tidak berubah. Untuk aplikasi dalam industri, kemampuan pembawa panas untuk melawan perubahan fisika dan kimia untuk waktu yang lama adalah yang terpenting. Pada kasus superficial deterioration, fluida transfer panas biasanya dapat dirawat dan akhirnya dikembalikan ke dalam sistem. Jika perubahan sifat semakin serius, fluida harus diganti setelah waktu tertentu penggunaan.
Selama proses transfer panas, kebanyakan material transfer panas mungkin mengalami perubahan keadaan fisik. Sebagai contoh, di bawah kondisi equilibrium tertentu dari temperatur dan tekanan, fase uap, liquid dan solid berlaku sendiri atau bahkan bersama. Setiap fasa digolongkan dengan set sifat yang unik. Karena itu, penting untuk memeriksa dengan teliti sifat dari setiap fluida relatif dengan keadaan fisiknya.
Dengan tujuan untuk menerapkan fluida transfer panas, pertama-tama kita harus memeriksa sifat fisika, kimia, dan fisiologis yang membatasi dan menentukan aplikasi secara tekniknya.
1. Design Properties (Heat Transfer and Transport Properties)
- Density, Specific gravity, Expansion Coefficient.
- Heat Capacity (Specific Heat)
- Heat Content (Enthalpy)
- Heat Conductivity
- Viscosity
2. Construction Properties (Limiting Properties)
- Physical Stability
- Chemical Stability
- Thermal Stability
- Radiolytic Stability
- Cost
3. Operation Properties (Handling Properties)
- Surface Tension
- Corrosion
- Flammability
- Physiological Effect
- Less Important Properties :
o Electrical Properties
o Refractive Index
o Appearance
1. Design Properties (Heat Transfer and Transport Properties)
a. Density
Densitas dari material homogen adalah beratnya per volume pada temperatur dan tekanan yang diberikan. Kebalikan dari density adalah specific volume, dilambangkan dengan huruf latin, v.
(Geiringer)
Sifat specific volume berhubungan secara langsung dengan ukuran kompresor ketika berlipatganda oleh arus berat (weight flow). Diinginkan untuk mempunyai volume penghisapan yang rendah untuk reciprocating compressor dan volume penghisapan yang tinggi untuk centrifugal compressor.
(Perry)
b. Specific gravity
Specific gravity didefinisikan sebagai rasio densitas yang diberikan oleh senyawa pada densitas senyawa referensi.
c. Heat capacity, Specific heat
Kapasitas panas (heat capacity) material didefiniskan sebagai jumlah energi panas yang diperlukan untuk menghasilkan kenaikan temperatur setiap unit massa dari material tertentu pada temperatur yang diberikan. Kapasitas panas liquid pada umumnya lebih besar dibandingkan gas dan uap.
(Geiringer)
Untuk kapasitas panas liquid, diinginkan nilai yang rendah. Sebaliknya, terlalu banyak pendinginan diperlukan untuk cairan panas yang masuk evaporator.
(Perry)
d. Heat content, enthalpy
Panas dimana energi dapat melintasi pada beda temperature, adalah bukan sifat dari zat, tapi jalur fungsi bergantung pada proses yang diperiksa. Oleh karena itu, sifat turunan yang baru disebut dengan ‘enthalpy’ atau heat content.
(Geiringer)
e. Heat Conductivity
Thermal conductivity, k, didefinisikan sebagai perbandingan tetap yang digunakan dalam Hukum Fourier. Thermal conductivity gas pada temperatur tinggi lebih besar dari kondisi lingkungan, dibandingkan dengan thermal conductivity liquid.
f. Viscosity
Sifat yang melekat pada semua fluida adalah viskositas mereka. Viskositas liquid pada umumnya naik mengikuti kompresi pada temperatur tetap. Tetapi air adalah perkecualian terhadap hal ini, viskositas air menurun dengan tekanan pada temperatur tetap. Viskositas secara langsung sebanding dengan kecepatan rata-rata (average velocity).
2. Construction Properties (Limiting Properties)
a. Physical Stability
Semua zat ada dalam salah satu dari tiga keadaan, yaitu solid, liquid, dan gas. Setiap fase secara fisik terlihat (nyata) dan memiliki set sifat fisis dan kimia yang unik.
b. Thermal Stability
Sejumlah metode dikembangkan untuk menentukan thermal stability yaitu The Isoteniscope, Test Bombs Incorporating a Pressure Gauge, dan Glass Test Apparatus. Untuk deskripsi proses-proses tersebut dapat dibaca dalam buku Handbook of Heat Transfer Media, Paul L. Geiringer.
c. Chemical Stability
Banyak fludia transfer panas merupakan campuran dari dua atau lebih zat murni. Efek dari kelarutan sangat signifikan terhadap pemilihan fluida transfer panas.
d. Radiolytic Stability
Pada reaktor nuklir, neutron berenergi tinggi dan sinar gamma secara terus-menerus membentur zat yang tidak kontak dengan fuel. Neutron memiliki kerusakan paling besar terhadap komponen padat reaktor tapi radiasi sinar gamma memiliki efek paling besar terhadap zat organik. Dua efek utama pada fluida adalah polimerisasi dan ionisasi. Polimerisasi yang disebabkan oleh radiasi secara umum menyebabkan kenaikan viskositas fluida; kadang-kadang lumpur padat terbentuk. Efek lain yang mungkin terjadi adalah gassing, coking, dan foaming. Semua faktor tersebut dapat meningkatkan korosi.
Korosi atau produk tidak diharapkan lainnya berasal dari reaksi ionisasi dalam fluida reaktor.
e. Cost-Price Class
Harga fluida adalah faktor penting dalam penentuan bidang aplikasinya.
3. Operating Properties (Handling Properties)
a. Surface Tension
Surface tension, berhubungan dengan viskositas, adalah mengukur “wettability” dari liquid. Zat dengan surface tension rendah dapat bocor melalui besi berpori atau logam lainnya, atau melalui kerusakan pada gland, joint, atau weld. “Wettability” juga penting dalam pertimbangan transfer panas, menentukan apakah film atau drop-wise condensation terjadi.
b. Corrosion
Kecenderungan fluida untuk menyerang komponen struktural yang bersirkulasi dapat mempunyai konsekuensi yang serius. Hasilnya sistem rusak atau penghalangan lintasan peralatan. Sifat korosif dari pembawa panas sangat tergantung pada impuritas yang larut.
c. Flammability
Kemampuan fluida, terutama petroleum oil dan organic liquid, untuk terbakar dan meledak kedalam bahaya api.
d. Physiological Effects
Orang (human) secara langsung bertanggung jawab terhadap pemeliharaan pabrik dan adanya efek beracun dan berbahaya dari fluida harus diketahui.
e. Special Properties
Beberapa sifat khusus mempengaruhi pemilihan pokok dari pembawa panas. Sifat elektrikalm seperti dielectric constant dan electrical resistivity menentukan kemungkinan menggunakan media dalam lingkungan listrik. Refractive index adalah sifat yang membantu untuk mendeskripsikan struktur molekuler dan komposisi kimia dari zat. Penampakan fisik, warna, dan bau adalah sifat yang mempengaruhi reaksi konsuimen pada produk yang diberikan.
(Geiringer)
4. Sifat lainnya :
a. Boiling Temperature and Pressure
Diperlukan untuk memelihara tekanan di atas atmosferik untuk menghindari kebocoran udara dan uap lembab ke dalam sistem. Boiling point dari refrigerant harus lebih rendah dari temperatur sistem yang diinginkan.
b. Freezing Temperature
Refrigerant yang dipilih harus mempunyai freezing temperature di bawah temperatur minimum pada sistem yang akan dioperasikan.
c. Critical Temperature and Pressure
Tekanan dan temperatur sistem operasi harus di bawah nilai kritis. Temperatur kritis adalah temperatur di atas dimana tidak ada jumlah tekanan yang akan mencairkan gas spesifik.
d. Condenser and Evaporator Pressure
Tekanan kondenser harus cukup lebih rendah untuk mengizinkan penggunaan peralatan dengan berat relatif ringan. Tekanan sistem operasi lebih tinggi, biaya peralatan dan pemipaan lebih besar. Tekanan evaporator tidak akan terlalu rendah sehingga rasio kompresi menjadi tinggi secara abnormal.
e. Latent Heat
Panas laten penguapan yang tinggi penting karena mempengaruhi ukuran dari efek pendinginan (refrigerating), jumlah refrigerant (pendingin) yang disirkulasikan, ukuran dan biaya pemipaan dan peralatan. Bagaimanapun, tidak akan merupakan pertimbangan tunggal tapi berhubungan dengan sifat lain seperti specific volume dari uap dan specific heat dari liquid.
f. Molecular Weight
Sifat ini secara langsung berhubungan denga specific volume dari uap, berat molekul yang lebih tinggi, specific volumenya akan lebih tinggi juga. Untuk aplikasi kompresor sentrifugal, membutuhkan jumlah gas yang besar, refrigerant akan mempunyai berat molekul yang tinggi.
g. Theoretical Horsepower per Ton
Pada tingkat proses pengaturan suhu, nilai ini kira-kira sama untuk kebanyakan refrigerant. Hal ini menjadi lebih penting pada temperatur lebih rendah.
h. Discharge Temperature
Refrigerant yang memiliki pelepasan suhu kompresor relatif tinggi mungkin menyebabkan kerusakan minyak dan pembentukan sludge (lumpur).
i. Miscibility
Pertolongan miscibility (daya campur) dalam pengembalian minyak dari evaporator ke kompresor dalam aplikasi reciprocating, sehingga meminimasi masalah ini.
j. Safety Aspects
Refrigerant dikelompokkan menurut toksisitas dan flammabilitasnya. Hidrokarbon terhalogenasi seperti R-12, R-22, R-502, dan R-13 diklasifikasikan oleh ASA Standard B9.1 sebagai kelompok 1. Kelompok 1 adalah paling sedikit resiko (bahaya) terhadap flammabilitas, keeksplosifan, dan toksisitas dapat diabaikan. Sebagaimana nomor kelompok semakin besar, bahaya akan semakin besar. R-717, methyl chloride, dan sulfur dioxide termasuk dalam refrigerant kelompok 2, yang beracun, flammable, atau keduanya. Refrigerant kelompok 3 memiliki flammable yang tinggi dan eksplosif, yang termasuk dalam kelompok ini adalah propane, propylene, ethylene, ethane, methane, butane, dan isobutane.
(Perry)

Posted in: teknik kimia