I. PENDAHULUAN

Diversifikasi dalam industri mesin pendingin dan pengkondisian udara menuntut untuk dikembangkannya fluida kerja yang baru untuk disesuaikan dengan pemakaian yang khusus. Untuk memenuhi tuntutan tersebut, telah dilakukan berbagai penelitian terhadap kemungkinan penggunaan refrigeran campuran sebagai alternatif untuk meningkatkan performansi mesin-mesin pendingin.

Usaha untuk menggunakan refrigeran campuran dalam siklus refrigerasi telah dilakukan sejak tahun 1888 oleh Pictet⁽¹⁾. Ia merencanakan menggunakan campuran karbon dioksida dan sulphur dioksida sebagai fluida kerja mesin pendingin, dengan tujuan untuk mengurangi ukuran kompresor melalui pengurangan perbandingan kompresinya. Tetapi usaha awal untuk menerapkan refrigeran campuran tersebut tidak sepenuhnya didasarkan pada teori-teori termodinamika, sehingga akhirnya tidak berhasil menunjukkan performansi seperti yang diharapkan. Dalam tahun 1933 Stradelli(2) menguji penggunaan dari campuran refrigeran di atas dan memperlihatkan bahwa untuk temperatur operasi yang sama, perbandingan kompresi akan meningkat seiring dengan penambahan karbon dioksida ke sulphur dioksida. Dalam tahun 1939 penelitian tentang campuran refrigeran dilanjutkan dengan kaji teoritik tentang keuntungan dari campuran-refrigeran yang mendidih dalam suatu daerah temperatur tertentu pada mesin pendingin non-isotermal. Maiuri(3) mencoba menerapkan teori tersebut pada campuran ethylene dan metane namun menemui kegagalan. Carr⁽⁴⁾ dalam tahun 1949 menulis suatu kertas kerja yang didasari dengan pandangan dari sudut termodinamika kemungkinan untuk menghemat energi dengan mengambil keuntungan dari perubahan temperatur selama proses evaporasi.

Stoecker dan Walukas⁽⁵⁾ dalam review literaturnya mengenai berbagai siklus refrigerasi telah mengungkapkan secara teoritik bahwa pemakaian campuran refrigeran R-12 dan R-114 memungkinkan untuk dapat menurunkan daya pada proses kompresi sebesar 12% tanpa merubah efek pendinginan yang berarti peningkatan KP (koefisien performansi) sebesar 12%. Semenjak itu berbagai kaji teoritik mengenai kemungkinan peningkatan KP mesin pendingin melalui penggunaan refrigeran

campuran telah digunakan untuk berbagai jenis refrigeran^(6-9). Meskipun dari segi teoritik dinilai layak, namun ternyata penerapan praktis masih terbatas, kecuali pada proses pencairan gas alam.

Suatu hambatan utama dalam penggunaan campuran refrigeran adalah sedikitnya data-data termodinamika yang tersedia. Data termodinamika eksperimental yang tersedia umumnya berupa tekanan uap dari campuran, sedangkan komposisi kesetimbangan fasa uap, enthalpi dan volume uap jenuh serta enthalpi dari cairan jenuh, kemudian dihitung dengan pertolongan data-data tekanan uap dari campuran dan sifat-sifat termodinamika refrigeran-tunggal(11-13). Refrigeran Campuran pada saat ini telah diakui mempunyai peluang yang baik untuk diterapkan. Beberapa campuran azeotropik Freon seperti R-500, R-501 dan R-502 telah menjadi populer. Campuran Freon non azeotropik tidak banyak mendapat perhatian dari industri-industri mesin pendingin terutama karena tidak tersedianya data-data termodinamika. Dalam tulisan ini akan dibahas aspek termodinamika dari refrigeran campuran. Pembahasan akan ditekankan pada campuran R-12 dan R-22. Tulisan ini juga akan merupakan landasan dari tulisan mendatang yang membahas hasil studi teori dan eksperimental dari penerapannya mesin pendingin.

2. KLASIFIKASI CAMPURAN

Campuran dapat diklasifikasikan secara umum dalam dua jenis yaitu campuran miscible (bercampur) dan campuran imiscible (tidak bercampur). Campuran miscible dapat juga berupa campuran ideal atau non-ideal. Campuran non-ideal dapat mempunyai deviasi positif atau deviasi negatif dari hukum Raoult, sebagaimana akan dijelaskan pada bagian selanjutnya.

Campuran non-ideal dapat juga membentuk campuran azeotrop. Azeotrop adalah campuran dengan temperatur pendidikan konstan. Azeotrop mungkin berupa azeotrop pendidihan minimum atau azeotrop pendidihan maksimum, tergantung apakah deviasi dari hukum Raoult positip atau negatif.

2.1. Campuran ideal

Hukum yang mengatur campuran ideal adalah hukum Raoult untuk fasa cairan dan hukum Dalton untuk fasa uap. Menurut hukum Raoult, tekanan

Laboratorium Teknik Pendingin dan Pengkondisian Udara, Jurusan Mesin ITB.

parsial dari dua komponen dalam campuran cairan pada temperatur, T diberikan oleh :

\[P_1 = Y_1 P_1^0\] \[P_2 = Y_2 P_2^0\] (1)

Menurut hukum Dalton untuk fasa uap, tekanan parsial diberikan oleh :

\[p_1 = YV_1 p_1\] \(p_2 = YV_2 p_2\) (2)

Tekanan total dapat ditentukan melalui persamaan:

\[P = Y_1 P_1^0 + Y_2 P_2^0\] (3)

Kriteria yang lain dari campuran ideal adalah bahwa pencampuran dari unsur unsur pokok menyebabkan tidak ada perubahan dalam gaya-gaya inter molekuler rata-rata dari kejadian itu.

Sesuai dengan keadaan di atas, maka campuran ideal tidak akan timbul panas evolusi atau absorpsi selama proses pencampuran jadi enthalpi dari campuran ideal dapat diperoleh dengan menjumlahkan enthalpi-enthalpi dari kedua komponen tunggal pada temperatur dan tekanan campuran dalam perbandingan fraksi Mole, yaitu:

\[H_{\ell m} = Y_1 H_1 + Y_2 H_2 \tag{4}\]

2.2. Campuran non-ideal

Campuran non-ideal dapat dibedakan dari campuran ideal dalam dua hal, yaitu:

• Memperlihatkan suatu perubahan volume pada pencampuran fasa uap.
• ii. Dalam fasa cair terjadi timbul panas absorpsi atau evolusi selama proses pencampuran. Hal tersebutlah yang membuat terjadinya penyimpangan dari hukum Raoult. Campuran dengan penyimpangan positif dari hukum Raoult untuk temperatur dan fraksi mol yang sama menghasilkan tekanan uap yang lebih tinggi dari pada yang didapatkan dari penerapan hukum Raoult. Keadaan ini diperlihatkan oleh kurva (+) keadaan cairan jenuh dalam diagram P-Y Gb. 1. Kondisi yang sama juga diperlihatkan oleh kurva (+) pada diagram T-Y dalam Gb. 2.

Pencampuran dari komponen-komponen yang membentuk campuran non-ideal, akan disertai dengan absorpsi panas. Oleh karena itu enthalpi dari campuran cairan akan lebih tinggi dibandingkan dengan enthalpi campuran yang didapatkan dengan penjumlahan dari enthalpi-enthalpi cairan dari kedua komponen dalam perbandingan fraksi mole.

Jadi enthalpi dari campuran non-ideal dalam fasa cairan dinyatakan oleh :

\[H_{\ell m} = Y_1 H_1 + Y_2 H_2 + H_m\] (5)

Gambar 1. Penyimpangan titik didih dari hukum Raoult pada diagram P-Y.

Gambar 2. Penyimpangan titik didih dari hukum Raoult pada diagram T-Y.

Enthalpi dari campuran dalam fasa uap tidak berubah, yaitu sama dengan jumlah dari enthalpienthalpi komponen tunggal, hal ini membawa pengurangan dalam panas laten dari penguapan campuran.

Sebaliknya dari fenomena di atas, campuran dengan penyimpangan negatif dari hukum Raoult, akan mempunyai karakteristik sebagai berikut:

• Menghasilkan tekanan uap yang lebih rendah dari pada yang diberikan oleh hukum Raoult pada tekanan dan fraksi Mole tertentu. Hal ini diperlihatkan oleh kurva (-) pada Gb. 2.1.
• Temperatur titik didih dari campuran akan lebih tinggi pada tekanan dan temperatur tertentu seperti diperlihatkan oleh kurva (-) dalam Gb. 2.
• iii. Pencampuran dari komponen-komponen menghasilkan evolusi panas. Enthalpi dari campuran cairan harus dikurangi panas pencampuran, berarti akan menghasilkan penambahan panas laten penguapan.

Contoh dari campuran yang mempunyai penyimpangan positif adalah campuran R-22 dan R-14, sedangkan sistem NH₃ + H₂O adalah contoh dari campuran yang mempunyai penyimpangan negatif dari hukum Raoult⁽¹⁴⁾.

2.3. Campuran azeotropik

Seperti telah dikemukakan terdahulu, azeotrop adalah campuran non-ideal. Azeotrop umumnya dihasilkan jika perbedaan dalam titik didih dari kedua komponen tidak terlalu besar dan jika penyimpangan dari sifat-sifat ideal cukup besar. Sebagai contoh dari azeotrop yang mempunyai penyimpangan positif dari hukum Raoult adalah azeotrop R-22 dan R-12. Campuran azeotrop ini mempunyai titik didih atau titik embun yang lebih rendah dari titik didih tiap-tiap komponen, seperti diperlihatkan pada Gb. 3. Campuran azeotrop ini disebut azeotrop pendidihan minimum. Pada sisi yang lain, azeotrop dengan penyimpangan negatif dari hukum Raoult mempunyai titik didih yang lebih tinggi dari pada titik didih tiap-tiap komponen, seperti diperlihatkan pada Gb. 4. Campuran azeotrop ini disebut azeotrop pendidihan maksimum.

3. SIFAT-SIFAT TERMODINAMIKA CAMPUR-AN R-22 DAN R-12

Untuk meramalkan sifat-sifat termodinamika campuran refrigeran, diperlukan data refrigeran tunggal tiap komponen. Data-data ini dapat diambil dari pustaka (16, 17, 18 dan 19). Untuk tujuan penjabaran persamaan tingkat keadaan dari refrigeran campuran, data refrigeran tunggal untuk masingmasing komponen akan dinyatakan dalam bentuk persamaan aljabar. Apabila data tersebut tersedia dalam bentuk persamaan, akan dipergunakan secara langsung. Dalam kasus data yang telah disajikan dalam bentuk tabel, persamaan aljabar yang memenuhi untuk suatu temperatur akan dibuat.

3.1. Persamaan tingkat keadaan fasa gas

Bijlani⁽²⁰⁾ telah memperlihatkan bahwa untuk refrigeran tunggal persamaan Martin-Hou yang disederhanakan dapat mengkorelasikan P-V-T dengan ketelitian yang cukup tinggi. Bentuk persamaan yang diusulkan adalah,

\[P = \frac{RT}{(V-b)} + \frac{A_2 + B_2 + C_2 e^{kT/T_c}}{(V-b)^2} +\]

\[\frac{A_3 + B_3 T}{(V - b)^3} + \frac{A_4 + B_4 + C_4 e^{kT/T_c}}{(V - b)^4}\] (6)

Dengan harga-harga dari konstanta A₂, B₂, C₂, A₃, B₃, A₄, B₄, C₄, b dan k dari R-22 dan R-12 ditunjukkan dalam Tabel 1.

Gambar 3. Diagram campuran azeotrop pendidihan minimum.

Tabel 1. Konstanta persamaan Martin-Hou

3.2. Enthalpi cairan jenuh

Harga-harga enthalpi cairan jenuh untuk R-22 dan R-12 diambil dari pustaka (18), dan penulisan dalam bentuk aljabarnya disusun dengan metoda least square dalam bentuk fungsi polinomial derajat sebelas dan delapan sebagai fungsi dari (T-419, 67) pada daerah kisaran temperatur 360 sampai \(660^{\circ}R^{(7)}\):

\[H = \sum_{I=1}^{n} H(I) \quad (T-419,67)\] (7)

n = 11 untuk R = 22 dan n = 8 untuk R = 12

Dengan konstanta H (I) seperti ditunjukkan dalam Tabel 2.

Tabel 2, Konstanta persamaan polinomial enthalpi cairan jenuh.

3.3. Panas jenis cairan jenuh

Dengan cafa serupa, harga-harga panas jenis cairan jenuh pada tekanan konstan untuk R-22 dan R-12 diambil dari pustaka (18). Dengan menggunakan metoda least square dengan fungsi polinomial derajat lima pada daerah 360° sampai 660°R didapat:

\[C_{p_{\ell}} = \sum_{I=1}^{5} C(I) T^{(I-1)}\] (8)

Konstanta C (I) ditabelkan pada Tabel 3.

Tabel 3. Konstanta persamaan polinomial panas spesifik cairan jenuh.

3.4. Analisa sifat-sifat Campuran Refrigeran

Persamaan Martin-Hou (pers. 3.1), dapat juga digunakan untuk menyatakan hubungan P-V-T dari campuran refrigeran.

Konstanta-konstanta pada persamaan ini didapat dengan mengkombinasikan konstanta-konstanta refrigeran tunggal yang disesuaikan. Aturanaturan pengkombinasian ini diajukan oleh Bijlani (20) yang diuji kebenarannya oleh Quraishi (21) untuk campuran refrigeran R-502 dan R-503. Hasil pengkajian menunjukkan bahwa persamaan tersebut juga berlaku untuk sistem biner R-22 dan R-12. Bila konstanta dalam persamaan (6), (7) dan (8) digunakan:

\[(A_{2})_{m} = [X_{1} (A_{2})_{1}^{\frac{1}{2}} + X_{2} (A_{2})_{2}^{\frac{1}{2}}]^{2} - 0.1 X_{1} X_{2}\] \[(B_{2})_{m} = X_{1} (B_{2})_{1} + X_{2} (B_{2})_{2}\] \[(C_{2})_{m} = [X_{1} (C_{2})_{1}^{\frac{1}{2}} + X_{2} (C_{2})_{2}^{\frac{1}{2}}]^{2}\] \[(A_{3})_{m} = [X_{1} (A_{3})_{1}^{1/3} + X_{2} (A_{3})_{2}^{1/3}]^{3}\] \[(B_{3})_{m} = [X_{1} (B_{3})_{1}^{1/3} + X_{2} (B_{3})_{2}^{1/3}]^{3}\] \[(A_{4})_{m} = [X_{1} (A_{4})_{1}^{1/3} + X_{2} (A_{4})_{2}^{1/3}]^{3}\] \[(B_{4})_{m} = [X_{1} (B_{4})_{1}^{1/3} + X_{2} (B_{4})_{2}^{1/3}]^{3}\] \[(C_{4})_{m} = [X_{1} (C_{4})_{1}^{1/3} + X_{2} (C_{4})_{2}^{1/3}]^{3}\] \[(k/T_{c})_{m} = Y_{1} (k/T_{c})_{1} + Y_{2} (k/T_{c})_{2}\] \[(b)_{m} = Y_{1} (b)_{1} + Y_{2} (b)_{2}\]

3.5. Tekanan dan temperatur kesetimbangan kondisi jenuh.

Data tekanan uap refrigeran tunggal pada kondisi jenuh ditunjukkan oleh persamaan Antoine⁽²²⁾:

\[Ln(P) = A + B/(T-C)\] (9)

Bijlani⁽²³⁾ telah menggunakan bentuk persamaan yang sama untuk menyatakan kurva titik didih dari campuran R-22 dan R-12 untuk lingkup daerah tertentu. Dengan memakai data kesetimbangan tekanan, temperatur dan konsentrasi dari Kriebel⁽¹⁹⁾ dalam daerah temperatur yang lebih luas yaitu 380 sampai 600°R akan diterapkan prosedur yang sama untuk kurva titik didih dan titik embun dari campuran tersebut. Kurva titik didih dapat didekati dengan persamaan:

\[ln (P_B) = BB_1 + BB_2/(T-CB)\] (10)

sedangkan untuk titik embun:

\[ln (P_D) = DD_1 + DD_2/(T-CD)\] (11)

dimana konstanta BB₁, BB₂, DD₁ dan DD₂ dapat dinyatakan dalam fungsi polinomial dari konsentrasi dan dapat ditulis sebagai,

\[BB_{1} = \sum_{I=1}^{6} B_{1}(I) Y^{(I-1)}\] \[BB_{2} = \sum_{I=1}^{6} B_{2}(I) Y^{(I-1)}\] \[DD_{1} = \sum_{I=1}^{6} D_{1}(I) YV^{(I-1)}\] \[DD_{2} = \sum_{I=1}^{6} D_{2}(I) YV^{(I-1)}\]

Harga konstanta pada persamaan untuk \(BB_1\), \(BB_2\), \(DD_1\) dan \(DD_2\) harus dievaluasi berdasarkan konstanta CB dan CD. Kandlikar, Bijlani dan Sukhatme⁽⁷⁾ telah mencoba beberapa harga CB dan CD untuk setiap konsentrasi, dan dalam setiap kasus dihitung harga deviasi absolut yang terjadi dan ternyata untuk CB = CD = 35 deviasi absolut yang ditimbulkan adalah minimum (0,241% untuk kurva titik didih dan 0,52% untuk kurva titik embun). Dengan harga-harga CB dan CD ini, konstantakonstanta yang lain telah dihitung dan hasil yang diperoleh adalah,

\[\text{[rumus tidak dapat ditampilkan dengan baik — lihat PDF asli]}\]

3.6. Massa jenis campuran cairan jenuh

Perubahan volume masing-masing komponen pada proses pencampuran untuk campuran biner R-22 dan R-12 adalah sangat kecil seperti telah diukur oleh loeffler, dengan demikian pengabaian harga ini tidak akan mendatangkan kesalahan fatal, karena hasil pengukuran ternyata tidak lebih besar dari 1,5%. Juga pengaruh dari perubahan tekanan pada berat jenis cairan dapat diabaikan. Jadi volume refrigeran cairan jenuh pada temperatur konstan adalah sama dengan jumlah dari volume masing-masing komponen pembentuknya, dan massa jenis dari campuran cairan jenuh diberikan oleh:

\[\left(\frac{1}{\rho_{\ell m}} = \frac{X_1}{\rho_{\ell_1}} = \frac{X_2}{\rho_{\ell_2}}\right) T \tag{12}\]

3.7. Enthalpi dari campuran cairan jenuh

Enthalpi dari campuran cairan jenuh diberikan oleh:

\[(H_{\ell m} = X_1 H_{\ell_1} + X_2 H_{\ell_2} + H_{mix})_T\] (13)

dimana, H_mix adalah panas pencampuran.

Berdasarkan persamaan Margules dan data panas pencampuran dari Neilson dan White⁽¹⁵⁾, Bijlani⁽²³⁾ mengembangkan persamaan panas pencampuran, dalam bentuk:

\[H_{mix} = -RT^{2} \left[ Y_{1} \left( \frac{\partial 1nv_{1}}{\partial T} \right)_{Y_{2}} + Y_{2} \left( \frac{\partial 1nv_{2}}{\partial T} \right)_{Y_{1}} \right]\] (14)

\[\left(\frac{\partial \ln v_1}{\partial T}\right)_{Y_2} = Y_2^2 \left[2\left(\frac{dL}{dT}\right) - \left(\frac{dK}{dT}\right)\right] +\]

\[2 Y_2^3 \left[ \left( \frac{dK}{DT} \right) - \left( \frac{dL}{dT} \right) \right]\] (15)

\[\left(\frac{\partial \ln v_1}{\partial T}\right)_{Y_1} = Y_1^2 \left[2\left(\frac{dK}{dT}\right) - \left(\frac{dL}{dT}\right)\right] +\]

\[2 Y_1^3 \left[ \left( \frac{dL}{dT} \right) - \left( \frac{dK}{dT} \right) \right] \tag{16}\]

dimana

\[K = -1,476 + 614,124899/T + 1,1604243x10^{-3}T\]
\(L = 1.7888873 - 2.68544x10^{-3}T\)

3.8. Enthalpi dari campuran uap jenuh

Variasi dari enthalpi untuk uap jenuh terhadap tekanan dan temperatur ditunjukkan oleh:

\[dH_{um} = C_{p_m} (dT)_p + [V-T(\frac{\partial V}{\partial T})_p](dP)_T\] (17)

karena untuk fungsi variabel ganda terdapat hubungan matematis bahwa :

\[V(dP)_{T} = d(PV)_{T} - P(dV)_{T}\] \[(\frac{\partial P}{\partial T})_{V} \quad (\frac{\partial T}{\partial V})_{P} \quad (\frac{\partial V}{\partial P})_{T} = -1\]

maka persamaan (17) dapat ditulis kembali dalam bentuk:

\[dH_{vm} = C_{p_m} (dT)_P + d(PV)_T - P(dV)_T + T(\frac{\partial P}{\partial T})_V (dV)_T\] (18)

Panas jenis pada volume konstan gas ideal campuran, adalah penjumlahan harga-harga komponen tunggal dalam perbandingan fraksi massa, jadi :

\[C_{v_m}^* = X_1 C_{v_1}^* + X_2 C_{v_2}^*\] (19)

\[C_{p_m}^* = C_v^* + R\] (20)

Masukkan untuk P dan \((\frac{\partial p}{\partial T})\) dari persamaan (6) dan integrasikan persamaan (18) dari temperatur acuan dan tekanan nol ke beberapa harga temperatur T tekanan P dan volume V, dan ini akan memberikan,

\[H = X_{1}(AE_{1}T - \frac{BE_{1}}{T} + CE_{1}\frac{T^{2}}{2} + DE_{1}\frac{T^{3}}{3}) + X_{2}(AE_{2}T + BE_{2}\frac{T^{2}}{2} + CE_{2}\frac{T^{3}}{3} + DE_{2}\frac{T^{4}}{4}) + PV + \frac{A_{2}+(1-UT)C_{2}}{(V-b)} + \frac{A_{3}}{2(V-b)^{2}} + \frac{A_{3}}{2(V-b)^{2}}\]

\[\frac{A_4 + (1-UT)C_4 e^{UT}}{3(V-b)^3} + XX\] (21)

dimana, \(U = k/T_c\) dan \(AE_1\), \(BE_1\), \(CE_1\), \(DE_1\), \(AE_2\), \(BE_2\), \(CE_2\), \(DE_2\) adalah konstanta-konstanta persamaan polinomial panas jenis untuk masing-masing refrigeran tunggal.

Harga XX tergantung pada tingkat keasaan datum. Dalam kasus ini, enthalpi dari refrigeran cair mumi pada — 40°F diambil sama dengan nol. XX dievaluasi dengan menggunakan data panas laten penguapan dari Neilson dan White⁽¹⁵⁾ pada temperatur — 60,07°F:

\[H_{fg_{-60,07}} = H_{v-60,07} - H_{\ell m-60,07}\]
dan \((A_L/W_m = H_{fg})_{-60,07}\) (22)

dimana, \(A_L\) adalah harga panas laten dalam Btu/1b

mole dari Neilson dan White⁽¹⁵⁾. Harga-harga ini disusun dengan metoda least square fungsi polinomial orde lima dari fraksi Mole R-22.

Jadi : \[A_L = \sum_{I=1}^{6} A(I) YV^{(I-1)}\] (23)

Konstanta-konstanta A(I) menjadi :

A(1) = 5,0298967 E+3 A(2) = -3,8362504 E+2 A(3) = -6,9372150 E+2A(4) = -5,1693059 E+2

A(5) = 9,9005677 E+2

A(6) = 5,0924091 E+2

3.9. Panas jenis campuran cairan dan uap jenuh.

Dengan mengabaikan perubahan tekanan dan variasi panas pencampuran terhadap perubahan temperatur dan tekanan, panas jenis campuran cairan pada keadaan jenuh dapat dinyatakan dengan persamaan.

\[C_{p_{\ell m}} = X_1 C_{p_{\ell i}} + X_2 C_{p_{\ell 2}}\] (24)

Penurunan persamaan enthalpi campuran uap pada keadaan jenuh pers. (21) terhadap temperatur pada tekanan konstan akan memberikan panas jenis pada tekanan konstan dari campuran uap pada keadaan jenuh. Bila penjabaran tersebut dilakukan akan diperoleh:

\[C_{p_{vm}} = X_1 C_{v_1}^* + X_2 C_{v_2}^* + (\frac{\partial V}{\partial T})_{p_1}\]

\[(P - \frac{A_2 + (1-UT)C_2 e^{UT}}{(V-b)^2} - \frac{A_3}{(V-b)^3} -\]

\[\frac{A_4 + \frac{(1-UT)C_4e^{UT}}{(V-b)^4}}{(V-b)^4} - \frac{U^2 Te^{UT}}{(V-b)}\] \[(C_2 + \frac{C_4}{3(V-b)^2})\] (25)

dimana, \(U = k/T_c\) dari \((\frac{\partial V}{\partial T})_P\) didapatkan dari persamaan (3.1)

3.10. Entropi campuran untuk kondisi jenuh.

Entropi dari campuran cairan pada keadaan jenuh dihitung dari entropi campuran uap jenuh dan enthalpi penguapan melalui persamaan,

\[S_{\ell m} = S_{vm} - H_{fg}/T_{av}\] (26)

di mana \(T_{av}\)adalah temperatur rata-rata dari titik didih dan titik embun.

Untuk fasa uap jenuh, persamaan entropi dapat dijabarkan dari persamaan dasar

\[dS = C_{v} \left( \frac{dT}{T} \right)_{V} + \left( \frac{\partial P}{\partial T} \right)_{V} \left( dV \right)_{T}\] (27)

dengan cara serupa seperti penurunan enthalpi, didapat

\[S_{\text{Um}} = X_{1}(AE_{1} \ln (T) - \frac{BE_{1}}{2T^{2}} + CE_{1}T + DE_{1} \frac{T^{2}}{2}) + X_{2}(AE_{2} \ln (T) + BE_{2}T + CE_{2}\frac{T^{2}}{2} + DE_{2}\frac{T^{3}}{3}) + R \ln(V-b) - \frac{B_{2}}{(V-b)} - \frac{B_{3}}{2(V-b)^{2}} - \frac{B_{4}}{3(V-b)^{3}} - \frac{Ue^{UT}}{(V-b)} (C_{2} + \frac{C_{4}}{3(V-b)^{2}} + \sqrt{YY})\] (28)

YY tergantung pada pemilihan tingkat keadaan acuan.

4. PENERAPAN PERSAMAAN TINGKAT KE-ADAAN

Persamaan tingkat keadaan yang dijabarkan dan dibahas dalam bagian terdahulu cukup lengkap untuk dapat dijadikan dasar dalam perhitungan dan perencanaan sistem pendingin siklus kompresi uap. Dalam makalah mendatang perhitungan tersebut akan dilakukan dan hasil-hasil yang penting, terutama yang berkaitan dengan pengaruh dari pencampuran refrigeran terhadap performansi sistem pendingin akan dibahas.

Untuk tujuan menyederhanakan perhitungan dan memberikan gambaran yang lebih kuantitatif dari refrigeran campuran, dalam Tabel 4 sampai dengan Tabel 9 ditunjukkan beberapa sifat termodinamika yang penting dari R-12 dan R-22. Tabel tersebut adalah hasil komputasi persamaan-per-

Gambar 3.2. Diagram temperatur-konsentrasi campuran R-22 dan R-12 untuk tekanan 39, 8182 Psia.

samaan yang dibahas dalam bagian 3. Harga-enthalpi dalam Tabel-tabel tersebut didasarkan pada temperatur acuan -40°F. Indeks D dan B dalam kolom tekanan adalah menyatakan masing-masing pengembunan dan pendidihan.

Kolom komposisi kesetimbangan uap menyatakan fraksi mol dari R-22 dalam campuran pada fasa uapnya.

Gambar 3.3. Diagram temperatur-konsentrasi campuran R-22 dan R-12 untuk tekanan 1,0 kg/cm²

5. KESIMPULAN

Dalam tulisan ini telah dijabarkan dan dibahas persamaan tingkat keadaan dari refrigeran campuran terutama campuran R-12 dan R-22. Persamaan tingkat keadaan yang dijabarkan dalam bentuk persamaan aljabar dihitung secara kuantitatif dan ditunjukkan dalam bentuk tabel untuk beberapa kondisi campuran.

Penerapan persamaan akan dibahas dalam makalah yang akan datang, dimana akan dikaji juga secara eksperimental sistem pendingin dengan menggunakan refrigeran campuran tersebut.