Siklus refrijerasi cascade

Contoh penggambaran dari siklus refrijerasi cascade (sumber : www.learnthermo.com)

Dalam siklus refrijerasi cascade ini, memiliki ciri diantaranya memiliki dua kompressor, yakni high-stage compressor dan low-stage compressor yang dihubungkan secara seri dalam suatu sistem ; dua buah kompressor yang digerakkan oleh penggerak yang sama ; terdapat alat penukar kalor dalam sistem ; dan merupakan kombinasi dari dua sistem refrijerasi. Siklus refrijerasi cascade biasa dibuat untuk kondisi refrigerasi dengan temperatur yang rendah dan sekaligus dalam rentang temperatur yang lebar. Dimana hal ini berarti siklus harus bekerja dengan beda tekanan yang besar.

Kompressor pertama atau dapat disebut kompressor tingkat rendah berfungsi untuk menekan refrijeran lalu mencampurkan refrijeran yang berasal dari intercooler.

Pada sistem ini, pada alat penukar kalor atau dapat disebut heat-exchanger, energi yan dibuang selama kondensasi refrijeran di siklus pertama dengan temperatur yang lebih rendah digunakan untuk menguapkan refrijeran pada siklus kedua. Efek refrijerasi terjadi pada evaporator dan pelepasan kalor terjadi pada kondenser. Siklus refrijerasi cascade tidak hanya terbatas pada gabungan dari dua siklus saja. Koefisien kinerja dari refrijerasi cascade dituliskan sebagai berikut : 

Contoh soal : 

            Sumber : Termodinamika Teknik Jilid 2, Michael J. Moran

10.27                    Sebuah sistem refrijerasi kompresi-uap dioperasikan dengan rangkaian gandeng seperti gambar berikut :

Refrijeran 22 adalah fluida kerjanya dalam siklus temperatur tinggi dan refrijeran 134a digunakan dalam siklus bertemperatur rendah. Untuk siklus dengan refrijeran 134a, fluida kerja memasuki kompressor sebagai uap jenuh pada -30^o F dan dikompresi secara isentropik hingga 50 lbf/in². Cairan jenuh meninggalkan alat penukar kalor perantara pada 50 lbf/in².dan memasuki katup ekspansi. Untuk siklus dengan refrijeran 22, fluida kerja memasuki kompressor sebagai uap jenuh pada 5^o F diawah temperatur kondensasi dari refrijeran 134a dalam alat penukar kalor. R22 dikompresi secara isentropik hingga 250 lbf/in². Cairan jenuh masuk katup ekspansi pada 250 lbf/in². Kapasitas refrijerasi 20 ton.

a.       Masukan daya tiap kompresor?

Dalam perhitungan m dari r134 dan r22 digunakan pemanfaatan dari nilai Q_in yang telah diketahui untuk mencari massa refrijeran. Hingga dilanjutkan ke perhitungan daya. Disini dilakukan perhitungan terpisah untuk r134a dan r22

Nilai h dan s untuk setiap kondisi (1-8) didapatkan dari tabel properties,

b.       Koefisien kinerja keseluruhan sistem cascade

10.32                    Sebuah siklus refrijerasi kompresi uap dimodifikasi untuk memakai alat penukar kalor berlawanan arah menjadi tanpa kompresor bawah dan expansion valve atas. R134a meninggalkan evaporator sebagai uap jenuh pada 1.4 bar dan dipanaskan hingga 20^o sebelum masuk kompresor. Setelah masuk kompresi isentropik sampai 12 bar, refrijeran mengalir melalui kondenser dan keluar pada 44^oC,12 bar. Cairan kemudian mengalir melewati alat penukar kalor dan memasuki katup ekspansi pada 12 bar. Jika laju refrijerasi 6 kg/min tentukan :

a.       Kapasitas refrijeran

Nilai h dan s untuk setiap kondisi (1-8) didapatkan dari tabel properties

b.       Masukan daya ke kompresor