MODUL 4

PH CHART AND REFRIGERATION CYCLE

6.7. Control of Refrigeration Capacity

6.7.4. Excessive condensing pressure
Rajah 6.7.1 menunjukkan kitaran lengkap yang mana tekanan penyingkiran ialah di atas
tahap normal.
Situasi ini disebabkan oleh:
(In case of air cooled type)

 Short circuit air flow
 High ambient temperature
 Insufficient air flow
(In case of water cooled type)
 Dirty or partially blocked condenser
 Air or no condensable gases in system
Jadual 2.4 menunjukkan fenomena dan masalah-masalah yang berlaku apabila tekanan
penyingkiran di atas paras normal.
Misalnya sistem menggunakan ‘expansion valve’ berlebihan cas bahan pendingin,
situasi berikut akan terjadi. Walaupun demikian isipadu subdingin dapat di lihat pada
jadual 2.5

Rajah 6.7.1: Kitaran penyejukan tekanan penyingkiran ialah di atas paras normal.

BKT MARA 92 GSP20062

PH CHART AND REFRIGERATION CYCLE

6.7.5. Insufficient Refrigerant circulation
Pengaliran bahan pendingin boleh dikategori kepada 2 bahagian.
1). Isipadu bahan pendingin dalam sistem tidak mencukupi.
Rajah 6.7.2 menunjukkan kitaran tekanan evaporator di bawah paras tekanan normal
disebabkan kandungan bahan pendingin yang tidak cukup.
Keadaan ini mungkin disebabkan.

 Undercharged of refrigerant
 Refrigerant leakage
2). Isipadu bahan pendingin memasuki peranti permeteran tidak mencukupi.
Jadual 2.6 menunjukkan fenomena dan masalah-masalah yang berlaku apabila tekanan
penyejat di bawah paras normal.
Keadaan ini mungkin disebabkan.
 Chocked filter, drier or metering devices
 Faulty metering device
BKT MARA 93 GSP20062

PH CHART AND REFRIGERATION CYCLE
Jadual 2.7 menunjukkan fenomena dan masalah-masalah yang berlaku apabila kapasiti
bahan pendingin tidak mencukupi.

Rajah 6.7.2: Kitaran tekanan evaporator di bawah paras tekanan normal

BKT MARA 94 GSP20062

PH CHART AND REFRIGERATION CYCLE

Rajah 6.7.3: Kitaran tekanan evaporator di bawah paras tekanan normal

6.7.6. Excessive Refrigerant circulation
Pengaliran bahan pendingin boleh dikategori kepada 2 bahagian.
1). Unit menggunakan expansion valve sebagai peranti permeteran.
Rajah 6.7.2 menunjukkan kitaran tekanan evaporator di atas paras tekanan normal
kerana pengaliran bahan pendingin berlebihan melalui expansion valve atau kapilari
tiub.
Keadaan ini mungkin disebabkan.

 Improper expansion valve adjustment
 Poor installation of feeler bulb
Jadual 2.8 menunjukkan fenomena dan masalah-masalah yang berlaku apabila bahan
pendingin berlebihan di dalam sistem yang menggunakan expansion valve.
2). Unit menggunaan capillary tube
Jadual 2.9 menunjukkan fenomena dan masalah-masalah yang berlaku apabila bahan
pendingin berlebihan di dalam sistem yang menggunakan capillary tube.

BKT MARA 95 GSP20062

PH CHART AND REFRIGERATION CYCLE

Rajah 6.7.4: Kitaran tekanan evaporator di atas paras tekanan normal

BKT MARA 96 GSP20062

PH CHART AND REFRIGERATION CYCLE

6.7.7. Excessive cooling load
Rajah 6.7.4 menunjukkan kitaran tekanan evaporator di atas paras tekanan normal
disebabkan beban penyejukan berlebihan.
Keadaan ini mungkin disebabkan.

 Heavy load conditions
 Wrong selection of units.

Rajah 6.7.5: kitaran tekanan kondenser di bawah paras tekanan normal
ketika tekanan evaporator di atas paras normal.

BKT MARA 97 GSP20062

PH CHART AND REFRIGERATION CYCLE

6.7.8. Abnormal compression system
Rajah 6.7.5 menunjukkan kitaran tekanan kondenser di bawah paras tekanan normal
ketika tekanan evaporator di atas paras normal.
Keadaan ini mungkin berlaku disebabkan compressor tidak mencukupi. (Suction or
discharge valve)
Jadual 2.12 menunjukkan fenomena dan masalah yang disebabkan operasi mampatan
yang tidak mencukupi.

6.8. Rating the refrigeration system

Untuk lebih memahami ‘Rating the refrigeration cycle’, contoh gambarajah tekanan,
entalpi dan pengiraan akan membantu pelatih memahami dengan baik dan berkesan.
6.8.1. Suhu dan Tekanan pada pelbagai titik.
Daripada Rajah 11.11, ambil satu titik tekanan rendah iaitu 4 kg/cm2 abs. Dengan
membuat satu garisan lurus yang mendatar arah ke kanan melalui garisan cecair tepu,
kita dapati bacaan suhu -10ºC. Bacaan suhu ini sama dengan bacaan suhu bagi garisan
wap tepu. Selepas itu ambil satu titik tekanan tinggi pada bacaan 21 kg/cm2 abs.
Dengan membuat garisan lurus mendatar arah ke kanan, kita dapati bacaan suhu 58ºC
pada garisan cecair tepu dan wap tepu. Kedua-dua garisan ini adalah sebahagian
daripada plot kitar penyejukan dalam gambar rajah tekanan dan entalpi.

BKT MARA 98 GSP20062

PH CHART AND REFRIGERATION CYCLE

Saturated Liquid Line

Sub
Cooled
Liquid
Region

Super
Heated
Vapor
Region

Moisture Vapor
Region

6.8.2. Darjah Haba Lampau dan Subdingin.

Darjah haba lampau bagi sesebuah sistem yang baik ialah 3ºC hingga 10ºC, begitu juga
dengan darjah subdingin. Daripada keterangan dalam Rajah 11.11, kita anggapkan
darjah haba lampau dan subdingin bagi tekanan rendah 4 kg/cm2 abs dan tekanan tinggi
21 kg/cm2 abs ialah 58ºC. Untuk mendapatkan plot subdingin -10ºC, plot tekanan tinggi
di garisan cecair tepu hendaklah dipanjangkan ke kiri sehingga garisan atau titik bacaan
suhu 10ºC (julat suhu 10º, iaitu 8ºC hingga -2ºC). Untuk mendapatkan plot haba lampau
10º, garisan tekanan rendah hendaklah dipanjangkan ke kanan sehingga garisan suhu -
2ºC (julat suhu 10º, iaitu -30ºC hingga -20ºC)
Perhatikan plot subdingin dan haba lampau itu dalam Rajah 6.8.2 berikut:

BKT MARA 99 GSP20062

PH CHART AND REFRIGERATION CYCLE

21 kg/cm2 abs SC
4 kg/cm2 abs

SH

i3,i4 = 97 kcal/kg i i1= 148 kcal/kg 2 = 161kcal/kg

6.8.3. Berat bahan pendingin yang diedarkan dalam sistem

Untuk mendapatkan berat bahan pendingin yang diedarkan dalam sistem penyejukan
melalui gambarajah tekanan dan entalpi adalah sukar. Tetapi ia boleh dikira dengan
menggunakan formula berikut :

Berat bahan pendingin (m) = 210 (m)
Kesan penyejukan (q)

Dengan,

Kesan penyejukan (q) = Jumlah haba yang diserap didalam penyejat.
210 = Jumlah haba bagi 1 tan penyejukan bagi setiap minit dalam

kJ/kg.

a). peredaran berat bahan pendingin

m = [210kcal/hr / (i1 -i3)]
= 210kcal/hr / 13 kcal/kg
= 16.15 kg/hr

BKT MARA 100 GSP20062

PH CHART AND REFRIGERATION CYCLE

b). To find the theoretical horsepower,

* 1hp = 632.32 kcal/hr

hp = Aw· m
= 40.613 kcal/kg x 5.17 kg/hr
= 210 kcal/hr

Therefore, = 210 kcal/hr / 632.32 kcal/hr
= 3 hp

6.8.4. Isipadu yang dianjak oleh Pemampat

Isipadu yang dianjak oleh Pemampat dapat diketahui daripada gambarajah tekanan dan
entalpi iaitu dengan merujuk garisan isipadu tentu pada titik C atau Cı (isipadu tekanan
rendah) dan pada titik D atau Dı (isipadu tekanan tinggi). Daripada gambarajah tekanan
dan entalpi R12 pada bacaan tekanan 4 bar dan 1 bar seperti dalam Rajah 11.18,
didapati bacaan isipadu tekanan rendah ialah 0.16 ³/kg dan bacaan isipadu tekanan
tinggi ialah 0.06 m³/kg. Lihat Rajah 11.19.

6.8.5. Haba Mampatan (Aw)

Aw

Pertukaran dalam keadaan bahan pendingin semasa proses mampatan;i.e. kenaikan
entalpi dilakukan dengan menambahkan kerja mampatan motor elektrik seperti kapasiti
kalorifik disebabkan mampatan adiabatic, dalam kata lain tiada haba memasuki atau
dihasilkan daripada bahan pendingin semasa proses mampatan.Jika isipadu kerja [kgf
m/h] diperlukan untuk mampatan per unit masa ditukarkan kepada kapasiti
kalorifik,didarabkan dengan factor dikenali sebagai termal setara kerja,

Aw= i2 - i1

Contoh 2:

Compression Heat (Aw) = i2 – i1

= 161kcal/kg - 148 kcal/kg

= 13 kcal/kg

Rumus,1 kcal/kg = 0.2389 kcal/kJ

a). Convert kcal/kg to kJ/kg
Aw = 13 kcal/kg ÷ 0.2389 kcal/kg
Aw = 13 kcal/kg x 0.2389 kg/kcal
Aw = 3.106 kJ/kg

b). Convert kJ/kg to Btu/kg

Solution:
= 3.106 kJ/kg x 0.9480 Btu/kJ
= 2.944 Btu/kg

BKT MARA 101 GSP20062

PH CHART AND REFRIGERATION CYCLE

c). Convert Btu/kg to Btu/lb

Solution:
= 2.944 Btu/kg ÷ 0.4536 lb/kg
= 41.72 Btu/kg x kg /0.4536 lb
= 1.36 Btu/lb

A = 1/427 [kcal/kgf.m] juga didapati melalui perbezaan entalpi apabila isipadu kerja
ditukarkan kepada kapasiti kalorifik dengan melukiskan kitar pendinginan pada carta
Mollier.Kapasiti kalorifik yang diperoleh adalah isipadu kerja motor yang diperlukan
untuk memampat 1kg bahan pendingin sebagai tenaga haba.

Haba mampatan dapat dihitung dengan menolak haba pada titik D dengan haba pada
titik C. Haba mampatan ialah jumlah haba yang sebenarnya dimampatkan pada
pemampat. Contoh 1; Dengan melihat gambarajah 11.18, kita dapat dapati bacaan pada
titik D ialah 365 kJ/kg dan bacaan pada titik C ialah 336 kJ/kg. Oleh itu haba mampatan
ialah 365-336 = 29 kJ/kg.

Sekiranya sesebuah sistem itu dianggapkan mempunyai haba lampau (sebenarnya haba
lampau tetap ada pada semua sistem). Maka titik penentuan untuk mendapatkan
bacaan haba pada tekanan rendah berubah titik C.

6.8.6. Penyingkiran Haba (qc)

qc

Kapasiti kalorifik diekstrak semasa proses kondensasi dikenali sebagai beban
penyingkiran haba yang memperoleh perbezaan antara entalpi bahan pendingin
nyahcas oleh pemampat dan bahan pendingin memasuki injap pengembangan.

qc = i2 – i3 @ i2 – i4

Tambahan lagi,ia diperoleh melalui hasil tambah kesan pendinginan (q) dan termal
setara (Aw) kerja mampatan.Dalam hal ini,pertukaran haba bahan pendingin adalah
seimbang.

qc = q + Aw

Example:
qc = i2 – i3
Aw = 161kcal/kg - 97 kJ/kg
Aw = 64 kcal/kg

Penyingkiran haba ialah jumlah sebenar haba yang disingkirkan didalam pemeluwap
(condensor). Dari segi teknologi, haba yang disingkirkan lebih banyak daripada haba
yang diserap didalam penyejat (evaporator). Jumlah haba yang disingkirkan dapat
diketahui daripada gambarajah tekanan dan entalpi R12 untuk bacaan tekanan 4 bar
dan 1 bar, berdasarkan soalan diatas.

BKT MARA 102 GSP20062

PH CHART AND REFRIGERATION CYCLE

Daripada Rajah 11.18, cari jumlah haba yang disingkirkan. Jumlah haba yang
disingkirkan didalam pemeluwap (condensor) ialah bacaan haba pada titik D ditolak
dengan bacaan haba pada titik AB. Ini bermakna 365 - 210 = 155 kJ/kg. Jumlah ini
adalah jumlah sebenar haba yang disingkirkan didalam pemeluwap (condensor). Untuk
mengetahui jumlah haba pendam yang disingkirkan didalam pemeluwap (condensor),
tolakkan bacaan haba pada titik E dengan bacaan haba titik AB, iaitu 350 - 210 = 140
kJ/kg. Jumlah haba deria yang disingkirkan pula ialah bacaan haba pada titik D ditolak
dengan bacaan haba pada titik E, iaitu 365 - 350 = 15 kJ/kg.
Oleh itu, jumlah haba yang disingkirkan didlam pemeluwap (condensor) ialah jumlah
haba pendam yang disingkirkan campur jumlah haba deria yang disingkirkan iaitu 140 +
15 = 155 kJ/kg.

6.8.7. Kesan Penyejukan (q)

Cecair pendinginan memasuki alat bahan di hadapan lingkaran penyejat mempunyai
entalpi tertentu, bergantung pada suhu kemasukannya ke dalam lingkaran.Wap
meninggalkan penyejat turut mempunyai entalpi yang diberikan bergantung pada

suhunya.Perbezaan antara jumlah kedua-dua kandungan haba ini adalah jumlah kerja
yang dilakukan bagi setiap kilogram bahan pendingin setelah ia melalui penyejat dan
menyerap haba.Jumlah haba yang diserap bagi setiap kilogram bahan pendingin
dikenali sebagai “kesan pendinginan” sistem.

Maka,jika i1,13 dan i4 mewakili entalpi wap bahan pendingin meninggalkan
penyejat,entalpi cecair yang sampai ke alat bermeter ,entalpi sebatian wap-cecair
memasuki penyejat masing-masing dan kesan pendinginan adalah seperti berikut:

q= i1 - 13, = i1 - i4

Example:
q = i1 - 13
q = 148kcal/kg - 97 kcal/kg
q = 51 kcal/kg

b). Convert kcal/kg to Joule/kg

Solution:

= 51 kcal/kg x 1000J/kJ
= 51000J/kg

c). Convert Joule/kg to kJ/kg

Solution:

= 51000J/kgx 1kJ / 1000J 1kJ = 1000 J
= 51kJ/kg

BKT MARA 103 GSP20062

PH CHART AND REFRIGERATION CYCLE

d). Convert kJ/kg to Btu/kg
Solution:
= 51 kJ/kg x 0.9480Btu/kJ
= 48.35 Btu/kg

e). Convert Btu/kg to Btu/lb *1kg = 0.4536lb

Solution:

Btu/lb = 48.35 Btu/kg x 1kg/0.4536lb
= 106.59 Btu/lb

Boleh dikatakan bahawa operasi pendinginan yang mempunyai kesan pendinginan yang
besar adalah lebih baik selagi pemampat yang sama digunakan.

Contohnya:

Rajah 11.18, bacaan haba pada titik C ialah 336 kJ/kg dan bacaan haba pada titik B
ialah 210 kJ/kg. Untuk mendapatkan kesan penyejukan, tolakkan C dengan B iaitu 336 –

210 = 126 kJ/kg. Oleh itu kesan penyejukan atau jumlah yang diserap didlam penyejat

(evaporator) ialah 126 kJ/kg.

6.8.8 Koefisien Pelaksanaan Keupayaan (C.O.P)

Koefisien pelaksanaan nenunjukkan betapa banyak kapasiti pendinginan diperoleh per
input motor (termal setara kerja).Perbandingan antara serapan haba penyejatan semasa
proses penyejatan dengan kapasiti kalorifik (Aw) yang diperlukan semasa pendinginan
adalah sebanyak termal setara kerja yang dikenali sebagai koefisien
pelaksanaan.Semakin besar koefisien pelaksanaan,semakin tinggi keberkesanan
operasi diperoleh.Ini bermakna penjimatan tenaga operasi adalah mungkin.

C.O.P = i1 – i4
i2 – i1

148 kcal/kg – 97 kcal/kg
C.O.P = 161 kcal/kg – 148 kcal/kg

51 kcal/kg = 3.92
C.O.P = 13 kcal/kg

BKT MARA 104 GSP20062

PH CHART AND REFRIGERATION CYCLE

6.8.9. Compression ratio

Nisbah tekanan sedutan mutlak kepada tekanan nyahcas mutlak dikenali sebagai
nisbah mampatan.

Absolute discharge pressure
R = Absolute suction pressure

21
R = 4.0

= 5.25

Di mana,

R = Nisbah mampatan (Compression ratio)

6.8.10. Peratus Gas Kilat (flash gas)

Gas kilat terhasil daripada perubahan secara spontan cecair bahan pendingin kepada
gas semasa melalui peranti pemeteran (matering device). Perubahan ini memberi kesan
kepada suhu didalam penyejat (evaporator). Gas kilat boleh mengurangkan keupayaan
injab (valve) didalam pemampat (compressor). Jumlah gas kilat bergantung kepada
suhu bahan pendingin (refrigerant) didalam saluran cecair (liquid line) dan tekanan
didalam penyejat (evaporator)

Kadar gas kilat boleh dikurangkan dengan merapatkan saluran cecair (liquid line)
kepada saluran sedutan (suction line) melalui penukar haba (heat exchanger). Dengan
penyejukan sedikit saluran cecair (liquid line) sebelum cecair masuk ke dalam peranti
permeteran (matering device), gas kilat dapat dikurangkan. Disamping itu, kadar
penyerapan haba didalam penyejat (evaporator) dapat ditingkatkan dan kesemua gas
bahan pendingin (refrigerant) dapat dipastikan masuk ke dalam pemampat
(compressor).

Peratus gas kilat bagi sesebuah sistem dianggarkan terjadi lebih kurang 16 % daripada
jumlah bahan pendingin (refrigerant) yang mengalir masuk ke dalam peranti pemeteran
(matering device). Oleh itu hanya 84 % sahaja cecair yang akan masuk kedalam
penyejat (evaporator) dan seterusnya menyerap haba.

Untuk lebih memahami Gambarajah tekanan dan entalpi dengan baik dan berkesan ikuti
Contoh yang diberikan dalam kertas penerangan ini dari mula sampai akhir.

BKT MARA 105 GSP20062

PH CHART AND REFRIGERATION CYCLE

LATIHAN TUTORIAL & TUGASAN

1. Apakah yang dikatakan gambarajah tekanan dan entalpi dalam konteks
termodinamik ?

2. Bagaimanakah cara untuk mengira subdingin (subcooled) dan haba lampau
(superheated) dalam sebuah kitar penyejukan (refrigeration cycle)?

3. Sebuah sistem penyejukan berfungsi pada tekanan rendah 1 bar dan tekanan
tinggi 2 bar. Dengan menganggapkan bahawa haba lampau 10º dan dengan
menggunakan gambarajah tekanan dan entalpi bagi R22, jawab solan berikut :

a. Plotkan kitar penyejukan tersebut.
b. Kira suhu tekanan rendah dan tekanan tinggi
c. Kira kesan penyejukan
d. Kira haba yang disingkirkan didalam pemeluwap

4. Sebuah sistem menggunakan bahan pendingin R22 dan berfungsi pada suhu
10ºC di bahagian tekanan rendah dan 20ºC di bahagian tekanan tinggi. Dengan
menggunakan gambarajah tekanan dan entalpi R22, plotkan kitar penyejukan
sistem tersebut dan kira :

a. Tekanan tinggi dan rendah sistem tersebut
b. Haba yang dimampatkan didalam pemampat (compressor)
c. Isipadu tekanan rendah dan tinggi
d. Berat bahan pendingin yang digunakan oleh sistem

5. Tekanan rendah 1 bar dan tekanan tinggi 3 bar adalah 2 tekanan yang terdapat
dalam sistem yang menggunakan bahan pendingin R502 semasa beroperasi.
Dengan menggunakan gambarajah tekanan dan entalpi R502, jawab soalan
berikut.

a. Plotkan kitar penyejukan
b. Kira kesan penyejukan dan jumlah berat bahan pendingin
c. Kira jumlah haba yang disingkirkan didalam pemeluwap.

RUJUKAN MARA – edisi 1

 Nota Engineering science 1, Unit Kurikulum, Bahagian Kemahiran
– 2001 Sept 01.

 Dunham Bush Intelligent Air conditioning system.

BKT MARA 106 GSP20062