Universitas Mercu Buana 6

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Penyegaran Udara Peningkatan polusi udara dan semakin menipisnya lapisan ozon secara signifikan, menimbulkan ketidaknyaman terhadap keadaan udara dan temperature sekitar, sehinnga menuntut manusia untuk beralih pada sistem penyegaran udara alami menuju sistem penyegaran udara buatan seperti Air Conditioning (AC). Sistem ini sungguh sangat mebantu manusia dalam memenuhi kebutuhan kenyamanan terhadap udara. Sistem penyegaran udara adalah suatu proses sistem yang mampu mendinginkan atau mengkondisikan udara sehingga dapat mencapai temperatur dan kelembaban yang sesuai dengan yang dipersyaratkan terhadap kondisi udara dari suatu ruangan tertentu. Selain itu sistem penyegar udara juga mampu mengatur aliran udara dan kebersihanya Prinsip Sistem Penyegaran Udara Hukum Termodinamika I Hukum termodinamika pertama berbunyi bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak 6

2 dapat dimusnahkan, energi hanya dapat diubah kedalam bentuk lain. Berdasarkan pernyatan tersebut terbukti bahwa kalor (Q) yang diserap sistem tidak akan hilang, oleh sistem kalor akan diubah menjadi uasahaluar (W) dan atau penambahan energi dalam. Hukum Termodinamika II Hukum termodinamika II membatasi perubahan energi mana yang dapat terjadi dan tidak dapat terjadi, sebagai mana hukum tersebut berbunyi bahwa kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke beda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan pada arah kebalikannya. Q1 = E + Q2 (Joule)...(Persamaan 2.1) Q1 = Kalor Temperatur Tinggi E = Usaha / Energi Q2 = Kalor Temperatur Rendah Entalpi dan Entropi Entalpi adalah energi kalor yang dimiliki oleh suatu zat pada suatu temperatur tertentu atau jumlah energi dari suatu sistem termodinamika. Entalpi terdiri dari energi dalam sistem, termasuk satu dari lima potensial termodinamika dan fungsi keadaan, juga volum dan tekanannya. Total entalpi (H) tidak dapat diukur langsung, hanya perubahannya yang dapat dinilai. Entalpi merupakan potensial termodinamika yang mana nilai dari entalpi bersifat postif 7

3 untuk sistem endoterm dan negatif untuk eksoterm. Untuk proses denga tekanan konstan perubahan entalpi sama dengan perubahan energi dalam sistem ditambah kerja yang dilakukan sistem pada lingkungan. Pada sisstem homogen entalpi dapat didefnisikan sebagai: H = U + PV (J/Kg)...(Persamaan 2.2) H= Entalpi sistem (joule) U= Energi dalam (joule) P= Tekanan dalam sistem (Pa) V= Volume (m 3 ) Entropi adalah salah satu besaran termodinamika yang mengukur energi dalam sistem per satuan temeperatur yang dapat digunakan untuk melakukan usaha. Manifestasi dari entropi adalah (mengikuti hukum termodinamika), entropi dari suatu sistem tertutup selalu naik dan pada kondisi transfer panas, energi berpindah dari komponen yang bersuhu tinggi ke komponen yang bersuhu rendah. Entropi suatu sistem perlu diukur untuk menentukan bahwa energi tidak dapat dipakai untuk melakukan usaha pada proses-prose termodinamika. Proses-proses ini hanya dapat dilakukan oleh energi yang sudah diubah bentuknya dan ketika energi diubah menjadi kerja maka secara teoritis mempunyai efesiensi maksimum tertentu. Selama kerja inilah entropi akan terkumpul pada sistem dan terdisipasi dalam bentuk panas buangan. Entropi memiliki dimensi energi dibagi temperatur yang memiliki satuan joule per kelvin. Dapat ditulis dalam notasi sebagai berikut: 8

4 Entropi = W / T (J/K)...(Persamaan 2.3) W = Energi (joule) T = Temperatur (K) Prinsip sistem peenyegaran udarapun didasari oleh pada hukum-hukum tersebut terutama hukum termodinamika, dimana panas Q1 yang dikeluarkan dari siklus temperatur tinggi sama dengan jumlah panas Q2 yang dikeluarkan pada temperatur rendah dengan kerja E. Dalam persamaan ditulis sebagai berikut: Q1 = Q_2+ E...(Joule) (Persamaan 2.4) Input energi diperlukan untuk mengangkat panas Q2 dari temperatur rendah ke temperatur tinggi yang membutuhkan energi mekanik Faktor Pemilihan Sistem Penyegaran Udara Secara umum sasaran dari penyegaran udara adalah supaya temperature, kelembaban, kebersihan dan distribusi udara dalam ruangan dapat dipertahankan pada tingkat keadaan yang diinginkan. Berikut beberapa faktor yang harus dipertimbangkan dalam proses pemilihan system penyegaran udara. 9

5 2.1.3.a Faktor Kenyamanan Kenyamanan Dalam Penyegara Udara Teori Frugge (1905) manusia dapat diibaratkan sebagai motor bakar, dimana manusia mengeluarkan panas yang dihasilkan dari kerja yang dilakukannya. Apabila panas tidak dapat dikeluarkan dari tubuh manusia karena faktor temperatur dan kondisi udara sekeliling yang tidak memungkinkan hal tersebut terjadi degan baik, maka manusia akan merasakan keadaann yang tidak nyaman dan tidak menyenangkan. Pada dasarnya prinsip pendinginan dan penyegaran ruangan berpedoman pada kondisi di bawah ini: Tabel 2.1 Kelembaban Relatif Ruangan Temperature 0C % Kelembaban Realtif Jenis Ruangan Tempat tinggal biasa Tempat tinggal mewah atau ruangan yang dikenai panas radiasi. Sumber : Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara Kenyamanan pada ruang pada umumnya ditentukan oleh beberapa parameter tersebut di bawah ini: a. Temperatur bola kering dan tempertur bola basah dari udara b. Temperatur radiasi rata-rata c. Aliran udara 10

6 d. Kebersihan udara e. Bau f. Kualitas ventilasi g. Tingkat kebisingan Perlu diperhatian bahwa perbedaan atau kecepatan perubahan temperatur yang terjadi besar pengaruhnya terhadap kenyamanan bagi orang yang berada di dalamnya. Perbedaan temperatur udara luar dan temperatur udara dalam ruangan yang diinginkan sebaiknya tidak lebih dari 7 o C b Faktor Ekonomi Faktor ekonomi disini dipertimbangkan dalam proses pemasangan, operasi dan perawatan serta sistem penyegaran udara yang digunakan. Faktor ekonomi tersebut antara lain: a. Biaya awal (investasi) b. Biaya operasi dan perawatan (biaya tetap) yang paling baik adalah sistem yang dapat beroperasi dengan biaya total yang serendah-rendahnya. 11

7 2.1.3.c. Faktor Operasi dan Perawatan Faktor pertimbangan operasi dan perawatan meliputi: a. Konstruksi sederhana b. Tahan lama c. Mudah direparasi jika terjadi kerusakan d. Mudah dicapai e. Mudah perawatannya f. Dapat melayani perubahan kondisi operasi g. Efisiensi tinggi 2.2 Penggolongan Sistem Penyegaran Udara Jenis yang mendasari sistem penyegaran udara adalah sistem penyegaran udara sentral. Untuk menjamin pengaturan penyegaran udara ruangan yang teliti, maka sesuai dengan kemajuan teknologi penyegaran udara yang telah dicapai sampai saat ini dapat dikembangkan beberapa sistem terutama yang menyangkut perkembangan elemen pendingin. Sistem penyegaran udara yang banyak dipakai saat ini adalah sebagai berikut: 1. Sistem udara penuh a. Saluran tunggal 12

8 b. Saluran ganda 2. Sistem air-udara a. Pipa b. Unit c. Panel udara 3. Sistem air penuh a. Unit kipas udara 4. Sistem penyegar udara tunggal a. Penyegar udara jenis paket b. Penyegar udara ruangan 2.3. Aplikasi Sistem Penyegaran Udara pada Gedung Dalam pemilihan sistem penyegaran udara pada gedung hendaknya tetap mengacu pada kebutuhan yang diperlukan sesuai dengan karakteristik dari jenis gedung tersebut. Berikut beberpa penerapan aplikasi penyegaran udara pada gedung-gedung Gedung Kantor Untuk penyegaran udara gedung kantor sebaiknya pembagian daerah dilakukan berdasarkan titik-titik kardinal, lama kegiatan, adanya ruang khusus seperti ruang 13

9 pertemuan dan sebagainya. Untuk gedung kecil dimana daerah parameter dan daerah interior tidak dapat dibedakan lagi dan daerah parameter gedung besar menggunakan sistem saluran tunggal dengan volume udara yang variabel dengan induksi atau unit koil kipas udara. Untuk gedung besar interiornya menggunakan sistem saluran udara tunggal dengan volume udara konstan Hotel Untuk ruang tamu sebaiknya menggunakan sistem penyegar udara dengan pengaturan temperatur dan kelembaban, disini dapat digunakan sistem air udara dengan unit koil kipas udara atau unit induksi dimana volume udara primer merupakan jumlah yang diperlukan unruk memberikan ventilasi bagi kamar mandi dan closet. Untuk ruangan umum menggunakan saluran tunggal jenis sentral. Bagi hotel yang khusus digunakan untuk keperluan pekerjaan sebaiknya menggunakan sistem saluran udara tunggal untuk ruang tamu dan pemanas pada setiap saluran cabang ke setiap ruang tamu atau dapat menggunakan unit koil kipas udara jenis air penuh, pendinginan ruangan yang terpasang didinding atau pendingin ruangan jenis pompa kalor. Penggunaan sistem hotel hampir sama dengan sistem yang digunakan di rumah apartemen atau asrama, tentunya dengan mempertimbangkan ventilasi dapur. 14

10 2.3.3 Rumah Sakit Rumah sakit adalah jenis bangunan yang mempunyai banyak ruangan dengan berbagai fungsi yang berbeda dengan jenis bangunan yang lainnya dimana lingkungannya harus dijaga agar tetap bersih untuk mencegah penyebaran dan perkembangan biakan bakteri patogenik. - Untuk bangsal digunakan sistem penyegaran udara jenis air udara dengan unit koil kipas udara atau unit induksi. Di sini udara primer dimasukkan ke reuangan untuk ventilasi dan bekerja dengan sistem udara luar penuh. Saringan udara harus dirawat untuk mencegah penularan penyakit. - Pada ruang konsultasi digunakan sistem penyegaran jenis air udara dengan pengaturan terpisah satu sama lain. - Untuk ruang tunggu digunakan sistem sentral atau sistem unit paket. - Untuk ruang operasi, periksa dan radioskop digunakan sistem saluran tunggal dengan penyegaran udara yang terpisah. - Untuk ruang pengurus rumah sakit dan perawat dipakai seperti sistem udara ruang kantor Pusat Pertokoan Pada pusat pertokoan modern telah banyak beralih dari sistem dengan beberapa unit paket yang kemudian dewasa ini menggunakan sistem saluran udara tunggal jenis setral Gedung Bioskop, Gedung Pertemuan Umum dan Tempat Ibadah Untuk ruang penonton dan pengunjung sebaiknya menggunakan sistem udara tunggal 15

11 dimana udara dingin dimasukan ke dalam ruangan melalui langit-langit atau dinding samping ruangan sehingga udara keluar melalui lantai di bawah tempat duduk dan melalui bagian samping panggung. Untuk gedung dengan langit-langit tinggi aliran udara panas. Pemanasan sebaikanya dilakukan dengan memasukkan udara panas melalui panel pada lantai karena tarikan udara dingin dapat terjadi di panggung maka mesin penyegar udara yang digunakan harus dipasang dengan radiator pada dinding untuk mencegah jatuhnya udara dingin Industri Pada industri sistem penyegaran udara yang dipakai dibagi menjadi dua golongan yaitu: 1. Penyegar udara untuk karyawan 2. Penyegar udara untuk industri (proses produksi, penyimpanan, lingkungan kerja mesin dan sebagainya). Faktor terpenting dalam setiap sistem adalah faktor ekonomi, mutu produksi dan peningkatan produktifitas. 16

12 2.3.7 Tempat tinggal Sistem penyegaran udara yang dipakai di sini tergantung pada tingkat kegiatan keluarga,pekerjaan dan pendapatannya. a. Untuk rumah mewah dan besar digunakan sistem penyegaran udara saluran tunggal setral dengan sistem air penuh dengan koil kipas udara atau sistem unit paket. b. Untuk rumah pada umumnya, biasanya digunakan satu atau dua ruangan yang dilayani oleh pendingin ruangan. c. Untuk apartemen digunakan sama seperti rumah biasa atau menggunakan sistem saluran tunggal sentral atau sistem unit koil kipas udara. 2.4 Refrigrasi Dan Mesin Refrigerasi Secara umum proses refrigerasi berdasarkan pada Hukum Thermodinamika pertama, pana Q1 yang dikeluarkan dari siklus temperatur tinggi sama dengan jumlah panas Q2 yang dikeluarkan pada temperatur rendah dengan kerja E Siklus Refrigerasi Siklus Refrigrasi untuk mendinginkan maupun penyegaran udara yang banyak dipakai adalah siklus refrigerant kompresi uap dan siklus refrigerasi absorpsi. Berikut uraian tentang unit refrigerasi kompresi dan unit refrigerasi absorpsi yang banyak dipakai: A. Unit refrigerasi kompresi uap 1. Sistem ekspansi langsung 17

13 a. Gabungan dari refrigerasi dan unit pendingin udara. b. Penyegar udara paket. c. Penyegar udara ruangan. 2. Sistem ekspansi tak langsung a. Unit pendingin air b. Unit pendingin air secara sentrifugal. B. Unit refrigerasi absorpsi 1. Unit pendingin air absorpsi satu tingkat. 2. Unit pendingin air absorpsi dua tingkat. Gambar 2.1 Siklus Pendingin Udara Sumber : 18

14 Siklus pendigin pada gambar diiatas terdiri dari 4 (empat) proses yaitu: 1. Evaporasi, merupakan proses pertukaran panas udara ruangan dengan refrigerant. 2. Kompresi, memiliki dua fungsi yaitu pertama menghisap refrigeran dari evaporator dan menekannya ke kondensor dan kedua untuk meningkatkan tekanan refrigerant. 3. Kondensasi, memiliki dua fungsi yaitu membuang panas yang diambil refrigerant pada evaporator dan mengubah fase refrigeran dari uap menjadi cair. 4. Ekspansi, mengubah cairan refrigeran yang panas menjadi cairan yang dingin dengan menurunkan tekanannya Mesin Refrigerasi Mesin refrigrasi adalah sebuat mesin pendingin ataupun mesin penyegar udara yang mampu mengkondisikan urada sekitar sesuai dengan temperature dan kelembaban yang dikehendaki. Komponen utama mesin refriferasi meliputi Evaporator, Kompresor, Kondensor dan Katup Ekpansi. Berikut uraian mengenai komponen utama penyusun mesin refrigerant: a Evaporator Evaporator adalah alat penukar kalor dalam siklus refrigerant dimana berfungsi untuk mendinginkan media disekitarnya dengan cara menarik panas yang berada di dalamnya. Evaporatot dapat dibagi dalam beberapa golongan yaitu berdasarkan hal-hal berikut: 19

15 1. Keadaan refrigerant yang ada di dalamnya. Media yang akan didingikan dapat berupa media gas, cairan maupun benda padat. Karena itu evaporator dibagi dalam beberapa golongan sesuai dengan keadaan refrigerant yang ada di dalamnya sebagai berikut: a. Evaporator jenis ekspansi kering b. Evaporator jenis setengah basah 2. Berdasarkan Konstruksinya a. Evaporator Tabung dan Koil b. Finned Evaporator c. Plate Surface Evaporator d. Shell and Tube Evaporator (Evaporator Tabung dan Pipa) 3. Berdasarkan Cara Kerja a. Sistem Ekspansi Langsung b. Sistem Ekspansi Tidak Langsung b Kompresor Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menekan refrigeran sehingga refrigeran beredar dalam unit refrigerasi. Kompresor terdiri atas motor penggerak yang berfungsi untuk menggerakan kompresor itu sendiri. 20

16 Secara umum prinsip kerja kompresor sebagai beriku: - Selama langkah masuk katup inlet teruka untuk membiarkan uap refrigeran mengalir dari evapolator ke dalam silinder kompresor. - Selama periode kompresi katup inlet tertutup dan katup outlet terbuka untuk membiarkan uap refrigerant yang ditekan mengalir ke kondensor. Kompresor dapat dibagi dalam 2 (dua) jenis utama yaitu: 1. Kompresor positif Pada kompresor ini gas yang dihisap masuk kedalam silinder kemudian dikompresikan. 2. Kompresi non positif Pada kompresi ini gasyang dihisap masuk alirannya dipercepat oleh sebuah impeler yang kemudian mengubah energi kinetik untuk menaikan tekanan. Kompresor juga dapat digolongkan menjadi beberapa golongan yaitu: 1. Penggolongan berdasarkan metode kompresi: a. Metode kompresor positif b. Metode kompresor sentrifugal 2. Penggolongan menurut bentuk: a. Jenis vertical b. Jenis horizontal 21

17 c. Jenis silinder banyak (jenis V, jenis W dan jenis VV) 3. Penggolongan berdasarkan kecepatan putar: a. Jenis kecepatan rendah b. Jenis kecepatan tinggi 4. Penggolongan berdasarkan jenis refrigerant: a. Kompresor Amonia b. Kompresor Freon c. Kompresor CO2 5. Penggolongan menurut kontruksinya: a. Jenis terbuka b. Jenis semi hermetic c. Jenis hermetic Kompresor yang banyak digunakan pada waktu ini: 1. Kompresor Torak Kecepatan Tinggi Bersilinder Banyak 2. Kompresor Skrup 3. Kompresor Putar: a. Kompresor jenis daun berputar b. Kompresor jenis daun stasioner 22

18 4. Kompresor Semi Hermatik 5. Kompresor Hermetik c Kondensor Pada kondensor terjadi perubahan uap refrigerant menjadi cair melauli proses pengembunan/kondensasi dimana uap refrigerant yang bertekan dan bertemeratur tinggi yang dari kompresor didinginkan untuk melepas kalor sebanyak kalor laten pengembunnya. Besarnya kalor yang dilepas sema dengan selisih entalpi uap refrigerant seksi masuk dan seksi keluarkondensor. Pelapasan kalor pada uap refrigerant dilakukan melalui media pelantara air ata udara. Berdasarkan kegunaanya kondensor dibedaka menjadi beberapa jenis yaitu: 1. Kondensor Tabung dan Koil 2. Kondensor tabung dan pipa horizontal 3. Kondensor pendingin udara 4. Kondensor pipa ganda d Katup Ekspansi Katup ekspasi berfungsi untuk mengekspansikan secara adiabatic cairan refrigerant yang bertekana dan bertemperatur tinggi sampai mencapai keadaan tekanan dan temperature rendah. Katup expansi juga berfungsi untuk mengatur pemasukan refrigerant sesuai dengan beban pendingin yang harus dilayani oleh evaporator. 23

19 Jenis katup ekspansi yang banyak digunakan adalah: 1. Katup Ekaspansi Manual 2. Katup Ekspansi Tekanan Konstan 3. Katup Ekspansi Termostatik 4. Katup Ekspansi Automatik 5. Pipa Kapiler Pipa kapiler adalah pipa kecil berdiameter dalam 0.8 samapi 2.0 mm dan panjangnya kurang lebih 1 m. Pipa kapiler banyak digunakan pada mesin refrigerasi berkapasitas rendah, seperti pada penyegar udara, pendingin air minum dan sebagainya. Pipa kapiler dipasang sebagi pengganti katup ekspansi. Tahanan dari pipa kapiler digunakan untuk mentrotel dan menurunkan tekanan. Diameter dan panjang pipa kapiler ditetapkan berdasarkan kapasitas pendingin, kondisi operasi dan jumlah refrigeran dari mesin refrigerasi yang bersangkutan e Refrigeran Refrigeran adalah suatu bahan yang digunakan dalam sirkulasi mesin refrigerasi dimana bahan ini berfungsi untuk mengambil panas dari evaporator dan membuangnya di kondensor, bahan tersebut harus mempunyai sifat zat yang mudah berubah dari fasa gas ke fasa cair dan sebaliknya. Pemilihan refrigeran harus sesuai dengan jenis kompresor 24

20 yang dipakai oleh mesin refrigerasi, karakteristik termodinamikanya yang meliputi temperatur dan tekanan penguapan serta temperatur dan tekanan pengembunan. Syarat-syarat dari refrigeran adalah sebagai berikut: - Tekanan penguapannya harus cukup tinggi. - Tekanan pengembunnya yang tidak terlampau tinggi. - Kalor laten penguapan yang harus tinggi. - Volume spesifik (terutama dalam fasa gas) yang cukup kecil. - Koefiseien prestasinya yang harus tinggi. - Konduktivitas termal yang tinggi. - Viskositas yang rendah dalam fasa cair maupun fasa gas. - Konstanta dielektrika dari refrigeran yang kecil, tahanan listrik yang besar serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik. - Refrigeran hendaknya stabil dan tidak bereaksi dengan material yang dipakai, jadi juga tidak menyebabkan korosi. - Refrigeran tidak boleh beracun dan berbau merangsang. - Refrigeran tidak boleh mudah terbakar dan meledak. - Refrigeran harus mudah diditeksi jika terjadi kebocoran. 25

21 2.5 Sistem Distribusi Udara (Ducting) Sistem distribusi udara adalah sistem yang berguna untuk menyalurkan udara, baik udara supply (udara dari mesin pendingin ke dalam ruangan) maupun udara balik (udara dari dalam ruangan ke mesin pendingin). Saluran udara (duct) adalah suatu komponen penunjang yang pending dalam sistem penyegaran udara untuk mengalirkan udara Jumlah Udara Yang Diperlukan Untuk Pendinginan Jumlah udara yang diperlukan dapat dihitung jika diketahui beban kalor sensibel ruangan yaitu:... (Persamaan 2.5) G = Berat udara yang dimasukan (kg/jam) Hs = Beban kalor sensibel ruangan (kcal/jam) ta = Temperatur udara masuk ( o C) tr = Temperatur udara ruang ( o C) Dengan demikian volume udara masuk ruangan: Q = v x G...(Persamaan 2.6) Q = Volume udara masuk ruangan (m 3 /jam) v = Volume spesifik udara masuk (m 3 /jam) Temperatur udara masuk (ta) dapat diperoleh dengan mengetahui beban kalor efektif 26

22 yaitu jumlah kalor ruangan total, kalor udara luaryang masuk dan beban daya kipas udara dapat dihitung faktor kalor sensibel:...(persamaan 2.7) SHF ditetapkan dari diagram psikometrik tersebut. Berikut diagram psikometrik tersebut. Gambar 2.2 Diagram Psikometrik Sumber : 27

23 Dari diagram tersebut dapat diperoleh titik embun alat atau ADP (Apparatus Dew Point), dan diperoleh persamaan:...(persamaan 2.8) Dimana: R = Titik yang menyatakan kondisi udara ruangan A = Titik yang menyatakan temperatur dari udara segar masuk ruangan Volume udara masuk yang diperlukan harus ditetapkan sehingga dapat diperoleh temperatur dan dsitribusi udara yang sebaik-baiknya. Dalam prakteknya jumlah udara yang masuk ditetapkan sehingga (tr ta) = 7-12 o C dan jumlah penggantian udara ruangan kira-kira 5-10 kali/jam. Jumlah penggantian udara ruangan didefinisikan dalam N = Q /V... (Persamaan 29) N = umlah pergantian udara (kali/jam) V = Volume ruangan (m 3) Distribusi Udara Di dalam Ruangan Lubang Isap dan Lubang Keluar Lubang isap adalah lubang dimana tempat udara luar diisap kembali masuk ke dalam mesin penyegar atau dibuang ke atmosfir. Sedangkan lubang keluar adalah lubang dimana tempat dimana udara segar masuk ke dalam ruangan baik lubanag yang tedapat pada dinding ataupun langit-langit. 28

24 1. Lubang Keluar Aliran Axial Jenis lubang keluaran yang digunakan supaya udara masuk ke dalam gedung dengan arah axial. Terdapat beberapa jenis lubang keluaran jenis ini yaitu: a. Lubang keluar nosel Kontruksinya sederhana dan semburan jauh, lebih tenang bunyinya dibandingkan dengan jenis yang lain. Banyak digunakan di gunakan bioskop, gedung pertemuan dan pabrik. b. Lubang keluar Punka Leher dapat berputar diperlukan untuk mengubah arah aliran udaranmasuk, sedangkan damper dapat digunakan untuk mengatur pemasukan udara. Kerugianya tahan aliran udara lebih besar dibanding jenis lubang keluar yang lain. Gambar 2.3a Jenis Nosel Gambar 2.3b Jenis Punka Sumber : Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara 29

25 c. Lubang keluar jenis sudu Terdapat beberapa sudu berukuran 20-25mm lebar yang dipasang vertikal, horizontal atau keduanya. Lubang keluar jenis sudu banyak digunakan di kantor dan dirumah yang dipasang pada dinding atau jendela. d. Lubang keluar jenis celah Dibuat dengan perbandingan aspek (aspect ratio) yang besar dan menghasilkan udara berbentuk bidang datar. Banyak dipasang di langit-langit atau lantai. Gambar 2.3c Jenis Sudu Gambar 2.3d Jenis Celah Sumber : Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara e. Lubang keluar berlubang-lubang Lubang keluar ini dibuat dari pelat berlubang banyak kira-kira dengan perbandingan bidang beban 10%. Karakteristik difusi tinggi, tetapi tingkat kebisinganya tinggi. Diameter pada lubang keluar jenis ini tidak lebih dari 1 mm dan banyak dipasang pada langit-langit ventilasi. 30

26 2. Lubang Keluar Aliran Radial Lubang yang dapat menghasilkan aliran udara dalam arah radial. Yang termasuk lubang keluar jenis ini adalah: a. Lubang keluar jenis panci atau plaket Berbentuk plat lingkaran atau persegi panjang, digantung dibawah lubang saluran didalam langit-langit yang menyemburkan udara segar pada plat tersebut. Kontruksi dibuat agar udara mengalir horizontal dan arah yang radial sepanjang langit-langit. Sangat baik untuk keperluan pendinginan. b. Difuso langit-langit Merupakan modifikasi dari lubang keluar jenis panci, dimana beberapa gelang dan kerucut dipasang pada lubang saluran. Difusi pada langit-langit dapat menyebarkan udara ke dalam ruangan dengan sebaik-baiknya. Gambar 2.3e Jenis Panci Gambar 2.3f Jenis Anomestat Sumber : Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara 31

27 2.5.3 Distribusi Udara Di Dalam Ruangan dan Tingkat Kenyamanan Apabila udara segar mencapai daerah yang dipakai untuk melaksankan kegiatan serta, menginduksi udara ruangan maka efek udara akan dicapai apabila kecepatanya turun menjadi 0,12-0,25 m/s dan temperatur serta kelembabannya hampir sama dengan kondisi udara ruangan. Bila terjadi perbedaan daerah yang dipakai lebih tinggi daripada 1,5 o C maka akan terjadi fluktuasi temperatur daerah tersebut dan jika kecepatan udara turun menjadi 0,5 m/s atau lebih rendah sehingga tidak terasa ada gerakan udara maka akan terjadi ketidaknyamanan. Sebaliknya kecepatan udara masuk yang terlalu tinggi selain akan menyebabkan kebisingan hal ini dapat menyebabkan rasa tarikan dingin (cold draft) Rancangan Saluran Udara Duct berfungsi untuk menyalurkan udara dari sistem penyegaran udara ke ruangan yang perlu dikondisikan. Aliran udara dalam duct berdasarkan fungsi perbedaan tekanan pada udara masuk dan keluar, udara akan bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah sehingga semakin besar perbedaan tekanan maka aliran udara akan semakin cepat. Untuk menimbulkan perbedaan tekanan ini biasanya digunakan fan dengan daya yang berbeda sesuai dengan volume udara yang dibutuhkan pada saluran masuk dan saluran keluar. 32

28 2.5.4.a Sistem Saluran Udara Sistem udara masuk dan keluar dapat dibedaka menjadi 3 golongan antara lain: 1. Saluran Udara Peti Sistem saluran ini menghubungkan mesin penyegar udara dan lubang keluar. Sistem ini sangat populer jika dibandingkan dengan sistem yang lain karena sangat sederhana pemasangannya. Sistem ini mudah dibuat dan dalam pemasangan tidak banyak ruang yang diperlukan dan biaya pemasangannya murah. Gambar 2.4a Sistem Saluran Peti Sumber : Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara 2. Sistem Saluran Udara Tunggal Pada sisstem ini setiiap lubang keluar pada ruagan dihubungkan langsung ke mesin pendingin melalui suatu saluran untuk masing-masing ruangan sehingga kondisi ruangan lebih mudah tercapai mestipun dengan beban pendingin yang berbedabedan pada masing-masing ruangan. Sistem ini sering digunakan pada sistem penyegaran udara jeis daerah ganda (multi zone) atau jika hendak dipakai penyegaranudara jenis paket maka harus dipasang ditengah-tengah ruangan. Pada 33

29 sistem ini diperlukan biaya pemasangan yang cukup mahal da memerlukan ruangan yang lebih besar untuk penempata saluran udara. Gambar 2.4b Sistem Saluran Tunggal Sumber : Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara 3. Saluran Udara Melingkar Sistem saluran udara melingkar mengguakan sebuah saluran yang menghubungkan dua saluran utama. Sistem nii banyak digunakan dalam industri atau rumah tinggal. Hal tersebut disebabka karena sistem ini mampu mengompensasikan ketidak seimbangan aliran udara melalui lubang hisap yang terdekat pada ujung saluran atau atau apabila jumlah udara segar yang tersedia terlampau kecil. Gambar 2.4c Sistem Saluran Melingkar Sumber : Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara 34

30 2.5.4.b Menentukan Ukuran Saluran Udara Sebelum menentukan ukuran saluran terlebih dahulu ditetapkan lokasi lubang keluar dan lubang hisap dari sitem penyegaran udara dan jumlah udara yang dipergunakan. Kemudian ditetapkan lokasi mesin penyegar udara yang palig sederhana tetapi efektif. Setelah itu baru ditetapkan ukuran da komponan penyegar udara yang bersangkutan. Ada 3 cara meneentukan ukuran utama dari saluran udara: 1. Metode Kecapatan Sama Dalam metode ini terlebih dahulu menentukan kecepatan di dalam saluran udara dan cabang-cabang, kemudian dihitung penurunan tekanan pada samua aliran. Kipas dipilih sedemikian rupa sehingga dapat membangkitkan tekanan yang mencukupi kebutuhan pada saluran yang menurunkan tekanannya terbesar. Biasanya diusahakan agar kecepatan udara dapat diturunkan, tergantung pada jarak dari lubang hisap atau kipas udara. Oleh karena itu metode ini direkomendasikan untuk tetap ditetapkan pada sistem saluran udara sederhana. 2. Metode Gesekan Sama Pada metode ini dipilih tekanan yang disediakan di dalam sistem saluran dan menentukan ukuran saluran untuk menyebarkan tekanan tersebut sehingga kerugian persatuan panjang sama besarnya. Saluran udara hampir sama panjangnya, tidak memerlukan pengaturan jumlah aliran. Jika dipergunakan saluran yang berbeda ukuran, maka saluran yang lebih pendek hendaknya dilegkapi dengan damper. 35

31 Metode ini biasaya menghasilkan rancangan yang lebih baik daripada metode kecepatan, karena kebannyakan dari tekanan yang tersedia lebih banyak yang hilang dalam gesekan di dalam saluran-saluran dan sambungan daripada yang hilang di alam damper penyeimbang ukuran dab harga saluran juga leebih kecil. Tabel 2.2 Kecepatan Max Dalam Saluran Yang Direncanakan Aplikasi Saluran Keluar Saluran Isap Saluran Peti Saluran Cabang Tempat Tinggal Apartement, kamar tidur hotel 7,5 5,5 5 Gedung Bioskop 8 6,0 6 Kantor pribadi mewah - 5,5 4 Kantor pribadi rata-rata - 6,5 5 Kantor Umum 11 7,0 6 Restoran 9 7,0 6 Toko Kecil - 7,5 6 Toko serba ada lantai bawah 10 8,0 6 Toko serba ada lantai atas 9 7,2 6 Sumber:Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara 3. Metode Tekanan Total Metode dilaksakan berdasarkan perubahan tekanan yang mencangkup kerugia tekanan statis karena tahanan gesekan da tahanan local di tempat-tempat yang relevan di dalam saluran dan perubahan tekanan dinamis karena perubahan kecepatan udara pada luang keluar maupun lubang masuk dapat dibuat konstan. Biasanya ukuran dari saluran udara ditentukan terlebih dahulu berdasarkan motode tahan gesek, kemudian tekanan total dari saluran dapat dihitung. Selanjutnya ukuran dari saluran yang lain dapat ditentukan dengan kerugian tekanan total yang 36

32 sama dengan saluran utama. Perbedaan tekanan tortal yang kecil antara saluran utama. Perbedaan tekanan total yang kecil anatara saluran utama dan saluran lainnya diatur dengan menggunakan demper. 4. Metode Prencanaan Saluran Isap Saluran hisap yang menghubungkan lubang hisap dan lubang masuk kipas udara hendaknya dirancang dengan metode tekanan total. Pada umumnya kesulitan yang utama terletak pada piliha bentuk dan ukuran saluran hisap untuk menjamin keseimbangan tekanan antara lubang hisap lainnya. Untuk menjamin keseimbangan tekanan tersebut biasanya dipakai damper. Untuk sistem yang sederhana sering digunakan metode tekanan konstan c Bentuk Penampang Saluran Udara Bentuk duct yang sering dipakai dalam sistem penyegar udara ada 3 bentuk yaitu: 1. Bentuk bulat 2. Bentuk segi empat/persegi panjang 3. Bentuk bujur sangkar Untuk kapasitas aliran yang sama maka bentuk penampang lingkaran leih ekonomis karena bahan yang digunakan lebih sedikit. Sedangkan yang sering dipakai adalah penampang persegi panajang atau bujur sangkar karena dapat disesuaikan dengan ruangan yang tersedia. 37

33 2.5.4.d Bahan Saluran Udara Syarat yang harus diperhatikan dalam perancangan saluran udara adalah: a. Tidak terjadi bunyi bising dan getaran pada saluran udara (duct). b. Tidak terjadi deformasi karena tekanan udara. c. Tahanan aliran udara serendah-rendahnya d. Tidak terjadi kebocoran udara Macam bahan yang sering digunakan untuk saluran udara: 1. Baja yang digalvanis Keran kuat, murah dan mudah dikerjakan. 2. Aluminium Untuk konstruksi yang ringan dan tahan terhadap udara basah. 3. Stenless steel, tembaga dab bahan sintetik Dipakai dalam keadaan dimana saluran udara dikanai gas yang korosif dan udara basah. 4. Logam lembaran hitam (black metal sheet) Banyak digunakan pada cerobong dan perlengkapan dapur. 38

34 2.5.5 Isolasi Saluran Udara Udara pendingin yang mengalir di dalam saluran bertemperatur lebih rendah daripada temperatur udara luar. Oleh karena itu dapat terjadi perpindahan kalor dari udara luar ke udara di dalam saluran sehingga temperatur udara di dalam saluran akan naik. Disamping itu apabila dinding salura menjadi dingin sehingga lebih rendah dari titik embun udara luar, makan uap air dalam udara luar akan mengembun pada permukaan luar dari saluran udara tersebut. Untuk mencegah perpindahan kalor dan pengembunan tersebut maka saluran harus diisolasi. Sehingga fungsi dari isolasi dapat disimpulkan adalah: 1. Mencegah terjdinya perpindahan panas dari udara luar ke udara dalam (duct). 2. Mencegah terjadinya pengembunan pada permukaan luar dari saluran udara. Bahan yang biasa digunakan untuk isolasi adalah wool glass atau asbestos dibungkus dengan aluminium yang dipasang menyelimuti permukaan luar saluran udara. Saluran hisap juga diisolasi Kecepatan Aliran Udara Kecepatan aliran udara dalam saluran diklasifikasikan menjadi dua macam, yaitu: 1. Kecapatan rendah (low velocity) 2. Kecapatan tinggi (high velocity) Dalam beberapa pemakaina dari sistem pendingin, klasifikasi tersebut dibagi menjadi beberapa bagian yaitu: 39

35 Kecapatan aliran udara dalam duct dari mesin pendingin ke ruangan dibedakan menjadi: 1. Untuk gedung a. Kecepatan rendah : 6-11 m/s b. Kecepatan tinggi : >12.5 m/s 2. Untuk pabrik a. Kecepatan rendah : m/s b. Kecepatan tinggi : m/s Sedangkan untuk kecapatan udara kembali dari ruangan yang dikondisikan ke mesin pendingin dibedakan menjadi: 1. Untuk gedung Kecepatan rendah : m/s 2. Untuk pabrik Keccepatan rendah : 9-11 m/s 2.6 Prinsip Perhitungan Dan Penaksiran Beban Kalor Kalor adalah energi yang diterima oleh benda sehingga suhu benda atau wujudnya berubah. Satuan besaran kalaor dinyatakan dalam British Thermal Unit (BTU). Air digunakan sebagai standar untuk menghitung jumlah panas karena untuk menaikkan 40

36 temperature 1 F untuk tiap 1 lb air diperlukan panas 1 BTU. Pada dasarnya beban kalor digolongkan menjadi 2 jenis yaitu kalor laten dan kalor sensible. Untuk beban kalor alat penyegar udara agar menghasilkan udara penyegar yang masuk ke dalam ruangan dari alat penyegar udara pada temperature dan kelembaban tertentu, maka jumlah kalor yang harus dilayani oleh alat penyegar udara tersebut adalah beban kalor ruangan, beban kalor dari udara luar yang masuk ke dalam alat penyegar, beban blower dan motor, dan kebocoran dari saluran Klasifikasi Beban Kalor Perhitungan beban pendinginan membahas sumber panas dari dua jenis panas, yaitu; 1. Sensibel Heat Sensibel heat adalah kalor yang berhubungan dengan perubahan temperature dari udara. Penambahan kalor sensible (sensible heat gain) adalah kalor sensible yang secara langsung masuk dan ditambahkan kedalam ruangan ruangan yang dikondisikan melalui konduksi, konveksi atau radiasi. Kalor sensibel yang terdapat pada ruangan biasanya bersumber pada: - Perpindahan Panas melalui struktur gedung yaitu dengan cara konduksi, konveksi dan radiasi - Panas masuk ruangan yang dihasilkan oleh radiasi sinar matahari melalui jendela yang transparan atau translusion material. - Panas sensibel yang dibawa oleh udara ventilasi dan infiltrasi dari udara luar. 41

37 - Panas sensibel yang dihasilkan oleh penghuni ruangan. - Panas sensibel yang diakibatkan oleh nyala lampu, motor, peralatan listrik dan sejenisnya. - Panas sensibel yang dihasilkan olehmesin pendingin (AC) itu sendiri, sperti fan motor dan komponen elektronika. 2. Laten Heat Panas yang berhubungan dengan perubahan fase dari air. Penambahan kalor laten (laten heat gain) terjadi apabila ada penambahan uap air pada ruangan yang dikondisikan, misalnya karena penghuni ruangan atau peralatan yang menhasilkan uap. Sumber kalor laten dikelompokkan menjadi: - Panas laten dari luar masuk dalam ruangan yang dibawa oleh udara ventilasi atau infiltrasi. - Panas laten dari Penghuni ruangan. - Panas laten yang diakibatkan dari memasak air, madi air panas atau peralatan penghasil uap lainya Beban Kalor External (External Cooling Load) Beban kalor ini terjadi akibat penambahan panas didalam ruangan yang dikondisikan karena sumber kalor dari luar yang masuk melalui selubung bangunan (building envelope) atau kerangka bangunan (building shell) dan dinding partisi. Sumber kalor external yang termasuk beban pendinginan adalah: 42

38 1. Penambahan kalor radiasi matahari melalui benda transparan seperti kaca, mika dll. 2. Penambahan kalor konduksi matahari melalui dinding luar dan atap. 3. Penambahan kalor konduksi matahari melalui benda transparan seperti kaca dan mika. 4. Penambahan kalor melalui partisi, langit-langit, lantai. 5. Infiltrasi udara luar yang masuk kedalam ruangan yang dikondisikan. 6. Ventilasi udara luar yang masuk kedalam ruangan yang dikondisikan Beban Kalor Internal (Internal Cooling Load) Beban kalor internal terjadi karena dilepaskannya kalor sensible maupun kalor laten dari sumber yang ada didalam ruangan yang dikondisikan. Sumber kalor yang termasuk beban pendinginan antara lain: 1. Penambahan kalor karena orang yang ada didalam ruanga yang dikondisikan. 2. Penambahan kalor karena adanya pencahayaan buatan didalam ruang yang dikondisikan. 3. Penambahan kalor karena adanya motor-motor listrik yang ada didalam ruangan yang dikondisikan. 4. Penambahan kalor karena adanya peralatan-peralatan listrik atau pemanas yang ada didalam ruangan yang dikondisikan. 43

39 2.6.4 Tujuan Perhitungan Beban Kalor Tujuan dari perhitungan beban pendingin adalah untuk mengetahui besarnya beban kalor dari suatu ruangan yang dikondisikan dengan penyegaran udara sehingga dapat ditemukan besarnya kapasitas mesin refrigerasi yang akan dipasang. Pada dasarnya ada dua cara perhitungan yaitu: 1. Perhitungan beban kalor puncak Perhitungan ini untuk menetapkan besarnya instalasi. 2. Perhitungan beban kalor sesaat Perhitungan untuk mengetahui biaya operasi jangka pendek dan jangka pajang, serta untuk mengetahui karakteristik dinamik dari instalasi yang bersangkutan. Dalam perhitungan beban kalor puncak terdapat dua versi perhitungan yaitu: 1. Perhitungan dangan menggunakan anggapan kondisi ekstrim sering terjadi dimana kalor yang masuk ke dalam ruangan disebut heat gain. Maksudnya radiasi matahari yang masuk ke ruangan melalui jendela akan memanaskan lantai atau benda ruangan lainnya. Hal ini berrati bahwa heat gian dari radiasi matahari lambat laun akan menjadi beban kalor sehingga baban utamanya akan menjadi lebih kecil dari yang diperkirakan semula. 2. Perhitungan dengan memakai anggapan beban kalor yang dikoreksi terhadap heat gian. Maksudnya adalah anggapan bahwa udara ruangan harus dapat dipertahankan konstan pada temperatur dan kelembaban tertentu selama 24 jam. Tetapi 44

40 kenyataannya kalor tersimpan di dalam lantai atau benda ruangan lainnya selama libur apabila dalam waktu tersebut penyegaran udara dihentikan. Maka beban kalor tersebut harus ditambahkan dalam perhitungan beban kalor tersebut. Kedua perhitungan 1 dan 2 tersebut perhitungan beban kalor tersimpan (strorage heat load calculation) dimana (1) tidak terlalu penting oleh karena itu perhatian sebaiknya lebih dicurahkan pada perhitungan (2) pada temperatur dan kelembaban tertentu selama 24 jam Faktor-Faktor Beban Pendingin Dalam menentukan beban pendingin harus diperhatikan faktor-faktor yang mempengaruhinya antara lain: a. Faktor Aspek Fisik Faktor aspek fisik ini terdiri dari anatara lain: a. Karakteristik gedung - Material yang digunakan - Bentuk dan ukuran gedung - Warna permukaan luar 45

41 b. Orientasi gedung - Lokasi gedung - Pengaruh sinar matahari dan mata angin - Pengaruh bayangan gedung lain - Pengaruh pantulan panas c. Penghuni - Jumlah, usia, jenis aktifitas dan lamanya dalam gedung d. Fungsi Gedung - Kantor, hotel, rumah sakit, pertokoan dan lain-lain Ventilasi e. Ventilasi - Kebutuhan udara per orang - Penghuni merokok/tidak f. Peralatan - Jenis dan jumlah g. Tingkat pemkaian gedung - Terus menerus atau terputus 46

42 2.6.5.b Faktor Jenis Beban Faktor jenis beban ini terdiri dari: a. Beban kalor sensibel Beban ini menyebabkan terjadinya perubahan temperatur yang dihasilkan oleh objek yang berada di dalam atau luar ruangan yang masuk akibat perambatan kalor. b. Beban kalor laten Beban ini menyebabkan terjadinya perubahan fasa dari seuatu material tanpa adanya perubahan temperatur. Beban ini terbawa oleh uap air sehingga naiknya kelembaban udara dalam ruangan c Sumber Beban Pendingin Sumber beban pendingin dapat digolongkan dalam tiga jenis yaitu: a. Beban dari luar gedung Kalor yang berasal dari luar gedung yang masuk ke dalam ruangan yang akan dikondisikan. Yang termasuk dalam beban dari luar gedung adalah: - Kondisi melalui dinding luar, atap dan kaca. - Radiasi sinar matahari. b. Beban dari dalam gedung Kalor yang berasal dari dalam ruangan yang akan dikondisikan. Yang termasuk dalam beban ini adalah: 47

43 - Penghuni - Penerangan - Peralatan c. Ventilasi dan Infiltrasi Kalor yang berasal dari luar yang masuk ke ruangan yang akan dikondisikan melalui celah pintu, jendela dan lubang-lubang yang lainnya. 48