KALOR DAN KELEMBABAN SOAL DAN PENYELESAIAN FISIKA BANGUNAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI MEDAN Oleh: JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK BANGUNAN

Transkripsi

1 SOAL DAN PENYELESAIAN FISIKA BANGUNAN KALOR DAN KELEMBABAN Oleh: MUHAMAD YUNUS NIM. 59 JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK BANGUNAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI MEDAN 3

2 . Bagaianakah berlangsungnya pengalihan kalor? Berikan contohcontoh! Jaaban: Salah satu sifat ari kalor aalah baha ia selalu akan beralih ari suatu baan yang bersuhu lebih tinggi kepaa suatu baan yang bersuhu lebih renah. Pengalihan kalor apat berlangsung elalui tiga cara: b. Konveksi. Disini olekul-olekul berpinah tepat ala tupukan kalor, an hal ini hanya apat terjai ala zat-zat cair an gas. ontoh nya aliran air ala raiator-raiator pesaat penghanat ruangan. Uara yang elaju elalui loga-panas raiator, ulai naik an bersirkulasi an engan jalan seperti ini ebaa serta kalor yag iperolehnya keseluruh ruangan; c. Pancaran. Dala hal ini pun olekul-olekul tetap beraa i tepat an pengalihan kalor ilakukan oleh getaran-getaran agnet listrik. Getaran-getaran ini elaju pula elalui ruang hapa uara an barulah beralih enjai kalor apabila ereka enyentuh bagian sesuatu. ontohnya aalah atahari, sebuah suber kalor yang beraa sangat jauh, yang engalihkan kalor ari perukaan atahari yang enayala ke bui. (a) Terutaa ala zat-zat paat. Molekul-olekul tetap beaa i tepat an eneruskan kalor ari olekul yang satu ke olekul berikut nya (b) Dala zat-zat cair an gas. Molekul-olekul berpinah tepat an ebaa serta kalor yang ereka peroleh (c) Molekul-olekul tetap berapa i tepat kalor ialihkan oleh bagian-bagian yang tiak beruapa zat a. Pengantaran. Dala hal ini kalor ialihkan ari olekul-olekul, naun olekul-olekul itu seniri tetap beraa i tepat asingasing. Paa uunya zat-zat paat epunyai aya hantar yang lebih besar ari paa Zat-zat cair atau gas. Apabila kita eegang sepotong tebaga ala nyala gas, aka beberapa saat keuian akan erasa, bahaa ujung tebaga, yang beraa ala genggaan tangan kita, enjai panas; Gabar -. pengalihan kalor enebus suatu ining Kalor selalu engalir ari suatu baan yang bersuhu lebih tinggi kesuatu baan yang bersuh lebih renah, hingga akhirnya suhu enjai saa (encari keseibangan) Penghipunan kalor erupakan suatu usaha pencarian keseibangan yang bergantung paa aya hantar an jenis kalor

3 . Apakah yang iaksu engan Akuulasi kalor? Jaaban: Penghipunan (akuulasi) kalor erupakan suatu usaha pencarian keseibangan yang bergantung paa aya hantar an jenis kalor. Setiap aterial eiliki keapuan untuk enghitung kalor, untuk berakuulasi, apabila terjai penerusan kalor elalui salah satu ari kleetiga cara yang iperuntukkan bagi itu. Paa uunya bahan-bahan bangunan yang paat, jai yang hanya epunyai seikit ruang kosong apat lebih banyak engakuulasi kalor ketibang apa yang inaai aterial-aterial ringan. Dala hal ini aterial-aterial yang isebut lebih ahulu akan lebih laa pula epertahankan kalor ibaning aterial-aterial yang isebut belakangan. 3. Bergantung kepaa apakah kenyaanan i ala suatu ruangan? Jaaban: Kenyaanan i ala suatu ruangan bergantung kepaa suhu yang terapat iala ruangan tersebut. Suhu ala ini itentukan oleh beberapa faktor yaitu: a) Suhu Uara Harus eiliki suatu nilai tertentu iukur paa ketinggian yang berbea-bea, tiak boleh berselisih terlapau banyak, biasanya suhu uara paa ketinggian,5 an,5 i atas lantai, selisih suhu yang iukur paa biang horizontal tiak boleh lebih ari º untuk ruang tinggal 8º an º. b) Suhu Pancaran Sebagian besar itentukan oleh suhu perukaan alat-alat peanas an ining-ining. Suhu ining yang lebih renah aripaa suhu uara akan terasa tiak enyenangkan. c) Gerakan Uara Jika uara bergerak terlapau cepat yang isebut angin, erupakan hal yang tiak enyenangkan. Kecepatan uara yang terasa eaai terapat iantara,5 an,5 /et ) Kelebaban Uara Jika i suatu bangunan terapat suhu yang tinggi, kelebaban yang tinggi akan enghabat penguapan yang ilakukan suatu baan. e) Keurnian Uara Hal ini bergantung paa zat-zat berbisa (seperti onoksia arang) an juga paa kaar ioksia arang yang kita lepas. Jika kita tiak easang ventilasi, kaar asa arang akan elapaui batas yang iperkenankan yaitu %. Untuk enjaga agar kaar asa arang tiak elapaui batas yang itentukan an juga untuk enjain berearnya zat asa ala julah yang encukupi. Tiap ja seseorang harus enyegarkan -5 3 uara tergantung ari luas ruangan. 4. Hitunglah hilang kalor ala ja elalui sebuah ining beton yang tebalnya, apabila iketahui suhu ala ruangan º suhu luar -º, A ining =, ρ = 4 kg/ 3! Penyelesaian : t i te. T. A Q = = = 9,396MJ A= Jenis bahan : Beton paat tiak bertulang T= ja = 36 s =, 3x36x,74,

4 5. Bagaianakah kita apat enangkal kalor sinar? Kita apat enangkal kalor sinar, engan cara : a) Menggunakan atap seperti paa ruah agar sinar tiak langsung asuk ke ala ruangan b) Menggunakan ining untuk enangkal kalor yang asuk 6. Mengapa kita perlu epertahankan kalor? Kita perlu epertahankan kalor untuk enciptakan kenyaanan jika kita beraa ala suatu ruangan sehingga ruangan tersebut eiliki suhu yang enyenangkan, isalnya saja paa saat usi ingin kita akan eperoleh suhu yang iinginkan engan jalan eanfaatkan suatu suber kalor an berusaha epertahankan kalor yang iapat ini agar suhu tiak enurun ke baah garis kenyaanan. 7. Hitunglah engan bantuan tabel aya tahan kalor konstruksikonstruksi yang ikeukakan ala halaan berikut: 3

5 8. Apakah konstruksi - konstruksi ari pertanyaan no. 7 eenuhi persyaratan-persyaratan NEN 68? Konstruksi konstruksi paa soal no. 7 suah eenihu syarat. Karena kualitas keepat konstruksi tersebut tiak aa yang ibaah kelas kualitas seang. (Lihat tabel 8) 9. Gabarkanlah laju suhu ala ining i baah ini. Bertitik tolaklah ari suhu ala 8 an suhu luar -. Jaaban: Dining teriri ari:. plaster seen =.5. 5 pelat H =. 3. beton (4 kg/ 3 ) =. Dining teriri ari:. plaster seen. 5 pelat H 3. beton (4 kg/ 3 ) t = 3 Menentukan aya tahan kalor (R) R =. R = R = R 3 = R = R + R + R 3 = =.5. 9 i. 43 u Menentukan julah tebusan kalor (R tot ) R tot R u u =.693 Penurunan suhu.9.9 i.693 Plesteran Plat H Beton u x x x x x

6 Gabar laju suhu i ala ining. Jaaban: A,, an 3. Laju uap paa ulanya beraa i baah titik ebun. 4. Tegangan uap enjai aksial segera i baah lapisan tahan uap B. Diketahui: Sebuah ak enatar ari beton gas, tabal 5 an iberi suatu lapisan bituinous yang tahan uap setebal kira-kira, seperti gabar 4 pertanyaan no. 7. D 5. Meotong garis uap aksial lebih banyak ke kanan. Perukaan kelebaban beralih ke baah. Transportasi uap ke atas enjai berkurang Situasi keseibangan: tiak terjai transportasi uap lagi. Perukaan kelebaban tiak beralih lagi Pertanyaan: arilah tepat i ana perukaan kelebaban atang ala fase akhir. Apabila: - Kita beranjak ari rata-rata suhu luar an an rata-rata suhu ala - Rata-rata kelebaban relative i ala 5% Konisi ala plat atap beton gas engan lapisan bituius A. Garis suhu B. Garis tegangan uap fase perulaan. Garis tegangan uap fase berikutnya D. Garis tegangan uap gase terakhir 5

7 . Diketahui Sebuah ining beton, engan ciri-ciri sebagai berikut : a. Tebal ining (ρ = 4 kg/ 3 ) b. Tebal lapisan isolasi busa buatan = 4 c. Suhu luar = º. Suhu ala = º e. Δt = º - º = º f. Rv i ala = 6 % g. Rv i luar = 8 % h. Untuk /α i itentukan =,3 i. Untuk /α u itentukan =,4 j. μ busa buatan = 4 k. λ beton =,86 l. λ busa buatan =,35 Ditanya: a. Gabarkanlah garis suhu b. Gabarkanlah garis tegangan uap yang aksial c. Gabarkanlah garis tegangan uap yang aa. Apakah terjai konensasi i ala konstruksinya? e. Tunjukkanlah iana letaknya! f. Jika lapisan isolaso beraa i sisi luar, apakah asih akan terjai konensasi paa suhu an ata-ata kelebaban yang saa? Telitilah paa hal ini! Penyelesaian : R R,4,35.,43,. R,8,86 R,43,8. R,5 Rtotal R k u i =,3 +,43 +,8 +,4. =,4 Penurunan suhu : a) Paa lapisan uara yang tiak bergerak i sisi luar ;,3 x, 8,4 b) Paa busa buatan ;,43 x 6,,4 c) Paa beton ;,8 x, 5,4 ) Paa uara yang tiak bergerak i sisi luar ;,4 x, 6,4 Bila i ala konstruksi terapat suatu tekanan uap sebesar 4 Pa an i luarnya sebesar 486 Pa, aka selisih antara ala an luar aalah 94 Pa. ( Pa = N/ ; Hg = 33,3 Pa ) μ busa buatan = 4 μ x = 4 x,4 =,6 μ beton = 35 μ x = 35 x, = 7, * 4 Pa i ala,6 : 8,6 x 94 = = 3 Pa Dala 7, : 8,6 x 94 = = 486 Pa Konstruksi * 486 Pa i luar 6

8 Ditanyakan: - Berapakah aya tahan kalor (R) tanpa iisolasi an setebal berapakah seharusnya isolasi ari busa ( =.3) untuk eenuhi kualitas baik? - Keukakanlah ua cara, i ana ana apat easang isolasi ari busa buatan Jaaban: Menentukan aya tahan kalor tanpa isolasi engan busa buatan (R) Jika isolasi beraa i sisi luar. Diketahui: Konstruksi teriri ari:. 3 lapis penutup ari selaput kaca bituinous + =.7. Papan atap 3. elah uara 4. Pasangan balok 5. Langit-langit kaat kasa yang iberi lapisan plester gips. R =. R = R = R 3 = R 4 = R 5 = R = R + R + R 3 + R 4 + R 5 = =

9 Menentukan aya tahan kalor isolasi engan busa buatan (R) R =. R = R = R 3 = R 4 = R 5 = R = R + R + R 3 + R 4 + R 5 >>>>> busa buatan = = 7. Dari hasil analisis, apat inyatakan baha isolasi engan enggunakan buasa buatan paa konstruksi i atas tiak iperlukan. 3. Sebuah ining tebok ari luar keala ibuat ari; pasangan batu bata keras 6 karet busa batu pasir kapur Ditanya; a. Apakah tebok ini eenuhi kelas kualitas baik berasarkan NEN 68? b. Kontruksikanlah garis suhu, garis tegangan uap aksial an garis tegangan uap yang aa c. Apakah paa peristia-peristia i atas terjai konensasi sebelah ala? Anaikata iya, tunjukan letaknya. Penyelesaian a. Apakah tebok ini eenuhi kelas kualitas baik berasarkan NEN 68? R = /λ R pas.bt.bta =,/,6 /. =,95 /. R busa =,6/,7 /. =,353 /. =,/,5 /. =,73 /. R bt.pasir.kpur R total =R p.bb. + R busa + R bt.p.kpur R total =,95 +,353 +,73 =,5 /. Berasarkan NEN 68 tabel 4.. kategori iining SEDANG. b. Kontruksikanlah garis suhu, garis tegangan uap aksial an garis tegangan uap yang aa - Garis suhu Julah koefesien tebusan kalor Rt =,5 /.. Paa lapisan pasangan batu bata keras = (,95/,5)*3 = 5,47. Paa lapisan busa buatan = (,353/,5)*3 =,3 3. Paa lapisan batu pasir kapur =(,73/,5)*3 = 4, - Garis Tegangan Uap Tahap kelebapan iluar 8% = 34 Pa. Tahap kelebapan iala 6% = 4 Pa. Maka selisih antara luar an ala = 4 Pa -34Pa = 66 Pa. 8

10 Lihat tabel 6 (buku fisika banguna, seri MTO; halaan 43) μ pasangan batu bata keras = μ. = x, =, μ busa buatan = 7 μ. = 7 x,6 = 4, μ batu pasir kapur = 3 μ. = 3 x, =,43 4Pa i ala kontruksi, , 66 65, 7.83, pas. batu bata keras = x66 37, 6 Pa 4-37,6 = 7,4 Pa busa buatan = x 4 Pa 7,4-65,4 = 447 Pa batu pasir kapur = x 3 Pa 447-3= 34 Pa 34 Pa i luar kontruksi 4. Diketahui : Konstruksi yang teriri ari : a. Lapisan bituinous = μ = 3 b. Lapisan busa buatan = 5 μ = c. Lapisan beton bertulang (5 kg/ 3 ) = μ = 35. R. V i luar = 8 % e. R. V i ala = 6 % f. Suhu ala = º g. Suhu luar = - º h. Δt = º (- º) = 3 º ala kontruksi Ditanya : a. Apakah atap eenuhi tahap kualitas baik? b. Gabarkanlah garis suhu, garis tegangan uap aksial an garis tegangan uap yang aa! c. Apakah paa peristia-peristia i atas terjai konensasi i ala? Bila ya, tunjukkanlah iana! Penyelesaian: 3 R R R,,7,5,35 3.,59.,49 3,. R3,5 3,33 R =,59 +,49 +,5. R,54 Rtotal R k u i =,9 +,59 +,49 +,5 +,43. =,7 Penurunan suhu : a) Paa lapisan uara yang tiak bergerak i sisi luar ;,9 x3, 3,7 b) Paa lapisan bituinous,59 x3,,7 9

11 c) Paa busa buatan,49 x3 5,7 ) Paa beton bertulang,5 x3, 9,7 e) Paa lapisan uara yang tiak bergerak i sisi ala,43 x3, 8,7 Bila i ala konstruksi terapat suatu tekanan uap sebesar 4 Pa an i luarnya sebesar 6 Pa, aka selisih antara ala an luar aalah 94 Pa. ( Pa = N/ ; Hg = 33,3 Pa ) μ lapisan bituinous = 3 μ x = 3 x, = 3 μ busa buatan = μ x = x,5 = 5 μ beton bertulang = 35 μ x = 35 x, = 4, * 4 Pa i ala 3 : 39, x 94 = = 486 Pa 5 : 39, x 94 = = 334 Pa 4, : 39, x 94 = = 6 Pa * 6 Pa i luar Dala Konstruksi 5. a. Untuk kaca tunggal =,5,,8 /,5 R =,6 /,8 /,4 u,3 i Rtotal R,3,6,4,76 i u Penurunan suhu berjulah :,4. Paa u x 4,55,76,6. Paa x, 68,76,3 3. Paa i x 4,77,76 Julah : /

12 Gabar : b. Untuk =,5,,8 / Untuk =,, Rcelah =,7 / Untuk 3 =,5,,8 / R R,7 / 3 R3 3,5,8,5,8,6 /,6 /,4 u,3 i Rtotal R R R3,3,6,7,6,4,35 / i u Penurunan suhu berjulah : Paau Paa Paa Paa 3 Paai,4,35,6,35,7,35,6,35,3,35 Julah : x x x x x,7,34 9,66,34 7,386

13 6. Diketahui : a. Penapang enatar sebuah kolo beton bertulang beserta kusenkusen yang berhubungan engan itu b. Penapang tegak lurus, sebuah latei yang i cor hingga rata ining luar. Ditanya Perbaikilah konstruksi ini seeikian rupa, sehingga jebatan-jebatan ingin! tiak tibul Penyelesaian: Paa uunya penapang penapang berikut ini erupakan penapang sebuah balkon luar yang terbuat ari beton bertulang (sering isebut juga sebagai jebatan ingin).sehingga untuk tiak tibul jebatan ingin, perlu ipasang sebuah isolasi paa balok an i sebagian lantai. 7. Diketahui : Dining luar sebuah bangunan sekolah ibuat ari beton bertulang setebal 5 (ρ = 5 kg/ 3 ) Ditanya : a. Berapakah tebal isolasi busa buatan untuk apat eenuhi kelas kualitas baik? b. Jika busa ini ipasang i sebelah ala atau i sebelah luar, apa sajakah yang akan enguntungkan an yang erugikan? c. Gabarkanlah bagi keua kejaian garis suhunya, atas asar + º i ala an º i luar! Penyelesaian : a) Untuk eenuhi kualitas baik ibutuhkan ketebalan isolasi buatan setebal 5, aka ;,5. R busa,43,35 sehingga,,43 >,9 OK! ( sesuai engan syarat aya tahan kalor inial berasarkan NEN 68 ) b) Paa bagian sisi sebelah luar Keuntungannya, antara lain : ) Tiak terapat keungkinan bagi terjainya konensasi i ala konstruksi atau konensasi i bagian perukaan. ) Kalor yang terkupul ala aterial akan bertahan lebih laa 3) Di usi panas, beton akan terlinung terhaap pergantian suhu yang terlalu besar an engan eikian beton akan terhinar pula ari peuaian yang elebihi batas. Kerugiannya, antara lain : Kita eerlukan lebih banyak aktu untuk eberikan suhu yang seestinya kepaa suatu ruangan, karena kita pun akan terlebih ahulu eberikan suhu yang seestinya paa ining beton. Paa bagian sisi sebelah ala Keuntungannya, antara lain ; Paa saat penghangatan seang berlangsung, aka tiak ebutuhkan aktu yang terlapau laa, karena kini beton tiak perlu ikenakan penyesuaian suhu. Kerugiannya, antara lain : ) Keungkinan terjainya konensasi i ala konstruksi ) Ruangan akan lebih cepat enjai ingin, jika penghangatan iberhentikan. 3) Paa saat usi panas, konstruksi tiak akan terlinung terhaap pengaruh-pengaruh yang itibulkan oleh suhu. c) Suhu Dala = + º Suhu Luar = º R R R,5,86,5,35 R =,8 +,43.,8.,43. R,5

14 Rtotal R k u i =,9 +,8 +,43 +,43. =,683 Penurunan suhu : a) Paa lapisan uara yang tiak bergerak i sisi luar ;,9 x, 5,683 b) Paa beton bertulang,8 x,,683 c) Paa busa buatan,49 x 9,683 ) Paa lapisan uara yang tiak bergerak i sisi ala,43 x, 5, Apakah yang kita aksukan engan suhu atap terbalik? Keukakanlah ari jenis atap ini hal-hal yang enguntungkan an yang erugikan engan bantuan sebuah sketsa konstruksi! Penyelesaian : Atap terbalik erupakan suatu konstruksi bentuk atap iana perletakan beban atap i atas suatu titik atau lebih tepat paa biang yang begitu kecil sehingga ianggap titik atau penggunaannya paa ruangan yang sepit. Keuntungannya : a) Meinialkan suhu yang aa i ala ruangan b) Lebih cepat ikerjakan Kerugiannya : a) Berat beban atap enjai terpusat paa satu titik b) Bentuk atap terbalik cenerung lebih kurang aan, ibaningkan engan bentuk atap paa uunya. 3