BAB II DASAR TEORI SISTEM PENGKONDISIAN UDARA. II.1 Definisi Dari Sistem Pengkondisian Udara

Transkripsi

1 BAB II DASAR TEORI SISTEM PENGKONDISIAN UDARA II.1 Definisi Dari Sistem Pengkondisian Udara Sistem Pengkondisian Udara adalah suatu proses mendinginkan udara sehingga mencapai temperatur dan kelembaban yang sesuai dengan yang dipersyaratkan terhadap kondisi udara dari suatu ruangan tertentu, mengatur aliran udara dan kebersihannya. Sistem Pengkondisian Udara pada umumnya dibagi menjadi dua golongan utama, yaitu : 1. Sistem pengkondisian Udara untuk kenyamanan Menyegarkan udara dari ruangan untuk memberikan kenyamanan kerja bagi orang yang melakukan kegiatan tertentu. 2. Sistem Pengkondisian Udara untuk industri Menyegarkan udara dari ruangan karena diperlukan oleh proses, bahan, peralatan atau barang yang ada di dalamnya. II.2 Prinsip Sistem Pengkondisian Udara Berdasarkan hukum thermodinamika pertama, panas yang di keluarkan dari siklus temperatur tinggi sama dengan jumlah panas yang dikeluarkan pada temperatur rendah dan kerja W. 2 + W Input energi yang dibutuhkan untuk mengangkat panas dari temperatur rendah ke temperatur tinggi membutuhkan kerja mekanik. 2 Sunarno, Mekanikal Elektrikal, Ed. 1, Andi, Yogyakarta, 2005, hal

2 Sistem pendingin tidak bisa dilepaskan dari terjadinya proses perpindahan panas dimana panas yang diproduksi oleh ruangan yang akan dikondisikan temperaturnya akan diserpa oleh sistem pendingin dan kemudian akan dilepaskan ke lingkungan. 3 Temperatur Tinggi Sistem Penyegar Udara W Temperatur Rendah Gambar 2.1 Prinsip Refrigerasi Secara umum perpindahan panas dapat di katagorikan menjadi tiga bagian : 1. Konduksi Perpindahan kalor secara konduksi sangat dipengaruhi oleh faktor rapat massa dimana makin besar rapat massa suatu zat makin besar pula konduktifitas zat tersebut dan makin mudah pula kalor berpindah secara konduksi. Hal ini dikarenakan semakin rapat dan semakin rapi molekul suatu zat, maka akan memindahkan energi yang semakin cepat bila dibandingkan dengan susunan yang acak dan jarang sehingga logam yang mempunyai susunan molekul yang lebih padat dan teratur akan lebih baik penghantar panasnya dibanding dengan material lain. 3 Sunarno, Mekanikal Elektrikal, Ed. 1, Andi, Yogyakarta, 2005, hal

3 Fourir telah menurunkan persamaan matematis untuk perpindahan panas seperti terlihat pada gambar dimana q adalah fluks panas, laju perpindahan panas dalam arah x per satuan luas tegak lurus pada arah perpindahan panas dan sebanding dengan gradien temperatur. Tanda minus menunjukkan pada kenyataan bahwa perpindahan panas terjadi dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. 4 > = - k = = Δ L Gambar 2.2 Perpindahan Panas Konduksi Dimana k/l disebut konduktifitas thermal, makin besar konduktifitas zat maka makin besar pula daya hantar panas zat tersebut. 2. Konveksi Perpindahan kalor secara konveksi terjadi dari benda padat dengan fluida terdekat yang bergerak, persamaan laju perpindahan kalor dirumuskan oleh Newton 5 : Q = A ( - ) Dimana : = Koefisien Konveksi = Suhu Permukaan 4 Hara, Suratman, Refrigrasi dan Pengkondisian Udara, Jakarta, Hara, Suratman, Refrigrasi dan Pengkondisian Udara, Jakarta,

4 = Suhu Fluida Secara umum perpindahan kalor konveksi terbagi menjadi dua bagian yaitu konveksi alami dimana fluida mengalir oleh sebab perbedaan kerapatan yang disebabkan karena adanya perbedaan temperatur, yang kedua konveksi paksa dimana fluida didorong melewati permukaan dengan peralatan baik fan maupun kompresor. 6 Tabel 2.1 Harga Koefisien Konveksi Proses Konveksi alami, udara Konveksi paksa, udara Konveksi alami, air Konveksi paksa air Koefisien Konveksi Radiasi Perpindahan radiasi terjadi secara elektro magnetik sehingga perpindahan panas ini tidak memerlukan pelantara media seperti yang terjadi pada perpindahan konduksi maupun konveksi. Pada perpindahan panas secara radiasi foton-foton dipancarkan dari satu permukaan ke permukaan lain pada saat mencapai permukaan lain foton tersebut ada yang diserap, diteruskan dan dipantulkan sehingga pada permukaan tersebut mengalami perubahan temperatur. II.3 Siklus Pendinginan Siklus pendinginan terdiri dari empat proses, yaitu : 1. Evaporasi (Penguapan) 6 Hara, Suratman, Refrigrasi dan Pengkondisian Udara, Jakarta,

5 merupakan proses pertukaran panas udara ruangan dengan refrigerant. Pada tahap ini terjadi pertukaran kalor di evaporator, dimana kalor dari lingkungan atau media yang didinginkan diserap oleh refrigerant cair dalam evaporator sehingga refrigerant cair yang berasal dari katup ekspansi yang bertekanan dan bertemperatur rendah berubah fasa dari fasa cair menjadi uap yang mempunyai tekanan dan temperatur tinggi. Maka besar kalor yang diserap oleh refrigerant adalah : = ( - ) Dimana : Banyaknya kalor yang diserap di evaporator per satuan waktu ( kj/s ) m : Laju aliran massa refrigerant ( kg/s ) - : Efek refrigerasi ( kj/kg ) Tabel 2.2 Temperatur penguapan dan tekanan penguapan dari beberapa Refrigerant 7 Temperatur Penguapan ( C ) Tekanan (lebih) Penguapan (kg/cm²) R12 R22 R500 R ,67 4,97 3,31 5,75 6 2,78 5,15 3,46 5,96 7 2,91 5,35 3,61 6,17 2. Kompresi Memiliki dua fungsi : Pertama, untuk menghisap refrigerant dari evaporator dan menekannya ke kondenser 7 Arismunandar, Wiranto dan Heizo Saito, Penyegaran Udara, Cet. 6, PT. Pradnya Paramitha, Jakarta, 2002, hal

6 Kedua, untuk meningkatkan tekanan refregerant. Pada tahap ini terjadi di kompresor dimana refrigerant yang berfasa uap dengan temperatur dan tekanan rendah dikompresi secara isentropic sehingga temperatur dan tekanannya menjadi tinggi, besar kapasitas pemanasan dapat ditulis dengan persamaan 8 : = ( - ) Dimana : : Kapasitas pemanasan ( kj/s ) m : Laju aliran massa refrigerant ( kg/s ) - : Kerja kompresi ( kj/kg ) 3. Kondensasi (Pengembunan) Memiliki dua fungsi : Pertama, untuk membuang panas yang disimpan refrigerant pada evaporator. Kedua, untuk mengubah fase refrigerant dari uap menjadi cairan. Pada tahap ini terjadi didalam kompresor, dimana panas dari refrigerant yang berfasa uap dari kompresor dibuang ke lingkungan sehingga refrigerant tersebut mengalami kondensasi. Pada tahap ini terjadi perubahan fasa dari fasa uap superheat menjadi fasa cair jenuh, pada fasa cair jenuh ini tekanan dan termperaturnya masih tinggi. Besarnya kalor yang dilepaskan di kondensor adalah 9 : = - Dimana : Kalor yang dilepas di kondensor ( kj/kg ) : Entalphi refrigerant yang keluar dari kompresor ( Kj/kg ) : Entalphi refrigerant cair jenuh ( Kj/Kg ) 8 Yuriadi, Kusuma, Sistem Mekanikal Gedung, Jakarta, [s.n.], hal Yuriadi, Kusuma, Sistem Mekanikal Gedung, Jakarta, [s.n.], hal.10 10

7 Tabel 2.3 Temperatur pengembunan dan tekanan pengembunan dari beberapa Refrigerant 10 Temperatur Penguapan ( C ) Tekanan (lebih) Penguapan (kg/cm²) R12 R22 R500 R ,55 11,23 7,94 14, ,60 12,92 9,19 15, ,74 14,76 12,06 17,99 4. Ekspansi Mengubah cairan refrigerant yang panas menjadi cairan yang dingin dengan menurunkan tekanannya. Pada tahap ini terjadi di katup ekspansi dimana refrigerant diturunkan tekanannya yang diikuti dengan turunnya temperatur isentalphi. 11 Udara panas dari ruangan Cairan dingin EKSPANSI EVAPORASI Cairan uap panas dingin udara dingin Uap panas KOMPRESI KONDENSASI Gambar 2.3 Siklus Pendingin 10 Arismunandar, Wiranto dan Heizo Saito, Penyegaran Udara, Cet. 6, PT. Pradnya Paramitha, Jakarta, 2002, hal Sunarno, Mekanikal Elektrikal, Ed. 1, Andi, Yogyakarta, 2005, hal

8 Proses penyegaran udara secara umum dapat dijelaskan menggunakan siklus carnot, yaitu sebagaimana berikut: 12 a b ekspansi isothermal pada sementara panas ditransfer ke fluida kerja dari sumber panas. b c kompresi isentropik dari ke tanpa perpindahan panas c d kompresi isotermal pada sementara ditransfer dari fluida kerja ke temperatur tinggi d a ekspansi isentropik dari ke tanpa perpindahan panas T d c a b Gambar 2.4 Grafik siklus carnot S 12 Sunarno, Mekanikal Elektrikal, Ed. 1, Andi, Yogyakarta, 2005, hal

9 Gambar 2.5 Diagram P-H Sistem Kompresi Uap 13 II.4 Dasar-Dasar Psikometrik Psikometrik merupakan suatu bahasan tentang sifat-sifat campuran udara dengan uap air, dan ini mempunyai arti yang sangat penting dalam pengkondisian udara karena udara pada atmosfir merupakan percampuran antara udara dan uap air, jadi tidak benar-benar kering. Kandungan uap air dalam udara pada untuk suatu keperluan harus dibuang atau malah ditambahkan. Pada bagan psikometrik ada dua hal yang penting, yaitu penguasaan akan dasardasar bagan dan kemampuan menentukan sifat-sifat pada kelompok-kelompok keadaan lain, misalnya tekanan barometrik yang tidak standar. Untuk memahami proses-proses yang terjadi pada karta psikometrik perlu adanya pemahaman tentang hukum Dalton dan sifat-sifat yang ada dalam karta psikometrik, antara lain : 13 Yuriadi, Kusuma, Sistem Mekanikal Gedung, Jakarta, [s.n.], hal

10 1. Temperatur Bola Kering. Temperatur bola kering merupakan temperatur yang terbaca pada termometer sensor kering dan terbuka, namun penunjukan dari temperatur ini tidak tepat karena adanya pengaruh radiasi panas. 2. Temperatur Bola Basah. Temperatur bola basah merupakan temperatur yang terbaca pada termometer dengan sensor yang dibalut dengan kain basah. Untuk mengukur temperatur ini diperlukan aliran udara sekurangnya adalah 5 m/s. Temperatur bola basah sering disebut dengan temperatur jenuh adiabatik. 3. Titik Embun. Titik embun adalah temperatur air pada keadaan dimana tekanan uapnya sama dengan tekanan uap air dari udara. Jadi pada temperatur tersebut uap air dalam udara mulai mengembun dan hal tersebut terjadi apabila udara lembab didinginkan. Pada tekanan yang berbeda titik embun uap air akan berbeda, semakin besar tekanannya maka titik embunnya semakin besar. 4. Kelembaban Relatif. Kelembaban relatif didefinisikan sebagai perbandingan fraksi molekul uap air di dalam udara basah terhadap fraksi molekul uap air jenuh pada suhu dan tekanan yang sama, atau perbandingan antara tekanan persial uap air yang ada di dalam udara dengan tekanan jenuh uap air yang ada pada temperatur yang sama. Kelembaban relatif dapat dikatakan sebagai kemampuan udara untuk menerima kandungan uap air, jadi semakin besar RH semakin kecil kemampuan udara tersebut untuk menyerap uap air. Kelembaban ini dapat dirumuskan 14 : RH = Pw Pws x100% 14 Yuriadi, Kusuma, Sistem Mekanikal Gedung, Jakarta, [s.n.], hal

11 dimana : Pw Pws : Tekanan parsial uap air : Tekanan jenuh uap air 5. Kelembaban spesifik (rasio kelembaban) Kelembaban spesifik (w) adalah berat atau massa air yang terkandung didalam setiap kilogram udara kering, atau perbandingan antara massa uap air dengan massa udara kering yang ada didalam atmosfir. Kelembaban spesifik dapat dirumuskan 15 : Dimana : Mw w = Ma W Mw Ma : Kelembaban spesifik : Massa uap air : Massa udara kering 6. Entalpi Entalpi merupakan energi kalor yang dimiliki oleh suatu zat pada temperatur tertentu, atau jumlah energi kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 kg udara kering dan x kg air ( dalam fasa cair ) dari 0 o C sampai mencapai t o C dan menguapkannya menjadi uap air ( fasa gas). 7. Volume spesifik. Volume spesifik merupakan volume udara campuran dengan satuan meterkubik per kilogram udara kering. 15 Yuriadi, Kusuma, Sistem Mekanikal Gedung, Jakarta, [s.n.], hal

12 II.5 Klasifikasi Sistem Pengkondisian Udara Sistem Pengkondisian Udara dapat di klasifikasikan sebagai berikut: II.5.1 AC Paket Pada AC paket udara yang dikondisikan temperaturnya mengalami perpindahan panas langsung dengan refrigeran, jadi tidak diperlukan refrigeran sekunder seperti air dan sebagainya. AC jenis dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1. AC Portabel Pada AC Portabel komponen-komponen utama disimpan pada ruangan yang akan dikondisikan. Udara yang akan dikondisikan didinginkan oleh evaporator dan diisap melalui kipas, sedangkan udara yang dipakai untuk mendinginkan kondensor diambil dari ruangan itu juga lalu dibuang melalui cerobong ke luar ruangan yang di kondisikan udaranya. Kelemahan dari unit ini adalah kemampuan mendinginkan ruangan akan semakin berkurang jika unit beroperasi semakin lama, karena panas yang dihasilkan baik oleh kondensor maupun kompresor akan terserap ke dalam evaporator. 16

13 Gambar 2.6 Penyegar Udara Jenis Paket Type Jendela (window) Pada tipe jendela ini seluruh komponen terpasang pada satu unit, sehingga unit ini diletakkan sebagian didalam ruangan yang akan dikondisikan udaranya dan sebagian lagi diletakkan diluar untuk membuang udara keluaran dari kondensor. Keuntungan dari jenis ini adalah pemasangan relatif lebih mudah, berukuran kecil, sedangkan kelemahannya segi distribusi udara dan nilai estetika yang rendah. 16 Arismunandar, Wiranto dan Heizo Saito, Penyegaran Udara, Cet. 6, PT. Pradnya Paramitha, Jakarta, 2002, hal

14 Gambar 2.7 Penyegar Udara Jenis Jendela (Window) Type Terpisah (split) Pada jenis ini kompresor, kondensor, katup ekspansi dan kipas kondensor berada pada satu unit yang diletakkan di luar ruangan yang dikondisikan udaranya yang di sebut dengan out-door. Sedangkan evaporator, kipas evaporator dan unit kontrol biasanya diletakkan dalam satu unit dan diletakkan didalam ruangan yang disebut in-door. Keuntungan dari sistem ini adalah nilai estetika yang relatif tinggi, karena terdapat beberapa pilihan in-door yang biasa disesuaikan dengan arsitek gedung, juga kapasitas yang dipasang dapat beragam. 17 Arismunandar, Wiranto dan Heizo Saito, Penyegaran Udara, Cet. 6, PT. Pradnya Paramitha, Jakarta, 2002, hal

15 Gambar 2.8 Penyegar udara jenis terpisah (split) 18 II.5.2 AC Senteral Pada dasarnya prinsip kerja antara AC Sentral dan AC Paket sama, perbedaannya ada pada media pemindah kalor pada evaporator dan kondensor. media sirkulasi yang digunakan pada sistem ac sentral yaitu refrigerant, air panas, dan air dingin. Proses sirkulasi refrigerant ac sentral sama dengan proses sirkulasi pada ac jenis paket dimana mempunyai empat komponen pokok diantaranya kompresor, kondensor, alat ekspansi dan evaporator. Refrigerant berbentuk gas yang berasal dari suction line dikompresi oleh kompresor sehingga temperatur dan tekanannya akan mengalami kenaikan, selanjutnya refrigerant akan dialirkan ke kondensor melalui discharge line. Gas bertemperatur dan bertekanan tinggi ini akan dialirkan ke kondensor untuk diturunkan temperaturnya sehingga gas tersebut akan berubah fasa menjadi cair. Untuk mencairkan uap refrigerant yang bertekanan dan bertemperatur tinggi, keluaran dari kompresor diperlukan satu media pemindah kalor dari refrigerant ke lingkungan, biasanya yang digunakan adalah air sebagai medianya

16 Cairan yang bertekanan tinggi keluaran dari kondensor akan dimasukkan kedalam alat ekspansi yang digunakan untuk menurunkan tekananyang akan menyebabkan penurunan temperatur evaporasi kemudian dimasukkan ke dalam evaporator. Evaporator digunakan sebagai alat untuk menyerap kalor dari beban pendingin yang dibawa oleh air sehingga temperatur air yang dikondisikan akan turun dan refrigerant akan mengalami perubahan fasa dari cair ke gas dan akan disirkulasikan kembali ke dalam kompresor. Siklus air panas dimulai dari kondensor dimana air akan mengmbil panas pada refrigerant lalu air akan dimasukkan pada cooling tower sehingga panas air akan dibuang ke lingkungan, air yang sudah dingin disirkulasikan kembali oleh pompa masuk ke kondensor. Sirkulasi air dingin dimulai di evaporator disini refrigerant akan mengambil kalor dari air sehinga air akan mengalami penurunan temperatur sedangkan refrigerant akan mengalami perubahan fasa dari cair ke fasa gas. Air sudah mengalami penurunan temperatur akan dialirkan ke dalam unit penukar kalor untuk menyerap panas beban pendingin dan air yang sudah menyerap panas akan disirkulasikan kembali kedalam evaporator melalui sebuah pompa. Gambar 2.9 Skema sistem penyegaran udara sentral Arismunandar, Wiranto dan Heizo Saito, Penyegaran Udara, Cet. 6, PT. Pradnya Paramitha, Jakarta, 2002, hal

17 II.6 Penggolongan Sistem Pengkondisian Udara Jenis yang mendasari penggolongan sistem pengkondisian udara sentral adalah untuk menjamin pengaturan pengaturan ruangan yang diteliti, maka sesuai dengan kemajuan teknik pengkondisian udara yang telah dicapai sampai pada saat ini, dapat dikembangkan beberapa sistem. Hal ini tersebut terutama menyangkut perkembangan elemen pendinginnya. Jenis-jenis sistem penyegaran udara adalah sebagai berikut : II.6.1 Sistem Udara Penuh Pada sistem ini udara dari ruangan yang akan dikondisikan didinginkan oleh udara pendingin yang dihasilkan dari mesin pendingin (air handling unit) dimana pada unit ini udara akan membuang kalornya pada air chilled water kemudian dimasukkan ke dalam ruangan oleh blower sedangkan udara panas (return air) akan ditarik kembali ke dalam unit tersebut. Gambar 2.10 Sistem Udara Penuh Yuriadi, Kusuma, Sistem Mekanikal Gedung, Jakarta, [s.n.], hal.7. 21

18 1. Sistem Saluran Tunggal Sistem ini merupakan sistem penghantar udara paling banyak dipergunakan. Campuran udara ruangan didinginkan dan dilembabkan, kemudian dialirkan kembali kedalam ruangan melalui saluran udara. Keuntungan dari sistem ini adalah : Sederhana, mudah perancangannya, pemasangannya, pemakaiannya dan perawatannya. Biaya awal lebih rendah dan murah. Kerugian dari sistem ini adalah : Saluran utama berukuran besar sehingga memerlukan tempat yang lebih besar. Kesulitan dalam mengatur temperatur dan kelembaban dari ruangan yang sedang dikondisikan, karena beban kalor dair ruangan yang berbeda satu dengan lainnya. Pada dasarnya sistem pengaturan untuk saluran tunggal menyangkut pengaturan temperatur udara melalui bagian-bagian utama dari saluran. Dalam hal tersebut, laju aliran dingin, laju aliran panas agtau uap ke koil udara, diatur sedemikian rupa sehingga temperatur udara dapat diubah. Sistem ini dinamakan sistem volume konstan temperatur variable, yang sudah banyak dipergunakan dalam sistem penghantar udara. Dalam keadaan dimana beban kalor dari beberapa ruangan yang akan dilayani ini berbeda-beda, boleh dikatakan tidak mungkin mempertahankan udara ruangan pada suatu temperatur tertentu, kecuali bagi beberapa ruangan utama saja. Jadi masalah tersebut dapat dipecahkan dengan melayani ruangan dengan beban kalor yang sama oleh satu pengolah udara secara sentral. 22

19 Gambar 2.11 Unit volume Udara Variable Sistem Dua Saluran (ganda) Pada sistem ini udara panas dan udara dingin dihasilkan secara terpisah oleh mesin penyegar udara yang yang bersangkutan. Kedua jenis udara itupun disalurkan melalui saluran yang terpisah satu sama lain. Tetapi kemudian dicampur sedemikian rupa sehingga tercapai tingkat keadaan yang sesuai dengan beban kalor dari ruangan yang akan disegarkan. Sesudah itu disalurkan ke dalam ruangan yang bersangkutan. Dalam sistem ini, alat yang diperlukan untuk mencampur udara panas dan udara dingin dalam perbandingan jumlah aliran yang ditetapkan untuk memperoleh kondisi akhir yang didinginkan, dinamai alat pencampur. Sistem dua saluran dapat memberikan hasil pengaturan yang lebih teliti. Tetapi memerlukan lebih banyak energi kalor dan lebih tinggi harga awalnya. Ada dua jenis sistem dua saluran, yaitu sistem volume konstan dan sistem volume variable. 21 Yuriadi, Kusuma, Sistem Mekanikal Gedung, Jakarta, [s.n.], hal.9. 23

20 Gambar 2.12 Sistem Dua Saluran (ganda) 22 II.6.2 Sistem Air Udara Ciri-ciri sistem air udara adalah dimana kondisi ruangan sepenuhnya diatur oleh udara dari sistem penyegaran udara sentral, termasuk dalam golongan sistem udara penuh (all air system). Dalam sistem air udara, unit koil-kipas udara atau unit induksi dipasang di dalam ruangan yang akan disegarkan. Air dingin (dalam hal pendinginan) atau air panas (dalam hal pemanasan) dialirkan ke dalam unit tersebut, sedangkan udara ruangan dialirkan melalui unit tersebut sehingga menjadi dingin atau panas. Selanjutnya, udara tersebut bersirkulasi di dalam ruangan. Demikian pula untuk keperluan ventilasi, udara luar yang telah didinginkan dan dikeringkan atau udara luar yang telah dipanaskan dan dilembabkan dialirkan dari mesin penyegar sentral ke ruangan yang akan disegarkan. Oleh karena berat jenis dan kalor spesifik air lebeh besar dari pada udara, maka baik daya yang diperlukan untuk mengalirkan maupun ukuran pipa yang diperlukan untuk memindahkan kalor yang sama adalah lebih kecil. Dengan demikian, untuk beban kalor dari ruangan yang akan disegarkan, banyaknya udara yang mengalir dari mesin penyegar udara sentral adalah lebih kecil. Maka ruangan yang diperlukan untuk menempatkan saluran udara menjadi lebih kecil. 22 Yuriadi, Kusuma, Sistem Mekanikal Gedung, Jakarta, [s.n.], hal.9. 24

21 Disamping itu, ukuran mesin penyegar udara maupun daya yang diperlukan adalah lebih kecil jika di bandingkan dengan yang diperlukan oleh sistem udara penuh. Dalam sistem air udara jumlah pemasukan udara ke dalam ruangan biasanya sama dengan jumlah udara luar untuk ventilasi atau jumlah udara yang dikeluarkan dari ruangan. Udara luar tersebut, didinginkan dan dikeringkan atau dipanaskan dan dilembakan dan termasuk sebagian dari beban kalor ruangan. Udara tersebut dinamai udara primer. Pada umumnya, sebagian kalor sensibel dari ruangan dari ruangan diatasi oleh unit ruangan, sedangkan kalor laten diatasi oleh udara primer. Gambar 2.13 Sistem Air Udara 23 II.6.3 Sistem Air Penuh Pada sistem air penuh air dingin dialirkan melalui unit koil-kipas udara, untuk penyegaran udara. Jadi berbeda dengan sistem udara-air yang menggunakan udara primer. 23 Arismunandar, Wiranto dan Heizo Saito, Penyegaran Udara, Cet. 6, PT. Pradnya Paramitha, Jakarta, 2002, hal

22 Dalam hal ini, udara yang diperlukan untuk ventilasi dimasukkan sebagai infiltran melalui celah-celah pintu atau jendela, atau udara luar yang terisap langsung melalui lubang masuk pada dinding. Disebelah belakang unit koil-kipas udara yang bersangkutan. Hal ini akan menyebabkan ventilasi yang kurang baik. Untuk mengatasi kekurangan tersebut, dalam beberapa hal udara yang diperlukan untuk ventilasi dimasukkan ke dalam ruangan melalui saluran khusus. Mengingat karakteristik unit koil-kipas udara tersebut, maka timbul kesulitan pengontrolan kelembaban pada sistem air penuh, sehingga udara ruangan dapat menjadi terlampau lembab ataupun terlampau kering. Kesulitan ventilasi dan pengaturan kelembaban akan menyebabkan jenis sistem tersebut tidak sesuai untuk melayani gedung yang besar, meskipun harga awalnya rendah. II.7 Distribusi Udara di dalam Ruangan dan Tingkat Kenyamanan Dalam pengkondisian udara, udara yang bergerak di dalam ruangan merupakan udara campuran (udara total) dari udara segar yang masuk ke dalam ruangan melalui lubang keluar (udara primer) dan udara ruangan yang terinduksi (udara sekunder). Kecepatan sumbu arus udara yang masuk dan mencapai bagian yang digunakaan adalah kira-kira 0,25 m/s. Jarak axial dalam arah horisontal atau vertikal yang ditempuh arus udara sejak meninggalkan lubang keluar sampai ke titik dalam ruangan, dimana kecepatan udara mencapai 0,25 m/s, dinamai jarak lemparan (throw). Apabila udara panas atau udara dingin masuk ke dalam ruangan, maka udara total cenderung bergerak ke atas atau ke bawah, tergantung pada perbedaan berat jenis antara udara ruangan dan udara masuk ruangan. Jarak vertika antara lubang keluar dan titik, pada selubung pancaran udara jatuh (drop) atau jarak naik (rise). Perbandingan antara volume udara total terhadap volume udara primer dinamai perbandingan pemasukan (entrainment ratio). II.8 Kecepatan Aliran Udara Kecepatan aliran udara keluar yang dialirkan dalam saluran udara diklasifikasikan menjadi dua, yaitu : 1. Untuk gedung atau pemakaian komersial 26

23 Kecepatan rendah : 6-12,7 m/s Kecepatan tinggi : diatas 12,7 m/s 2. Untuk pabrik Kecepatan rendah : 11,27 12,7 m/s Kecepatan tinggi : 12,7 25,5 m/s Sedangkan untuk aliran udara balik : 1. Untuk gedung atau pemakaian komersial : 7.6 9,14 m/s 2. Untuk pabrik : 12,7 25,4 m/s II.9 Komponen Sistem Pendingin II.9.1 Komponen Utama Suatu mesin pendingin terdiri dari komponen- komponen utama, diantaranya : 1. Kompresor Kompresor berfungsi untuk memberikan kompresi atau tekanan pada refrigerant yang berasal dari section line sehingga temperatur dan tekanannya naik dan selanjutnya dialirkan ke discharge line. Gambar 2.14 kompresor 2. Kondensor Kondensor berfungsi sebagai media pemindah kalor dari refrigerant ke lingkungan untuk mencairkan uap refrgerant yang bertekanan dan bertemperatur tinggi dari kompresor. Disini kalor dilepaskan ke lingkungan. 27

24 Berdasarkan media pendinginannya kondensor dibagi menjadi 3 macam, yaitu : a. Kondensor berpendingin air (water cooled condenser) b. Kondensor berpendingin udara(air cooled condenser) c. Kondensor berpendingin udara dan air (air anda water cooled condensor) Gambar 2.15 kondensor Evaporator Evaporator berfungsi sebagai alat penyerap kalor dari lingkungan ke refrigerant sehingga refrigerant akan mengalami perubahan fasa dari cair menjadi uap. Berdasarkan bentuk dan permukaan koilnya, evaporator dibagi menjadi 3 macam, yaitu : a. Evaporator pipa telanjang (bare tube evaporator) b. Evaporator pelat (plate surface evaporator) c. Evaporator bersirip (finned evaporator) Dilihat cara kerjanya secara ekspansi langsung evaporator dibagi menjadi 2 macam, yaitu: a. Flooded evaporator 24 Arismunandar, Wiranto dan Heizo Saito, Penyegaran Udara, Cet. 6, PT. Pradnya Paramitha, Jakarta, 2002, hal

25 b. Dry expantion evaporator Dilihat dari konstruksinya evaporator dibagi menjadi 2 macam, yaitu : a. Shell and tube evaporator b. Shell and coil evaporator Dalam proses pendinginan, pada umumnya temperatur permukaan bidang evaporator lebih rendah daripada titik embun dari udara masuk. Apabila udara ruangan menyentuh permukaan koil pendingin, uap air dalam udara akan mengembun sehingga koil menjadi basah. Pada umumnya temperatur bola kering (Tdb) udara keluar evaporator adalah 15 C - 17 C dan temperatur bolah basah (Twb) 13 C - 15 C. Untuk evaporator dengan penguapan 2 C - 7 C, kecepatan udara sekitar 2 m/s sebagai kondisi standard dan menggunakan koil dengan 3 atau 4 baris. Gambar 2.16 evaporator Tabung dan Koil Katup Ekspansi Katup ekspansi berfungsi untuk mengekspansikan secara adiabatik cairan refrigerant yang bertekanan dan bertemperatur tinggi sampai tingkat keadaan tekanan dan temperatur rendah. 25 Arismunandar, Wiranto dan Heizo Saito, Penyegaran Udara, Cet. 6, PT. Pradnya Paramitha, Jakarta, 2002, hal

26 Ada bermacam-macam jenis katup ekspansi, antara lain : a. Automatic expantion valve b. Thermostatic expantion valve c. Katup apung sisi tekanan tinggi d. Katup apung sisi tekanan rendah e. Manual expantion valve f. Pipa kapiler g. Thermoelectric expantion valve h. Electronic expantion valve Dari banyak jenis katup expantion tersebut yang paling banyak digunakan untuk sistem pendingin komersial adalah pipa kapiler karena beban yang didinginkan relatif konstan dan mempunyai harga yang relatif murah. Gambar 2.17 katup ekspansi II.9.2 Komponen Tambahan Untuk meningkatkan kinerja dari mesin pendingin diperlukan beberapa komponen tambahan, antara lain : 1. Filter drier Filter drier berfungsi untuk menyaring kotoran dan menyerap uap air yang terkandung di dalam sistem. Saringan di dalam komponen 30

27 ini berupa anyaman kawat yang halus, sedangkan bahan penyerapnya dari zat kimia desikan (silica gel). Selain dapat menyerap uap air zat kimia ini dapat pula menyerap asam, hail uraian, minyak pelumas dll. Pada alat pendingin udara sebaiknya dilengkapi filter drier ini karena jika tidak dapat menyebabkan : a. Membekunya uap air dalam sistem sehingga sistem dapat tersumbat. b. Terbentuknya asam yang disebabkan bereaksinya uap air dengan bahan pendingin dan minyak pelumas kompresor. Terbentuknya asam ini dapat menimbulkan korosi pada komponen sistem. c. Rusaknya kompresor dan tersumbatnya pipa kapiler karena terbentuknya endapan oleh air dan asam yang terkandung dalam sistem sehingga merusak minyak pelumas kompresor 2.18 Filter Drier 2. Thermostat Thermostat berfungsi untuk mempertahankan temperatur di dalam media yang didinginkan agar tetap konstan dengan menjalankan dan menghentikan kompresor secara otomatis. Pada thermostat ini dilengkapi dengan bulb yang berfungsi sebagai sensor perubahan temperatur, jika temperatur yang diinginkan telah tercapai maka bulb terisi dengan fluida tersebut mengirimkan sinyal untuk memutuskan arus listrik sehingga kompresor berhenti bekerja. 31

28 3. Liquid Receiver (Receiver Tank) Fungsi liquid receiver adalah untuk menampung refrigerant yang berasal dari kondensor dan memastikan bahwa refrigerant yang memasuki katup ekspansi benar-benar berfasa cair. Gambar 2.19 Liquid Receiver (Tank receiver) 4. Sight Glass Sight Glass berfungsi untuk mengetahui jumlah refrigerant yang mengalir di dalam sistem. Jika kita melihat adanya gelembung udara pada sight glass maka dapat dipastikan bahwa sistem mengalami kekurangan refrigerant. Disamping itu sight glass juga berfungsi sebagai indikator adanya uap air di dalam sistem yang berubah warna apabila ada kandungan uap air. Warna normal sight glass pada umumnya adalah biru atau hijau, dan jika terdapat kandungan uap air maka warna biru akan berubah menjadi pink (merah muda), sedangkan warna hijau akan berubah menjadi kuning. Gambar 2.20 Sight Glass 32

29 5. Pressurestat Pressurestat merupakan saklar pemutus arus listrik yang bekerja berdasarkan tekanan sistem dengan membuka titik kontaknya. Alat ini berfungsi untuk melindungi sistem refrigrasi dari tekanan yang terlalu tinggi atau terlalu rendah. Setelah tekanan dalam sistem sudah tidak berbahaya lagi maka kontak saklar pemutus akan menutup kembali dan sistem kembali bekerja Jenis-jenis pressurestat adalah : 1. Low Pressurestat ( saklar pemutus tekanan rendah ). 2. Hight Pressurestat ( saklar pemutus tekanan tinggi ). 3. Hight-Low Pressurestat ( saklar pemutus tekanan tinggi dan rendah ). II.10 Refrigerant Refrigerant merupakan suatu media pendingin yang dapat berfungsi untuk menyerap kalor dari lingkungan atau untuk melepaskan kalor ke lingkungan. Sifat-sifat fisik termodinamika refrigerant yang digunakan dalam sistem refrigerasi perlu diperhatikan agar sistem dapat bekerja dengan aman dan ekonomis, adapun sifat refrigerant yang baik adalah : a. Tekanan penguapannya harus tinggi, untuk menghindari kemungkinan terjadinya vakum pada evaporator dan turunnya efisiensi volumetrik karena naiknya perbandingan kompresi b. Tekanan pengembunan yang rendah sehingga perbandingan kompresinya rendah dan penurunan prestasi kompresi dapat dihindari. c. Kalor laten penguapan harus tingggi agar panas yang diserap oleh evaporator lebih besar jumlahnya, sehingga untuk kapasitas yang sama, jumlah refrigerant yang dibutuhkan semakin sedikit. d. Koefisien prestasi harus tinggi, ini merupakan parameter yang penting untuk menentukan biaya operasi e. Konduktifitas thermal yang tinggi untuk menentukan karakteristik perpindahan panas. 33

30 f. Viskositas yang rendah dalam fasa cair atau gas. Dengan turunnya tahanan aliran refrigerant dalam pipa kerugian tekanannay akan berkurang. g. Konstanta dielektrik yang kecil, tahanan listrik yang besar serta tidak menyebabkan korosi pada material isolasi listrik. h. Refrigerant hendaknya stabil dan tidak bereaksi dengan material yang digunakan sehingga tidak menyebabkan korosi. i. Refrigerant tidak boleh beracun dan berbau. j. Refrigerant tidak boleh mudah terbakar dan meledak. k. Dapat bercampur dengan minyak pelumas tetapi tidak merusak dan memperngaruhinya. 34

31 Tabel 2.4 Jenis dan Penggunaan Refrigerant 26 Refrigeran Titik didih ( 0 C ) Jenis Kompresor Temperatur penguapan R 11 23,8 Sentrifugal Tinggi (pendinginan udara) R 12-29,8 Torak, putar Tinggi-rendah (pembekuan, pendinginan ruangan) R 13-81,4 Torak, putar Temperatur sangat rendah R 21 8,9 Torak, putar Tinggi (pendinginan) R 22-40,8 Torak, putar Tinggi-rendah (refrigerasi, pendinginan R ,6 Sentrifugal Tinggi (pendinginan) R ,6 Torak, putar Tinggi-rendah (refrigerasi, pendinginan) Temperatur pengembunan Biasa (pendinginan air, udara) Biasa (pendinginan air, udara) Pendinginan biner Tinggi (pendinginan udara) Biasa (pandinginan air, pendinginan udara) Biasa (pandinginan air, pendinginan udara) Biasa (pandinginan air, pendinginan udara Penggunaan Pendinginan air sentrifugal Penyegar udara, refrigerasi dan pendinginan Refrigerasi temperatur sangat rendah Pendingin kabin alat pengangkat Penyegar udara, refrigerasi pada umumnya, pendinginan. Pendingin air sentrifugal ukuran kecil Lemari pamer, unit temperatur rendah 26 Arismunandar, Wiranto dan Heizo Saito, Penyegaran Udara, Cet. 6, PT. Pradnya Paramitha, Jakarta, 2002, hal

32 II.11 Faktor Perhitungan Beban Pendingin Tujuan dari perhitungan beban pendingin adalah untuk mengetehui besarnya beban kalor dari suatu ruangan yang dikondisikan dengan penyegar udara sehingga dapat ditentukan 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 panjang, serta untuk mengetahui karakteristik dinamik dari instalasi yang bersangkutan. Dalam perhitungan beban kalor puncak terdapat dua macam versi perhitungan, yaitu : 1. Perhitungan beban dengan memakai 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 berarti heat gain dari radiasi matahari lambat laun akan menjadi beban kalor. Sehingga utamanya akan menjadi lebih kecil dari yang diperkirakan semula. 2. Perhitungan dengan memakai anggapan beban kalor yang dikoreksi terhadap heat gain. Maksudnya adalah anggapan bahwa udara ruangan harus dapat dipertahankan konstan pada temperatur dan kelembaban tertentu selama 24 jam. Tetapi kenyataannya, kalor tersimpan di dalam lantai atau benda ruangan lainnya selama libur apabila dalam waktu tersebut penyegaran udara dihentikan. Maka kalor tersebut harus ditambahkan dalam perhitungan beban kalor tersebut. Kita sebaiknya lebih dicurahkan pada perhitungan, pada temperatur dan kelembaban tertentu selama 24 jam. 36

33 II.11.1 Faktor Aspek Fisik Faktor aspek fisik terdiri dari, antara lain : a. Karakteristik gedung Material yang digunakan Bentuk dan ukuran gedung Warna permukaan luar b. Orientasi gedung Lokasi gedung Pengaruh sinar matahari dan mata angin Pengaruh bayangan lain Pengaruh pantulan panas c. Penghuni Jumlah, usia, jenis aktifitas, lamanya berada dalam gedung d. Fungsi gedung Kantor, hotel, rumah sakit, pertokoan, pabrik, mall dan lain lain. e. Ventilasi Kebuthan udara per orang Penghuni merokok atau tidak f. Peralatan Jenis dan jumlah g. Tingkat pemakaian gedung Terus menerus atau terputus II.11.2 Faktor Jenis Beban Faktor jenis beban terdiri dari : a. Beban kalor sensibel Beban ini menyebabkan terjadinya perubahan temperatur yang dihasilkan oleh objek yang berasa di dalam atau di luar ruangan yang masuk akibat perambatan kalor. 37

34 b. Beban kalor laten Beban ini menyebabkan terjadinya perubahan dari suatu material tanpa adanya perubahan temperatur. Beban ini terbawa oleh uap air sehingga naiknya kelembaban udara dalam ruangan. II.11.3 Sumber Beban Pendingin Sumber beban pendingin dapat digolongkan dalam tiga jenis, yaitu : a. Beban dari luar gedung Yaitu kalor yang berasal dari luar gedung yang masuk ke dalam ruangan yang akan dikondisikan. Yang termasuk dalam beban pendingin dari luar gedung adalah : Kondisi melalui luar, atap dan kaca Radiasi matahari b. Beban dari dalam gedung Yaitu kalor yang berasal dari dalam ruangan yang akan dikondisikan. Yang termasuk dalam beban dari dalam gedung adalah : Penghuni Penerangan Peralatan c. Ventilasi dan infiltrasi Yaitu kalor yang berasal dari luar yang masuk ke ruangan yang akan dikondisikan melalui celah pintu, jendela dan lubang-lubang keluaran lainnya. II.12 Aflikasi Sistem Pengkondisian Udara Pada Gedung Dalam pemilihan sistem pengkondisian udara pada gedung hendaknya tetap mengacu pada kebutuhan yang diperlakukan sesuai dengan karakteristik dari jenis gedung itu sendiri agar didapatkan sistem yang cocok untuk digunakan oleh gedung tersebut. Selain itu karena tidak semua ruangan dipakai pad saat yang sama dalam perancangan sistem pengkondisian udara faktor penggunaan ruangan hendaknya dipertimbangkan dengan seksama sehingga dapat dipilih mesin pengkondisian udara dengan kapasitas yang tepat. 38

35 II.12.1 Gedung Kantor Untuk penyegaran udara gedung kantor sebaiknya pembagian daerah dilakukan berdasarkan titik-titik kardinal, lama kegiatan, adanya ruang khusus seperti ruang pertemuan dan sebagainya. Untuk gedung kecil dimana daerah parameternya 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. II.12.2 Hotel Untuk ruang tamu sebaiknya menggunakan sistem penyegar udara dengan pengatur 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 untuk memberikan ventilasi bagi kamar mandi dan closet. Untuk ruang umum menggunakan saluran tunggal jenis sentral. ntuk hotel yang khusus digunakan untuk keperluan pekerjaan sebaiknya menggunakan sistem saluran tunggal untuk ruang tamu dan pemanas pada setiap salurn cabang ke setiap ruang tamu atau dapat menggunakan unit koil kipas udara jenis air penuh, pendinginan ruanga yang terpasang di dinding, atau pendingin ruangan jenis pompa kalor. Untuk rumah apartemen dan asrama sistem yng dipakai sama dengan yang dipakai di hotel dengan harus mempertimbangkan ventilasi dapur. II.12.3 Rumah Sakit Rumah sakit adalah jenis bangunan yang mempunyai banyak ruangan dengan berbagi fungsi yang berbeda dengan jenis bangunan yang lainnya dimana 39

36 lingkungannya harus dijaga agar tetap bersih untuk mencegah penyebarannya dan perkembanganbiakan bakteri organik. Unit bangsal digunakan sistem penyegar udara jenis air udara dengan unit koil kipas udara atau unit induksi. Disini udara primer dimasukkan ke ruangan untuk ventilasi dan bekerja dengan sistem udara luar penuh. Saringan udara harus dirawat terpisah atau sama lain. Untuk ruang konsultasi digunakan sistem penyegar udara jenis air udara dengan pengaturan terpisah satu sama lain. Untuk ruang tunggu digunakan sistem sentral atau sistem unit paket. Untuk ruang operasi digunakan sistem saluran tunggal dengan penyegar udara yang terpisah. Sistem ini juga dipakai untuk ruang periksa dan radioskop dengan catatan dipakai sistem udara luar penuh dan udara yang masuk ke ruangan harus bebas debu. Untuk ruang pengurus rumah sakit dan perawat dipakai sistem udara seperti pada gedung kantor. II.12.4 Toko Serba Ada dan Pusat Pertokoan Dahulu toko serba ada dan pusat pertokoan biasanya menggunakan sistem dengan beberapa unit paket (sesuai dengan beban kalor tiap lantainya yang berasal dari pengunjung dan pramuniaga) dimana udara dingin dimasukkan langsung ke dalam ruangan dari unit-unti tersebut. Akan tetapi saat ini khususnya pusat pertokoan modern telh banyak yang menggunakan sistem saluran tunggal jenis sentral. II.12.5 Gedung Bioskop, Gedung Pertemuan Umum, Mesjid, sebagainya Gereja dan Untuk melayani gedung-gedung tersebut kita perlu melakukan operasi pemanasan ruangan sebelum ruangan tersebut digunakan, maka untuk jangka panjang kita tidak dapat memberikan pengaruh pemanasan itu kepada pengunjung. 40

37 Untuk ruangan penonton dan pengunjung sebaiknya menggunakan sistem saluran tunggal dimana udara dingin dimasukkan 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 sebaiknya dilakukan dengan memasukkan udara panas melalui panel pada lantai. Karena tarikan udara dingin dapat terjadi dipanggung maka mesin penyegar udara yang dipergunakan harus dipasang dengan radiator pada dinding untuk mencegah jatuhnya udara dingin. II Industri Pada industri sistem penyegar udara yang dipakai dibagi menjadi dua golongan, yaitu : Penyegar udara untuk untuk karyawan. Penyegaran udara untuk industri ( Proses produksi, penyimpanan, Lingkungan kerja mesin dan sebagainya) Faktor terpenting dalam setiap sistem adalah faktor ekonomi, mutu produksi dan peningkatan produktifitas. II.12.7 Tempat Tinggal Sistem penyegaran udara yang dipakai disini tergantung pada tingkat kegiatan keluarga, pekerjaan, pendapatannya. Untuk rumah mewah dan besar digunakan sistem penyegaran udara saluran tunggal sentral dengan sistem air penuh dengan dengan koil kipas udara atau sistem unti paket. Untuk rumah pada umumnya, biasanya menggunakan satu atau dua ruangan yang dilayani oleh pendingin ruangan. Untuk apartemen digunakan sama seperti rumah biasa atau menggunakan sistem saluran tunggal sentral atau sistem unit koil kipa udara. 41