19 BAB III TINJAUAN PUSTAKA 3.1 PENDAHULUAN Sistem tata udara Air Conditioning dan Ventilasi merupakan suatu proses mendinginkan atau memanaskan udara sehingga dapat mencapai suhu dan kelembaban yang diinginkan atau dipersyaratkan. Selain itu, mengatur aliran udara dan kebersihannya. Sistem ventilasi yang baik diperlukan pada ruangan kerja untuk meningkatkan kenyamanan dalam bekerja terutama untuk ruangan-ruangan produksi yang menggunakan mesin-mesin yang mengeluarkan panas. Keberadaan ventilasi pada bangunan di daerah tropis sangat penting bagi kenyaman termal dan berperan dalam mendukung peningkatan waktu kerja produktif (Prasasti et al., 2005). Standar ukuran ventilasi yang berkisar antara 10 sampai 20% dapat ditingkatkan sampai mencapai 50% dari luasan lantai jika kebutuhan kecepatan angin dalam ruangan belum memadai. Hal ini dapat dicapai dengan pemilihan jenis bukaan atau jendela yang dapat mendorong terjadinya pergerakan udara yang lebih cepat atau dengan memperbesar kecepatan udara (Indrani, 2008). Pada instalasi Air Conditioning dan Ventilasi dipergunakan untuk menjaga suhu dan kelembaban pada suatu ruangan yang didesain sedemikian rupa sehingga nyaman untuk dihuni. Perancangan suatu instalasi Air Conditioning dan Ventilasi untuk bangunan gedung harus diperhatikan mengingat biaya dan energi yang digunakan relatif besar. Perancangan dan penyelengaraan bangunan yang dilakukan dalam pendekatan moderen dimaksutkan untuk menghasilkan tingkat efisiensi, kenyamanan dan kenikmatan bagi pengguna atau penghuni bangunan (Latar, 2013).
20 3.2 SISTEM TATA UDARA Sistem tata udara adalah suatu proses mendinginkan atau memanaskan udara sehingga dapat mencapai suhu dan kelembaban yang didinginkan atau dipersyaratkan. Selain itu, mengatur aliran udara dan kebersihannya. Sistem penyegaran udara pada umumnya dibagi menjadi dua golongan utama yaitu: a. Penyegaran udara untuk kenyamanan Menyegarkan udara ruangan untuk memberikan kenyamanan kerja bagi orang yang melakukan kegiatan tertentu. b. Penyegaran udara untuk industri Menyegarkan udara ruangan karena diperlukan oleh proses, bahan, peralatan atau barang yang ada di dalamnya. Penyegar udara atau yang biasa disebut Air Conditioner (AC) dirancang dengan mempergunakan bahan atau unsur pendinginan (Refrigerant) yang mempunyai sifat mekanis yang dimasukkan ke dalam suatu sistem peredaran udara untuk diedarkan melalui komponen-komponen utama penyegar yang telah dibuat sedemikian rupa sehingga dapat menghisap atau menyerap suhu panas udara di dalam suatu ruangan dan memindahkan suhu panas udara tersebut keluar ruangan, sehingga tercapailah suatu penyegar udara yang ideal. 3.2.1 KOMPONEN UTAMA PENYEGAR UDARA Dalam sustu proses penyegaran udara pada suatu bangunan gedung diperlukan komponen dan peralatan yang menunjang berjalanya sistem pendinginan yang akan menyerap kalor panas didalam ruangan untuk dipindahkan ke luar ruangan sehingga temperatur pada suatu ruangan dapat dikondisikan. a. Kompresor Kompresor adalah jantung dari sistem tata udara. Kompresor berguna untuk menghisap uap refrigerant dari ruang penampung uap. Ketika di dalam penampung uap, tekanannya
21 diusahakan agar tetap rendah supaya refrigerant senantiasa berada dalam keadaan uap dan bersuhu rendah. Lalu ketika di dalam kompresor, tekanan refrigerant dinaikkan sehingga memudahkan pencairannya kembali. Energi yang diperlukan untuk kompresi diberikan oleh motor listrik yang menggerakkan kompresor. Jumlah refrigerant yang bersikulasi dalam siklus refrigerasi tergantung pada jumlah uap yang dihisap masuk ke dalam kompresor. Terdapat dua jenis utama dari kompresor: 1. Kompresor positif, dimana gas dihisap masuk ke dalam silinder dan dikompresikan sehingga terjadi kenaikan tekanan. 2. Kompresor non positif, dimana gas yang dihisap masuk dipercepat alirannya oleh sebuah impeller yang kemudian mengubah energi kinetik untuk menaikkan tekanan. b. Kondensor Kondensor berguna untuk pengembunan dan pencairan kembali uap refrigerant. Uap refrigerant yang bertekanan dan bersuhu tinggi akhir kompresi dapat dengan mudah dicairkan dengan mendinginkannya dengan air pendingin (dengan udara pendingin pada sistem dengan pendinginan udara) yang ada pada suhu normal. Dengan kata lain, uap refrigerant menyerahkan panasnya (kalor laten pengembunan) kepada air dingin di dalam kondensor, sehingga mengembun dan menjadi cair. Jadi karena air pendingin menyerap panas dari refrigerant, maka ia akan menjadi panas pada waktu keluar dari kondensor. Selama refrigerant mengalami perubahan dari fasa uap ke fasa cair, dimana terdapat campuran refrigerant dalam fasa uap dan cair, tekanan pengembunan dan suhu pengembunannya konstan. Kalor yang dikeluarkan dari dalam kondensor adalah jumlah kalor yang diperoleh dari udara yang mengalir melalui evaporator. Uap refrigerant menjadi cair sempurna di dalam kondensor, kemudian dialirkan ke dalam melalui pipa kapiler atau katup ekspansi. Medium pendinginan kondensor yang umum dipergunakan adalah udara dan air, kondensor dapat digolongkan dalam 3 jenis umum, yaitu kondensor:
22 1. Pendinginan udara. 2. Pendinginan air. 3. Pendinginan campuran dengan udara dan air. c. Evaporator Evaporator adalah alat penukar panas yang merupakan salah satu komponen penting di dalam suatu mesin pendingin. Kapasitas mesin pendingin tergantung dari kemampuan evaporator untuk menguapkan refrigerant. Pada evaporator, refrigerant cair menguap dengan mengambil panas dari sekelilingnya. Ada beberapa macam evaporator yang didesain dan diproduksi sesuai dengan tujuan penggunaan. Karena itu evaporator dapat dibagi dalam beberapa golongan, yaitu berdasarkan: 1. Konstruksinya. 2. Cara kerjanya. 3. Keadaan refrigerant yang ada di dalamnya. d. Katup Exspansi Fungsi dari katup ekspansi adalah untuk mengekspansikan secara adiabatik cairan refrigerant yang bertekanan dan bertemperatur tinggi sampai mencapai tingkat keadaan tekanan dan suhu rendah. Selain itu juga berfungsi sebagai pengatur pemasukan refrigerant sesuai dengan beban pendinginan yang harus dilayani oleh evaporator. Macam-macam dari katup ekspansi yaitu: 1. Katup ekspansi manual. 2. Katup ekspansi tekanan konstan. 3. Katup ekspansi termostatik. 4. Katup ekspansi otomatis. 5. Pipa kapilar.
23 e. Pipa Kapiler Pipa kapiler sering dipakai pada mesin refrigasi berkapasitas rendah, seperti pada penyegar udara, pendingin air minum dan sebagainya. Pipa kapilar adalah pipa kecil berdiameter dalam 0,8 sampai 2,0 mm. dan panjangnya kurang lebih 1 meter. Pipa kapiler dipasang sebagai pengganti katup ekspansi. Tahanan dari pipa kapiler inilah yang dipergunakan untuk mentrotel dan menurunkan tekanan. Diameter dan panjang pipa kapilar ditetapkan berdasarkan kapasitas pendinginan, kondisi operasi dan jumlah refrigerant dari mesin refrigasi yang bersangkutan. Konstruksi pipa kapilar sangat sederhana, sehingga jarang terjadi gangguan. Pada waktu kompresor berhenti bekerja, pipa kapilar menghubungkan bagian tekanan tinggi dengan bagian tekanan rendah, sehingga menyamakan tekanannya dan memudahan start berikutnya. Namun ada beberapa hal yang harus di perhatikan: 1. Pipa kapilar hendaknya tidak dipergunakan pada unit kondensor dengan pendinginan air, karena jumlah refrigerant, temperatur air pendingin dan faktor lainnya dapat berubah-ubah. 2. Tekanan pengembunan hendaknya tidak terlampau tinggi, karena dalam keadaan tersebut, laju aliran refrigerant akan bertambah besar dan kondisi operasi cair kembali tak dapat dihindarkan. 3. Jumlah refrigerant yang ada di dalam mesin harus di usahakan sedikit saja untuk mencegah operasi beban berat untuk jangka waktu yang panjang. Jumlah refrigerant di dalam bagian tekanan rendah mencapai maksimum pada waktu berhenti bekerja. 4. Maka hendaknya dipergunakan pipa kapilar yang sesuai untuk mesin refrigasi. Jadi, apabila tahanan pipa kapilar terlalu rendah, maka aliran refrigerant menjadi terlalu besar, sehingga terjadi cair kembali dan kapasitas refrigasinya berkurang. Sebaliknya, apabila tahanan pipa kapilarnya terlampau tinggi, boleh di katakan tidak mungkin mengalirkan refrigerant sesuai dengan yang di perlukan sehingga kapasitas refrigasi dari mesin akan berkurang. 5. Oleh karena pipa kapilar pipa halus berdiameter kecil dan uniform, hendaknya diperlakukan dengan hati-hati, jangan sampai rusak dan tersumbat kotoran.
24 3.3 SISTEM DISTRIBUSI UDARA Sistem distribusi udara berguna untuk menyalurkan udara, baik udara supply (udara dari mesin pendingin ke dalam ruangan) maupun untuk udara balik (udara dari dalam ruangan ke mesin pendingin). Saluran udara (duct) adalah suatu komponen penunjang yang penting dalam sistem penyegaran udara untuk mengalirkan udara. 3.3.1 RANCANGAN SALURAN UDARA (Duct) Duct berfungsi untuk menyalurkan udara dari sistem penyegaran udara ke ruangan yang perlu di kondisikan. 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 makan aliran udara akan semakin cepat. Untuk menimbulkan perbedaan tekanan ini biasanya di gunakan fan dengan daya yang berbeda sesuai dengan volume udara yang di butuhkan pada saluran masuk dan saluran keluar. 3.3.2 BENTUK PENAMPANG SALURAN UDARA Bentuk duct yang sering di pakai pada instalasi AC dan Ventilasi ada 3 bentuk, yaitu: 1. Bentuk bulat. 2. Bentuk segi empat/persegi panjang. 3. Bentuk bujur sangkar. Untuk kapasitas aliran yang sama maka berbentuk penampang lingkaran lebih ekonomis karena bahan yang digunakan lebih sedikit. Sedangkan yang sering dipakai adalah penampang persegi panjang atau bujur sangkar karena dapat disesuaikan dengan ruangan yang tersedia. Pada pembuatan gambar instalasi ducting sering digunakan dengan bentuk persegi.
25 3.3.3 BAHAN SALURAN UDARA Syarat yang harus di perhatikan dalam perencanaan saluran udara adalah: 1. Tidak terjadi bunyi bising dan getaran pada saluran udara (duct). 2. Tidak terjadi deformasi karena tekanan udara. 3. Tahanan aliran udara serendah-rendahnya. 4. Tidak terjadi kebocoran udara. Macam bahan yang sering dipakai untuk saluran udara: 1. Baja yang digalvanis Karena kuat, murah dan mudah dikerjakan. 2. Alumunium Untuk konstruksi yang ringan dan tahan terhadap udara basah. 3. Steinless steel, tembaga dan 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. 3.3.4 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 saluran menjadi dingin, sehingga lebih rendah dari titik embun udara luar, maka uap air dalam udara luar akan mengembun pada permukaan luar dari saluran udara tersebut. Untuk mencegah perpindaha kalor dan pengembunan tersebut maka saluran harus diisolasi. Sehingga fungsi dari isolasi dapat disimpulkan adalah: 1. Mencegah terjadinya perpindahan panas dari udara luar ke udara dalam (duct). 2. Mencegah terjadinya pengembunan pada permukaan luar dari saluran udara.
26 Bahan yang biasa digunakan untuk isolasi ini adalah wool glass atau asbestos dibungkus dengan alumunium foil yang dipasang menyelimuti permukaan luar saluran udara. Saluran hisap juga diisolasi apabila ada kemungkinan terjadinya pengembunan. Biasanya saluran udara hisap luar tidak perlu diisolasi. 3.3.5 KCEPATAN ALIRAN UDARA Kecepatan aliran udara dalam saluran diklasifikasikan menjadi dua macam, yaitu: 1. Kecepatan rendah (low velocity). 2. Kecepatan tinggi (high velocity). Dalam beberapa pemakaian dari sistem pendinginan, klasifikasi tersebut di bagi beberapa bagian, yaitu: Kecepatan 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 : 11-12,5 m/s a. Kecepatan tinggi : 12,5-25 m/s Sedangkan untuk kecepatan udara kembali dari ruangan yang dikondisikan ke mesin pendingin dibedakan menjadi: 1. Untuk gedung Kecepatan rendah : 7,5 9 m/s 2. Untuk pabrik Kecepatan rendah : 9 11 m/s
27 3.3.6 SISTEM SALURAN UDARA Sistem udara masuk dan keluar dapat dibagi menjadi 3 golongan, antara lain: 1. Saluran Udara Peti Sistem saluran ini menghubungkan mesin penyegar udara dan lubang keluar. Sistem ini sangat popular jika dibandingkan dengan sistem yang lain karena sangat sederhana pemasangannya. Sistem ini mudah dibuat dan dalam pemasangan tidak banyak ruangan yang diperlukan dan biaya pemasangannya murah. 2. Sistem Saluran Udara Tunggal Pada sistem ini setiap lubang keluar pada ruangan dihubungkan langsung ke mesin pendingin melalui suatu saluran untuk masing-masing ruangan sehingga kondisi ruangan lebih mudah tercapai meskipun dengan beban pendinginan yang berbeda-beda pada masing-masing ruangan. Sistem ini sering digunakan pada sistem penyegaran udara jenis daerah ganda (multi zone) atau jika hendak dipakai penyegar udara jenis paket maka harus dipasang ditengah-tengah ruangan. Pada sistem ini diperlukan biaya pemasangan yang cukup mahal dan memerlukan ruangan yang lebih besar untuk penempatan saluran udara. 3. Sistem Saluran Udara Melingkar Sistem saluran udara melingkar menggunakan sebuah saluran yang menghubungkan dua saluran utama. Sistem ini banyak digunakan dalam industri atau rumah tinggal. Hal tersebut disebabkan karena sistem ini mampu mengompensasikan ketidakseimbangan aliran udara melalui lubang hisap yang terdekat pada ujung saluran atau apabila jumlah udara segar yang tersedia terlampau kecil. Sistem ini hendaknya tidak dipakai untuk melayani ruangan dengan beban kalor yang berbeda karakteristiknya. 3.3.7 MENENTUKAN SALURAN UDARA Sebelum menentukan ukuran saluran terlebih dahulu ditetapkan lokasi lubang keluar dan lubang hisap dari sistem penyegaran udara dan jumlah udara yang dipergunakan. Kemudian ditetapkan lokasi mesin penyegar udara yang paling sederhana tetapi efektif.
28 Setelah itu baru ditetapkan ukuran dan komponen saluran udara yang bersangkutan. Ada 3 cara menentukan ukuran utama dari saluran udara: 1. Metoda kecepatan Sama Dalam metoda ini terlebih dahulu menentukan kecepatan di dalam saluran utama dan cabang-cabang, kemudian dihitung penurunan tekanan pada semua aliran. Kipas dipilih sedemikian rupa sehingga dapat membangkitkan tekanan yang mencukupi kebutuhan pada saluran yang penurunan 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 ditetapkan pada sistem saluran udara sederhana. 2. Metoda Gesekan Sama Pada metoda 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 dilengkapi dengan damper. Metode ini biasanya menghasilkan rancangan yang lebih baik daripada metode kecepatan karena kebanyakan dari tekanan yang tersedia lebih banyak yang hilang dalam gesekan di dalam saluran-saluran dan sambungan daripada yang hilang di dalam damper penyeimbang ukuran dan harga saluran juga lebih kecil. 3. Metoda Tekanan Total Metoda dilaksanakan berdasarkan perubahan tekanan yang mencakup kerugian tekanan statis karena tahanan gesekan dan tahanan local ditempat-tempat yang relevan di dalam saluran dan perubahan tekanan dinamis karena perubahan kecepatan udara pada lubang keluar maupun lubang masuk dapat dibuat konstan. Biasanya ukuran dari saluran utama ditentukan terlebih dahulu berdasarkan metode tahanan gesek, kemudian tekanan total dari saluran dapat dihitung. Selanjutnya ukuran dari saluran yang lain dapat ditentukan dengan kerugian tekanan total yang sama dengan saluran utama. Perbedaan tekanan total yang kecil antara saluran utama dan saluran lainnya diatur dengan menggunakan demper.
29 4. Metoda Perencanan Saluran Hisap Saluran hisap yang menghubungkan lubang hisap dan lubang masuk kipas udara hendaknya dirancang dengan metode tekanan total. Pada umumnya kesulitan yang utama terletak pada pemilihan 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 dipakai metode tekanan konstan. 3.4 SISTEM VENTILASI UDARA Dengan mengunakan ventilasi mekanis memungkinkan udara akan bersirkulasi pada bangunan dengan udara disirkulasikan oleh bantuan fan ataupun blower yang menghasilkan laju aliran udara sesuai dengan kebutuhan ruangan yang dikondisikan. Ventilasi adalah proses suplai udara luar tidak terkondisi ke dala ruangan, sekaligus membuang udara keluar ruangan dengan berbagai metode (Boutet, 1998). Ventilasi yang baik memberikan pergantian udara dalam ruangan secara terus menerus. Udara yang bergantian secara teratur tersebut meningkatkan kenyamanan penghuni dan mencegah akumulasi udara kotor dalam ruangan. Keuntungan lebih lanjut adalah penghematan energi dan biaya operasional bangunan 3.4.1 SISTEM VENTILASI UDARA DENGAN MEKANISE FAN Sistem fan didalam lokal exhaust ventilasi bangunan penting untuk menjaga sirkulasi udara agar kandungan gas yang berada dalam bangunan tetap terjaga terhadap kandungan O2 dengan kadar CO2. Fans mengontrol laju aliran gas, uap, partikel pada titik generasi polutan dalam peralatan proses dan melalui perangkat pengendalian polusi udara atau air cleaner. Fans memberikan energi yang diperlukan untuk aliran gas untuk mengatasi resistensi terhadap aliran gas (diukur sebagai penurunan tekanan) yang disebabkan oleh perangkat membutuhkan saluran dan polusi udara kontrol. Sedangkan Fans terdiri dari, motor listrik, system penggerak, saluaran atau system pemipaan, dan peralatan pengendali aliran.
30 Fungsinya adalah proses "mengubah" atau mengganti udara dalam ruang apapun untuk memberikan kualitas udara yang tinggi dalam ruangan dalam jumlah yang sesuai kebutuhan (misalnya untuk mengontrol suhu, mengisi oksigen, atau menghilangkan bau, asap, panas/menghilangkan kalor yang berlebihan, debu, bakteri di udara, dan gasgas pembakaran (CO2) yang ditimbulkan oleh pernafasan dan proses-proses pembakaran). Pada instalasi dilapangan yang sering digunakan untuk ventilasi bisa dipakai fan dengan jenis seperti berikut: 1. Centrifugal Fan Centrifugal fan menghasilkan aliran udara dengan mempercepat arus udara secara radial dan mengubah energi kinetik menjadi tekanan. Centrifugal fan dapat menghasilkan tekanan tinggi dengan efisiensi tinggi, dan dapat dibuat dalam berbagai tingkat kondisi operasional. Fan jenis ini memiliki beberapa jenis blade. Secara teknis, fan dan blower merupakan dua alat/mesin yang berbeda yang memiliki fungsi yang sama yaitu memindahkan sejumlah udara atau gas pada tekanan tertentu. Istilah fan digunakan untuk menyatakan mesin yang tekanannya tidak melebihi 2 psig, sedangkan blower untuk menyatakan mesin dengan tekanan discharge antara 2 10 psig. Untuk mesin dengan tekanan discharge di atas 10 psig disebut sebagai kompresor. Istilah blower juga digunakan untuk kompresor rotari (positive displacement) kapasitas aliran rendah yang memiliki rasio kompresi tinggi. 2. Axial Fan Axial fan beroperasi seperti propeler, yang menghasilkan aliran udara disepanjang porosnya. Axial fan dapat dibagi menjadi 3 jenis, yaitu: tube-axial fan, vane axial fan dan propeller fan, Tube-axial fan lebih efisien dari pada propeller fan dengan ciri housing fan yang berbentuk silinder dipasang teapt pada radius ujung blade, dan diaplikasikan untuk sistem pemanas, ventilasi, air conditioning dan industri, dengan tekanan rendah dan jumlah volume udara yang dialirkan besar. Vane axial fan merupakan fan axial dengan efisiensi tinggi dengan ciri housing fan yang berbentuk silinder dipasang tepat pada radius blade, dan diaplikasikan untuk sistem sistem pemanas, ventilasi, dan air conditioning yang memerlukan aliran lurus dan efisiensi tinggi.