BAB III METODE PENELITIAN Ada dua faktor yang menjadi beba dalam sebuah mesin pendingin yaitu beban internal dan beban ekternal. Seperti yang telah dibahas pada bab sebelumnya beban internal terjadi karena pengeluaran kalor berasal dari komponen-komponen yang berasal dari dalam ruangan tersebut baik kalor yang berasal dari penghuni ataupun dari variable-variabel peralatan lainnya. Sedangkan beban ekternal terjadi karena adanya proses perpindahan panas dari lingkungan luar ata dari ruangan yang tidak dikondisikan baik secara konduksi, konveksi maupun radiasi. Gambar 3.1 Pengkondisian Udara Ruangan Sumber: www.wikipedia/air_cionditioner 49
Perhitungan baban kalor sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti dibawah ini: 1. Letak posisi gedung 2. Jenis bahan yang dipakai 3. Temperature lingkungan Dalam menentukan perolehan kalor dasar perhitungan yang dipakai pada beban terpanas rata-rata dalam satu tahun. Data-data lain diperoleh dari referensi-referensi yang diperoleh dari pustakan ataupun dari media internet. Langkah-langkah perhitungan beban: 1. Penentuan dan letak posisi gedung 2. Penentuan dimensi ruang 3. Menentukan kondisi rancangan terdiri dari a. Temperature basah b. Temperature kering c. Kelembaban 4. Menentukan kelembaban maksimal di luar sebagai acuan dari perhitungan beban. 5. Mengambil data dari beban yang diperlukan baik untuk beban internal maupun ekternal. 6. Menghitung beban kalor pendingin. 50
3.1. Diagram Air Perhitungan Beban Pendingin Gambar 3.2 Diagram Air Perhitungan 51
3. Persamaan Perhitungan Beban Pendingin 3.2.1 Kondisi dasar Gambar 3.3 Kondisi Dasar Gedung Sumber: Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara Luas lantai m 2 Volume ruangan m 3 Nama bulan Kondisi perancangan 3.2.2 Kondisi Perancangan Tabel 3.1 Kondisi Perancangan T Bola Delta T T Bola Kelembaban Delta Kelembaban Kering Harian Basah relatif Dalam ruangan Luar ruangan 26 C - - 55% 0.0116 Kg/kģ 32 C 8 C 27 82 0.020 Kg/kģ Sumber: Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara 52
3.2.3 Temperatur Udara Luar dan Jumlah Radiasi Matahari Sepanjang Hari Tabel 3.2 Contoh Tabel Perhitungan Jumlah Radiasi Pukul 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Temperatur luar ( C) Radiasi matahari - (kcal/m 2 h) Sumber: Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara Dalam perhitungan berikut ini hanya dipergunakan harga pada waktu dalam ruangan terjadi beban maximum. Dalam hal tersebut, biasanya dipakai harga pada tersebut di bawah ini. Bagian Timur Pukul 9 sampai 11 Bagian Selatan Pukul 12 sampai 14 Bagian Barat Pukul 16 sampai 18 Tetapi untuk 2 sampai dengan 3 jam lebih lambat ruangan dengan atap Temperatur udara pada suatu saat tertentu dapat diperkirakan dengan formula tersebut di bawah ini....(persamaan 3.1) dimana, = temperatur udara luar sesaat, ( C) = temperatur udara luar untuk perancangan, ( C) 53
Δθ = perubahan temperatur harian, ( C) 15 = perubahan sudut waktu (kecepatan sudut) = = Waktu penyinaran matahari. (Dalam persamaan ini, pukul 12.00 siang adalah 0, pagi hari (A.M.) adalah negatif, dan siang hari (P.M.) adalah positif; sedangkan besarnya dinyatakan sampai satu angka desimal, misalnya pukul setengah sepuluh pagi dinyatakan sebagai 2.5). γ = Saat terjadinya temperatur maximum ( ~ +2). Sesuai dengan kedudukan permukaan bidang terhadap arah datangnya radiasi, maka radiasi matahari langsung adalah: Jn = 1164 P cosech (kcal/m 2 jam)... (Persamaan 3.2) Jh = 1164 P cosech sin h (kcal/m 2 jam)..(persamaan 3.3) Jv = 1164 P cosech cos h (kcal/m 2 jam).(persamaan 3.4) Jβ = 1164 P cosech cos h cos β (kcal/m 2 jam) (Persamaan 3.5) dimana, Jn Jh Jv Jβ = radiasi matahari langsung pada bidang tegak lurus arah datangnya radiasi = radiasi matahari langsung pada bidang horisontal = radiasi matahari langsung pada bidang vertikal = radiasi matahari langsung pada bidang vertikal, tetapi pada posisi membuat sudut samping β dari arah datangnya radiasi. 1164 = konstanta panas matahari (radiasi matahari rata-rata tahunan di antariksa), (kcal/m 2 jam) 54
P = permeabilitas atmosferik ( = 0,6-0,75 pada hariyang cerah). Lihat Gbr. 3.6. h = Ketinggian matahari (Lihat Gbr. 3.4; dinyatakan dalam derajat dengan sistem desimal) Radiasi Matahari Perhitungan ini diperoleh dari hasil perhitungan dengan menggunakan rumus, namun sebelumnya harus dicari dulu ketinggian matahari (h) dan Azimut (A). Perhitungan radiasi matahari pada posisi jam 09.00 pada: ψ = - 6 δ = 16 λ = -3 sin h = sin ψ sin δ + cos ψ cos δ cos 15 λ (Persamaan 3.6) cos A = ( sin h sin ψ sin δ) / (cos h cos ψ) (Persamaan 3.7) Sehingga dengan perhitungan yang sama akan didapat nilai h dan A pada tabel berikut Tabel 3.3 Contoh Tabel Perhitungan h dan A Waktu 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 h A Sumber: Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara 55
Radiasi Total: = Jn + Jh + Jv + Jb...(Persamaan 3.8) Radiasi total: = Radiasi matahari langsung + ½ radiasi matahari tak langsung...(persamaan 3.9) 3.2.4 Kalor sensibel daerah perimeter (tepi) Tambahan kalor oleh transmisi radiasi matahari melalui jendela/ kaca Berikut data yang dipeoleh dari tabel (terlampir) mengenai kondisi cuaca di Indonesia. Sebagai berikut: Kondisi Luar Ruangan: Temperatur bola kering Temperatur bola basah = 32 o C = 27 o C Kelembaba relatif rata-rata = 70% Perbandingan kelembaban rata-rata = 0,0189 kg/kg Kondisi Ruangan yang diinginkan: Temperatur bola kering = 24 ± 1 o C Kelembaba relatif rata-rata = 55 ± 10% Perbandingan kelembaban rata-rata = 0,0105 kg/kg 56
Tentukan jumlah penghuni dalam ruangan: Jumlah penghuni rata-rata dalam ruangan Kebutuhan udara segar setiap penghuni = 10 m 2 /orang = 18 CMH/orang Beban transmisi kalor melalui kaca pada sisi bagian utara, timur, selatan. Tabel 3.4 Faktor Transmisi Jendela Dengan Penutup Dalam Kaca Tanpa Penutup Ruangan Kaca Biasa Kaca Ganda 0.95 0,50 - Kaca biasa 0,70 0,50 - Meyerap dari luat 0,6 0,40 Kaca Setengah Cermin 0,4 - Sumber: Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara Q kaca = A x Koefisien kaca x t... (Persamaan 3.10) Sehingga Qkaca /dinding untuk gedung adalah: Qtot = Qutara + Qtimur + Q selatan 3.2.5 Infiltrasi beban kalor sensibel Untuk nilai jumlah pertukaran udara alami yang paling mendekati dengan kondisi gedung adalah 1.5 kali (lihat tabel). 57
Tabel 3.5 Jumlah Pertukaran Udara Rumah Standar Rumah Dengan Banyak Jendela Rumah, pintu dan jendela sering dibuka 1 kali 1,5-2 kali 1,5-2 kali Sumber: Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara Tinggi ruangan adalah: = Tinggi dinding kaca tinggi rongga udara Jumlah udara luar = 18 m 3 /jam x Banyak Orang Volume ruangan = P x L x T Maka: Q = (( V x 1) Jumlah udara luar) x T)) (Persamaan 3.11) Q = Kalor (kcal/jam ) atau (Joule) V = Volume (m 3 ) T = Perbedaan Temperatur ( o C) 58
3.2.6 Beban transmisi kalor melalui dinding dan atap Tabel 3.6 Koefisien Transmisi Kalor dan Kapasitas Kalor Atap Sumber: Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara Kebalikan dari harga tahanan perpindahana kalor (RT) tersebut sama dengan koefisien perpindahan kalor (K). (Persamaan 3.12) Cara perhitungan tersebut hanya dapat digunakan dalam keadaan di mana umlah udara ventilasi (yang masuk) lebih besar daripada jumlah udara yang diganti seperti diterangkan dalam (32). RT = Rsi + R1 + + Rn + Ra + + Rso (m 2 jam C). (Persamaan 3.13) 59
dimana Rsi = tahanan perpindahan kalor dari lapisan permukaan dalam din_ding Tabel 3.7 Hambatan Kalor Permukaan Bagian Luar Rso 0,05 m 2 jam o C/kcal Bagian Dalam Rsi biasa 0,125 * Sumber: Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara *kebalikan rs dinamian koefisein permukaan a Rso = tahanan perpindahan kalor dari lapisan permukaan luar dinding Tabel 3.8 Tahanan Perpindahan Kalor dari Lapisan Udara Ra Sumber: Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara R1,...Rn = tahanan perpindahan kalor dari setiap lapisan dinding 60
Apabila tahanan perpindahan kalor R dari lapisan tidak dapat diperoleh dari Tabel 3.8 tersebut, maka R dapat diperoleh dengan memperbanyak tebal dinding dengan r, seperti disebutkan dalam kolom r pada Tabel 3.9. Tabel 3.8 Tahanan Perpindahan Kalor Dari Lapisan Atap Sumber: Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara R = r x (tebal lantai atap).(persamaan 3.14) R = (R + R + R) l so _ si K = 1 : Rl Nilai ETD berkisar pukul 10.00 dan 14.00 adalah 18.9, maka beban kalor atap adalah: Qatap = Luas Atap x K x ETD......(Persamaan 3.15) ETD= Perbedaan Temperatur 3.2.7 Beban Kalor Laten Daerah Peramiter Ventilasi 61
Untuk jumlah ventilasi alami yaitu dua kali dan untuk nilai selisih perbandingan kelembaban didalama dan di luar ruangan seperti yang telah kita dapat pada awal bab perhitungan adalah 0.0105 kg/kg dan 0.0189 kg/kg. Dan kalor laten penguapan 597.3 kcal/kg untuk daerah tersebut (harga ketetapan). Maka beban kalaor paramiter tepi untuk lantai 1 adalah: Q = V x Jumlah Ventilasi x Qlaten x Delta Kelembaban...(Persamaan 3.16) 3.2.8 Beban Kalor Sensibel Daerah Interior Beban kalor sensibel manusia bisa dilihat pada tabel berikut yaitu 49 kcal/jam dan faktor koreksi kelompok 0.947. Sehingga beban kalor sensibel karena adanya sumber kalor interior adalah: Q = _ N_orang x Qsensibel x Faktor Koreksi.. (Persamaan 3.17) lantai 1 _ Tabel 3.9 Jumlah Kalor Sensible, Laten Dari Orang 62
a. Komputer Sumber: Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara Q = N Alat x Daya x 0.860 kcal/kw x (Persamaan 3.18) b. Lampu Q lampu : = N lampu x Daya x Q Sensibel Lampu (Persamaan 3.19) Tabel 3.10 Kalor Sensibel Dari Peralatan Listrik 63
Sumber: Wiranto Arismunandar, Penyegaran Udara Jadi jumlah kalor total peralatan pada gedung tersebut adalah: = Kalor komputer + Kalor lampu 3.2.9 Beban Kalor Laten daerah Interior Perhitungan kalor laten oleh sumber penguapan interior hanya dilakukan pada jumlah orang yang berada di dalam ruangan, sehingga: Q = N orang x Q laten orang x Faktor kelompok.. (Persamaan 3.20) Dari perhitungan-perhitungan diatas diperoleh jumlah beban ruangan sebagai berikut: 1. Beban kalor sensible perimeter tepi 2. Beban kalor laten daerah parimiter 3. Beban kalor sensible daerah interior - Beban kalor manusai - Beban kalor Peralatan 64
4. Beban kalor laten daerah interior Total beban gedung tersebut adalah : = (1 + 2 + 3 + 4 ) kcal/jam.. (Persamaan 3.21) 3.3 Analisa Sistem Ducting 3.3.1 Velocity Duct Velocity dipilih sesuai dengan fungdi gedung pada tabel dibawah ini sehingga perhitungan didapat: Velocity = (Kapsitas Mesin Supply) : 2..(Perssamaan 3.22) Tabel 3.11 Velocity Ducting Sumber: Yuriadi Kusuma, Ducting Design 65
3.3.2 CFM Capacity dan Duct Size Friction Rate dipeoroleh senilai 1 in wg per 100 dari of equivalen length (lihat Tabel). Air quantity diperoleh dengan perhitungan sebagai berikut: Air Quantity = (Air Quantity A-B : Air Quantity To A) x 100%...(Persamaan 3.23) Tabel 3.12 Contoh Tabel Pengsisian Duct Quantity Duct Section Air Quantity CFM Capacity To A A-B B-C C-D D-E E-F F-G G-H H-I Sumber: Yuriadi Kusuma, Ducting Design 3.3.3 Section Area Dan Duct Size Tabel 3.13 Contoh Tabel Precent Section Area Duct Sectio Duct Area Area + Sq Ft Duct Size To A 100 A-B B-C C-D D-E E-F F-G G-H H-I Sumber: Yuriadi Kusuma, Ducting Design 66
Nilai Area + Sq Ft diperoleh dengan rumus: A-B = (Duct Area A-B x Area Sq Ft To A) x 100 %. (Persamaan 3.24) Tabel 3.14 Precent Section Area Sumber: Yuriadi Kusuma, Ducting Design Dengan rumus yang sama titik-titik lainya dapat diperoleh. Sedangkan duct size diperoleh dengan berpedoman pada tabel diatas sesuai harga Area + Sq Ft yang diperoleh hasil dari tabel duct size dibawah ini. 67
Tabel 3.15 Duct Size Sumber: Yuriadi Kusuma, Ducting Design 68
3.3.4 Duct Item Tabel 3.16 Contoh Tabel Pengisian Duct Item Duct Section Item Length (m) Add Equiv Length + Ft To A Duct Elbow A-B Duct B-C Duct C-D Duct D-E Duct E-F Duct F-G Duct G-H Duct H-I Duct Sumber: Yuriadi Kusuma, Ducting Design Duct item diperoleh dengan berpodoman pada tabel diatas yaitu tabel Duct Item. Tabel 3.17 Tabel Duct Item Sumber: Yuriadi Kusuma, Ducting Design 69
3.2.5 Total Equive length Total length adalah diperoleh dengan melihat panjangnya tiap titik duct dari satu titik ke titik lain. Merupakan total dari pangjang duct. Dan diperoleh total friction loss dalam rangkaia tersebut sebesar: = Total equive length x Friction Rrate...(Persamaan 3.25) Tekanan pada terminal dan kebocoran sebesar: = Total Friction Loss x Tekananan Operasi....(Persamaan 3.26) 70