BAB II DASAR TEORI SISTEM PENYEGARAN UDARA

II-6

BAB II Dasar Teori

BAB II DASAR TEORI SISTEM PENYEGARAN UDARA 2.1. Gambaran Umum Sistem Penyegaran Udara

Air Conditioning (AC) atau alat penyegaran udara yang merupakan pengembangan dari teknologi mesin pendingin. Alat ini dipakai bertujuan untuk memberikan udara yang sejuk dan menyediakan uap air yang dibutuhkan bagi tubuh. Indonesia merupakan negara beriklim tropis yang terdiri atas 2 musim yaitu musim hujan dan musim panas. Pada saat musim panas, suhu ruangan yang tinggi dapat menyebabkan ketidaknyamanan bagi penghuninya. Begitu juga pada alat transportasi massal seperti kereta api, untuk meningkatkan kenyamanan penumpang selama menempuh perjalanan maka diperlukan suatu alat penyegar udara. Tingkat kenyamanan pada suatu ruang juga ditentukan oleh temperatur, kelembapan, sirkulasi dan tingkat kebersihan udara. Untuk dapat menghasilkan udara dengan kondisi yang diinginkan, maka peralatan penyegar udara yang dipasang harus mempunyai kapasitas yang sesuai dengan beban pendinginan yang terjadi pada ruangan tersebut. Untuk itu diperlukan suatu perhitungan tertentu untuk menentukan besarnya beban pendinginan. Beban pendinginan pada kereta biasanya berubah-ubah setiap jamnya karena sangat tergantung dari kondisi luar kereta, sinar matahari, jumlah penumpang dan lain sebagainya. Dalam pemasangan sistem penyegaran udara perlu diketahui terlebih dahulu beban pendinginan maksimum yang terjadi agar tidak terjadi pemborosan energi dan biaya, serta kemungkinan kurangnya kapasitas mesin pendingin yang menyebabkan tidak tercapainya kondisi yang diinginkan.

http://digilib.mercubuana.ac.id/

II-7

BAB II Dasar Teori

Secara garis besar beban pendinginan terbagi atas dua kelompok, yaitu beban pendinginan sensibel dan beban pendinginan laten. Beban pendinginan sensibel adalah beban panas yang dipengaruhi oleh perbedaan suhu, seperti beban panas yang lewat kontruksi ruangan, peralatan elektronik, lampu, dan lain sebagainya. Sedangkan beban pendinginan laten adalah beban yang dipengaruhi oleh adanya perbedaan kelembaban udara.

2.2. Prinsip Kerja Mesin Penyegaran Udara

Kompresor AC yang ada pada sistem pendingin dipergunakan sebagai alat untuk memampatkan fluida kerja (refrigeran), jadi refrigeran yang masuk ke dalam kompresor AC k e m u d i a n

dimampatkan

dan

s e l a n j u t n ya

dialirkan ke kondensor. Di bagian kondensor ini refrigeran yang dimampatkan akan berubah fase dari refrigeran fase uap menjadi refrigeran fase cair, maka refrigeran mengeluarkan kalor yaitu kalor penguapan yang terkandung di dalam refrigeran. Adapun besarnya kalor yang dilepaskan oleh kondensor adalah jumlah dari energi kompresor yang diperlukan dan energi kalor yang diambil evaporator dari substansi yang akan didinginkan. Pada kondensor tekanan refrigeran yang berada dalam pipa-pipa kondensor relatif jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigeran yang berada pada pipi-pipa evaporator. Prinsip pendinginan udara pada AC melibatkan siklus refrigerasi, yakni udara didinginkan oleh refrigeran/pendingin (freon), lalu freon ditekan menggunakan kompresor sampai tekanan tertentu dan suhunya naik, kemudian didinginkan oleh udara lingkungan sehingga mencair. Proses tersebut diatas berjalan berulang-ulang sehingga menjadi suatu siklus yang disebut siklus pendinginan pada udara yang berfungsi mengambil kalor dari udara dan membebaskan kalor ini ke luar ruangan.


II-8

BAB II Dasar Teori

Gambar 2.1. Prinsip Kerja Mesin Pendingin

Prinsip kerja pendingin udara seperti diatas berdasarkan sistem kompresi uap. Secara garis besar komponen sistem pendingin siklus kompresi uap terdiri dari : 1. Evaporator 2. Kompresor 3. Kondensor 4. Katup ekspansi

Sedangkan siklus dan diagram alir kompresi uap standar, yang merupakan siklus teoritis ditunjukkan pada gambar 2.2 dan 2.3, dapat diterangkan dengan proses sebagai berikut :

1.

Proses Kompresi

Proses kompresi berlangsung dari titik 1 ke titik 2. Kompresor digunakan untuk menaikkan tekanan uap refrigeran sampai mencapai temperatur diatas


II-9

BAB II Dasar Teori

temperatur media pendinginnya. Pada siklus sederhana diasumsikan refrigeran tidak mengalami perubahan kondisi selama mengalir dijalur hisap. Proses kompresi diasumsikan isentropik sehingga pada diagram tekanan dan entalpi berada pada satu garis entropi konstan, dan titik 2 berada pada kondisi super panas. Proses kompresi memerlukan kerja dari luar dan entalpi uap naik dari h 1 ke h 2 , besarnya kenaikan ini sama dengan besarnya kerja kompresi yang dilakukan pada uap refrigeran.

2.

Proses Kondensasi

Proses 2-3 merupakan proses kondensasi yang terjadi pada kondensor, uap panas refrigeran dari kompresor didinginkan oleh media pendingin sampai pada temperatur kondensasi, kemudian uap tersebut dikondensasikan. Pada titik 2 refrigeran pada kondisi uap jenuh pada tekanan dan temperatur kondensasi. Proses 2-3 terjadi pada tekanan konstan, dan jumlah panas yang dipindahkan selama proses ini adalah beda entalpi antara titik 2 dan 3

3.

Proses Ekspansi

Proses ekspansi berlangsung dari titik 3 ke titik 4. Pada proses ini terjadi proses penurunan tekanan refrigeran dari tekanan kondensasi (titik 3) menjadi tekanan evaporasi (titik 4). Pada waktu cairan di ekspansi melalui katup ekspansi atau pipa kapiler ke evaporator, temperatur refrigeran juga turun dari temperatur kondensasi ke temperatur evaporasi. Proses 3-4 merupakan proses ekspansi adiabatik dimana entalpi fluida tidak berubah disepanjang proses. Refrigeran pada titik 4 berada pada kondisi campuran uap.


II-10

BAB II Dasar Teori

4.

Proses Evaporasi

Proses 4-1 adalah proses penguapan yang terjadi pada evaporator dan berlangsung pada tekanan konstan. Pada titik 1 seluruh refrigeran berada pada kondisi uap jenuh. Selama proses 4-1 entalpi refrigeran naik akibat penyerapan kalori dari ruang refrigerasi. Besarnya kalor yang diserap adalah beda entalpi titik 1 dan titik 4 biasa disebut dengan efek pendinginan.

Gambar 2.2. Daur Kompresi Uap Standar Dalam Diagram P-h Sumber : W.F. Stoecker, J.W. Jones. Refrigerasi dan Pengkondisian Udara. Terjemahan, Hara Supratman, hal 187


II-11

BAB II Dasar Teori

Gambar 2.3. Diagram Alir Kompresi Uap Sumber : W.F. Stoecker, J.W. Jones. Refrigerasi dan Pengkondisian Udara. Terjemahan, Hara Supratman, hal 187

2.3. Komponen Utama Sistem Penyegaran Udara

2.3.1. Kompresor

Kompresor adalah mesin untuk memampatkan udara atau gas. Pada sistem penyegaran udara, kompresor merupakan alat yang berfungsi untuk memberikan kompresi atau tekanan pada refrigeran dari evaporator, sehingga temperatur dan tekanannya naik dan kemudian dialirkan ke kondensor. Penggolongan kompresor dapat didasarkan pada metode kompresi dan konstruksinya.

2.3.1.1. Berdasarkan Metode Kompresinya

1.

Kompresor Positif

Kompresor positif adalah suatu kompresor dimana gas dihisap masuk ke dalam silinder dan dikompresikan. Yang termasuk jenis ini adalah :


II-12

BAB II Dasar Teori

a. Kompresor Torak Kompresor torak terdiri atas sebuah piston yang bergerak ke depan dan ke belakang didalam suatu silinder yang mempunyai katup hisap dan katub buang (suction valve and discharge valve) sehingga berlangsung proses pemompaan. Pada saat langkah hisap piston, gas refrigeran yang bertekanan rendah ditarik masuk melalui katup hisap yang terletak pada piston atau di kepala

kompresor. Pada saat buang, piston menekan

refrigeran dan mendorongnya keluar melalui katup buang yang biasanya terletak pada kepala silinder. Kompresor jenis ini mempunyai kapasitas refrigerasi mulai dari beberapa puluh watt hingga ratusan kilowatt. Jenis kompresor ini bersifat kerja tunggal (single acting), baik itu bersilinder tunggal maupun multisilinder. Pada kompresor multisilinder, silinder-silinder dapat disusun berbentuk V, radial atau lurus.

Gambar 2.4. Konstruksi Kompresor Torak Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 127

b. Kompresor Putar

Kompresor torak terdiri atas sebuah piston yang bergerak ke depan dan ke belakang didalam suatu silinder yang mempunyai katup hisap dan katub buang (suction valve and discharge valve) sehingga berlangsung proses pemompaan. Proses penghisapan dan penekanan dicapai oleh pengembangan dan penyempitan ruang yang silih-berganti. Hal ini dapat


II-13

BAB II Dasar Teori

dimungkinkan oleh ring eksentrik yang berputar dalam ruangan berbentuk silindris yang konsentris. Kompresor putar dapat dibagi menjadi 2 jenis, yaitu jenis daun berputar dan jenis daun stasioner (diam). Pada jenis yang pertama, daun terletak pada rotor yang berputar tetapi dapat bergerak pada arah yang radial. Dengan demikian puncak daun selalu merapat pada bagian dalam dari silinder. Jenis ini banyak digunakan sebagai kompresor untuk unit penyegar udara berkapasitas rendah. Sedangkan pada jenis daun stasioner, daun terletak menempel pada permukaan rotor yang berputar (torak berputar). Proses kompresi gas refrigeran dilakukan oleh rotor dengan urutan seperti pada gambar mekanisme kompresor putar. Dibandingkan dengan kompresor torak, maka konstruksi dari kompresor putar ini lebih sederhana dan jumlah komponen yang bergerak lebih sedikit, sehingga getarannya lebih halus, namun demikian bagianbagian yang bergesekan harus dibuat dengan ketelitian tinggi serta dari bahan yang tidak mudah aus.

Gambar 2.5. Cara Kerja Kompresor Putar Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 127


II-14

BAB II Dasar Teori

c. Kompresor Sekrup

Cara kerja Kompresor Sekrup dapat dilihat pada gambar dibawah ini, yaitu terdapat penampang 2 buah elemen putar utama kompresor sekrup. Di dalam rumah kompresor, terdapat rotor jantan dengan 4 kuping disebelah kanan dan menggerakkan rotor betina disebelah kiri. Uap refrigeran memasuki 1 ujung kompresor (di puncak) dan meninggalkan kompresor dari ujung yang lain (di bawah). Pada posisi hisap, terbentuk ruang hampa, hingga uap mengalir ke dalamnya. Sesaat ruang interlobe tersebut meninggalkan lubang masuk, rongga tersebut telah dipenuhi oleh gas. Bila putaran terus berlanjut, gas yang berkurang digerakkan mengelilingi rumah kompresor. Pada putaran selanjutnya terjadi penangkapan (mesing) kuping rotor jantan oleh lekuk rotor betina, sehingga memperkecil rongga dan menekan gas tersebut. Pada saat tertentu, dalam proses kompresi lubang buang terbuka, sehingga dengan penangkapan kuping lebih lanjut, gas yang tertekan keluar melalui lubang buang tersebut.

Gambar 2.6. Penampang Dua Buah Rotor Kompresor Sekrup Sumber : W.F. Stoecker, J.W. Jones. Refrigerasi dan Pengkondisian Udara. Terjemahan, Hara Supratman, hal 208.

Kompresor sekrup memiliki beberapa keuntungan yaitu lebih sedikit jumlah bagian yang bergesekan, perbandingan kompresi yang tinggi dalam suatu tingkat, relatif stabil terhadap pengaruh cairan (kotoran) yang terserap dalam refrigeran.


II-15

BAB II Dasar Teori

Seperti kompresor torak, mekanisme kompresi dari kompresor sekrup melakukan 3 langkah, yaitu langkah hisap, kompresi dan langkah keluar. Untuk mengurangi kerugian gesek pada aliran, gas di dalam kompresor sekrup dihisap, dikompresikan dan dikeluarkan dalam arah aksial.

Gambar 2.7. Konstruksi Kompresor Sekrup Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 130

Gambar 2.8. Mekanisme Kompresor Sekrup Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 131


II-16

BAB II Dasar Teori

2.

Kompresor Non Positif

Pada kompresor non positif, gas dihisap masuk dipercepat alirannya oleh sebuah impeller yang kemudian mengubah energi kinetik untuk menaikkan tekanan. Yang termasuk jenis ini adalah kompresor sentrifugal. Kompresor sentrifugal melayani sistem-sistem refrigerasi yang berkapasitas antara 200 hingga 10000 kW. Suhu evaporator pada mesinmesin bertingkat ganda dapat diturunkan hingga -50 oC sampai -100 oC, walaupun penggunaannya yang terbanyak adalah untuk mendinginkan air hingga kira-kira 6 oC atau 8 oC didalam sistem-sistem pengkondisian udara. Konstruksi kompresor sentrifugal sama dengan pompa sentrifugal, fluida memasuki mata impeller yang berputar dan kemudian dilemparkan ke arah lingkar luar impeller dengan daya sentrifugal. Sudu-sudu impeller meninggikan putaran gas tersebut dan membangkitkan tekanan. Dari impeller ini gas mengalir ke sudu-sudu penghambur atau ke ruang spiral (volute), dimana sejumlah energi kinetik diubah menjadi tekanan. Kompresor sentrifugal dapat dibuat dengan satu rodabila diinginkan perbandingan tekanan rendah, walaupun mesin-mesin tersebut umumnya bertingkat ganda. Kompresor sentrifugal bekerja dengan kompresi adiabatik dengan efisiensi antara 70% hingga 80%.

Gambar 2.9. Kompresor Sentrifugal Sumber : W.F. Stoecker, J.W. Jones. Refrigerasi dan Pengkondisian Udara. Terjemahan, Hara Supratman, hal 213.


II-17

BAB II Dasar Teori

2.3.1.2. Berdasarkan Konstruksinya

Berdasarkan konstruksinya, kompresor dibagi menjadi tiga bentuk :

1.

Kompresor Semi Hermatik

Pada kompresor semi hermatik, rotor motor listrik berada didalam perpanjangan ruang engkol dari kompresor. Dengan demikian tidak terdapat penyekat poros, sehingga dapat dicegah kebocoran refrigeran. Disamping itu, kontruksinya lebih kompak dan bunyi mesin menjadi halus. Sekarang ini, kompresor semi hermatik untuk gas refrigeran freon dibuat sampai kira-kira 40 KW. Dari segi kontruksinya, dapat dibuat bersilinder banyak, dengan momen putar pada awal pengoperasian rendah. Rumah kompresor semi hermatik dibuat dari besi tuang, pada bagian-bagian penutup dan penyambungnya masih dapat dibuka.

2.

Kompresor Hermatik

Pada dasarnya kompresor ini hampir sama dengan kompresor semi hermatik. Perbedaannya pada cara penyambungan rumah (baja) kompresor dengan stator motor penggeraknya, yaitu sambungan las, sehingga ruangan di dalam kompresor menjadi kedap suara (hermatik). Kompresor hermatik biasanya dibuat untuk unit kapasitas rendah, sampai 7,5 KW, misalnya pada penyegar udara paket.

2.3.2. Kondensor

Kondensor adalah suatu alat penukar kalor yang dalam mesin pendingin mempunyai fungsi untuk mengembunkan uap refrigeran yang bertekanan dan bertempatur tinggi dengan cara mengambil panasnya. Panas yang dilepaskan di


II-18

BAB II Dasar Teori

kondensor oleh uap refrigeran terdiri dari panas yang diserap oleh refrigeran di dalam evaporator dan ekivalen dari energi yang diperlukan untuk melakukan kerja kompresor. Medium pendingin kondensor yang umum dipergunakan adalah udara dan air, karena mudah didapat, tidak mahal, tidak beracun dan umumnya mudah dilayani. Berdasarkan medium pendinginnya, kondensor dapat digolongkan dalam 4 jenis, yaitu :

2.3.2.1. Kondensor dengan Pendinginan Air

Berdasarkan penggunaan air pendinginnya, maka kondensor ini dapat dibagi menjadi 2, yaitu waste-water system dan recirculated-water system. Pada waste-water system, air pendingin setelah digunakan untuk pendinginan kondensor, kemudian dibuang dan tidak diperlukan lagi. Sedangkan pada recirculated-water system, air pendingin setelah keluar kondensor dipompakan ke sebuah menara pendingin (cooling tower). Di dalam menara pendingin, air pendingin ini melepaskan panasnya kemudian kembali ke kondensor. Pada kondensor pendinginan air harus diperhatikan faktor pengotoran pada pipa di bagian yang berhubungan dengan air, karena hal ini akan mengurangi luas pipa air, sehingga akan mengurangi jumlah air yang disirkulasi.

2.3.2.2. Kondensor Tabung dan Pipa Horizontal

Kondensor tabung dan pipa banyak dipergunakan pada unit kondensor berukuran kecil sampai besar, unit pendingin air dan penyegar udara paket baik untuk ammonia maupun untuk Freon. Di dalam kondensor tabung dan pipa terdapat banyak pipa pendingin, dimana air pendingin mengalir di dalam pipa-pipa tersebut. Ujung dan pangkal pipa pendingin terikat pada pelat pipa, sedangkan diantara pelat pipa dan tutup tabung dipasang sekat-sekat, untuk membagi aliran air yang melewati pipa-pipa tersebut, tetapi untuk mengatur agar kecepatannya cukup tinggi 1,5 sampai 2 m/s.


II-19

BAB II Dasar Teori

Air pendingin masuk kondensor dari bagian bawah, kemudian masuk kebagian dalam pipa-pipa pendingin dan keluar pada bagian atas. Jumlah saluran air pendingin yang terbentuk oleh sekat-sekat itu dinamai jumlah saluran. Jumlah saluran maksimum yang biasa adalah 12. Tahanan aliran air di dalam pipa bertambah besar dengan bertambah banyaknya jumlah saluran.

Gambar 2.10. Kondensor Tabung Dan Pipa Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 150

2.3.2.3. Kondensor Tabung dan Koil

Kondensor tabung dan koil banyak dipergunakan pada unit dengan freon sebagai refrigeran, berkapasitas relatif kecil misalnya pada penyegar udara jenis paket, pendingin air dan lain-lain. Kondensor tabung dan koil dengan koil pipa pendingin di dalam tabung yang dipasang pada posisi vertikal. Kondensor tabung koil dapat dibuat dari satu atau lebih lilitan pipa dengan atau tanpa sirip-sirip, yang terdapat di dalam sebuah tabung baja. Air pendingin bersirkulasi dalam koil, pada saat yang sama refrigeran ditampung dalam tabung baja. Uap refrigeran panas masuk melalui bagian atas tabung dan akan mengembun setelah menyentuh koil pendingin. Butiran refrigeran cair yang terbentuk akan merambat pada koil dan ditampung dalam tabung. Tabung kondensor juga berfungsi sebagai penampung. Hal yang harus diperhatikan dari kondensor ini adalah ketinggian permukaan refrigeran

cair dalam tabung, jangan sampai menutupi bidang

pendingin koil. Hal ini dapat mengakibatkan peningkatan suhu dan tekanan refrigeran cair yang meninggalkan kondensor. Pada kondensor tabung dan koil, air


II-20

BAB II Dasar Teori

mengalir di dalam koil pipa pendingin. Endapan dan kerak yang terbentuk di dalam pipa harus dibersihkan dengan zat kimia atau detergen. Ciri-ciri kondensor tabung dan koil : 1.

Harga murah karena mudah pembuatannya

2.

Kompak karena posisinya yang vertikal dan mudah pemasangannya

3.

Tidak mungkin mengganti pipa pendingin, sedangkan pembersihannya dengan menggunakan detergen

Gambar 2.11. Kondensor Tabung Dan Koil Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 151

2.3.2.4. Kondensor Jenis Pipa Ganda

Kondensor jenis pipa ganda merupakan susunan dari 2 pipa koaksial, dimana refrigeran mengalir melalui saluran yang terbentuk antara pipa dalam dan pipa luar, dari atas ke bawah. Sedangkan air pendingin mengalir di dalam pipa dalam arah yang berlawanan dengan aliran refrigeran, jadi dari atas ke bawah. Kecepatan aliran di dalam pipa pendingin kira-kira 1 sampai 2 m/detik. Sedangkan perbedaan antara suhu air pendingin keluar dan masuk pipa pendingin kira-kira 8 sampai 10oC. Untuk mengatur pemakaian air agar sesuai dengan kondisi beban, maka kondensor dilengkapi dengan katup pengatur aliran air. Ciriciri kondensor jenis pipa ganda :


II-21

BAB II Dasar Teori

1.

Konstruksi sederhana dengan biaya yang tidak mahal

2.

Dapat mencapai kondisi super dingin, karena aliran refrigeran dan air pendingin berlawanan

3.

Penggunaan air pendingin relatif kecil

4.

Pipa sulit dibersihkan, harus menggunakan detergen

5.

Pemeriksaan terhadap korosi dan kerusakan pipa tidak mungkin dilaksanakan, penggantian pipa juga sukar dilaksanakan

Gambar 2.12. Kondensor Koil Pipa Ganda Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 152

2.3.2.5. Kondensor Dengan Pendinginan Udara

Kondensor jenis ini merupakan bentuk yang paling praktis dan sederhana, dimana udara mengalir melewati kondensor, dimana udara ini menghisap panas dari kondensor. Sirkulasinya dapat berupa sirkulasi alamiah atau dengan pertolongan fan. Seperti pada gambar 2.13. kondensor pendinginan udara terdiri koil pipa pendingin bersirip pelat (pipa tembaga dengan sirip aluminium atau pipa tembaga dengan sirip tembaga). Udara mengalir dengan arah tegak lurus pada bidang pendingin. Gas refrigeran yang bersuhu tinggi masuk ke bagian atas dari koil dan secara berangsur-angsur mencair dalam alirannya ke bagian bawah koil. Adapun ciri-ciri kondensor pendingin udara adalah : 1.

Tidak memerlukan pipa air pendingin, pompa air dan penampung air, karena tidak menggunakan air.


II-22

BAB II Dasar Teori

2.

Dapat dipasang dimana saja, asal terdapat udara bebas.

3.

Tidak mudah korosi karena permukaan koil yang kering.

4.

Memerlukan pipa refrigeran tekanan tinggi yang panjang, karena kondensor biasanya diletakkan di luar rumah.

5.

Pada musim dingin, tekanan pengembunan perlu dikontrol untuk mengatasi gangguan yang dapat terjadi karena turunnya tekanan pengembunan yang terlalu besar, yang disebabkan oleh temperatur udara atmosfir rendah.

Gambar 2.13. Kondensor Dengan Koil Bersirip Plat. Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 153

2.3.3. Evaporator

Evaporator adalah alat penukar panas yang merupakan salah satu komponen penting di dalam suatu mesin pendingin, yaitu mendinginkan media sekitarnya. Kapasitas mesin pendingin tergantung dari kemampuan evaporator untuk menguapkan refrigeran. Pada evaporator, refrigeran cair menguap dengan mengambil panas dari sekelilingnya. Ada beberapa macam evaporator yang didesain dan diproduksi sesuai dengan tujuan penggunaan. Karena itu, maka evaporator dapat dibagi dalam beberapa golongan, seperti berdasarkan keadaan refrigeran yang ada didalamnya dan berdasarkan kontruksinya.


II-23

BAB II Dasar Teori

2.3.3.1. Keadaan Refrigeran Yang Ada Didalamnya

1.

Evaporator Jenis Ekspansi Kering

Pada jenis ini, cairan refrigeran yang diekspansikan melalui katup ekspansi, pada waktu masuk ke dalam evaporator sudah dalam keadaan campuran cair dan uap, sehingga keluar dari evaporator terisi penuh oleh refrigeran cair. Oleh karena sebagian besar dari evaporator terisi oleh uap refrigeran, maka perpindahan panas yang terjadi tidak terlalu besar, jika dibandingkan dengan keadaan dimana evaporator terisi oleh refrigeran cair. Akan tetapi, evaporator jenis kering ini tidak memerlukan refrigeran dalam jumlah besar. Disamping itu, jumlah minyak pelumas yang tertinggal didalam evaporator sangat kecil

2.

Evaporator Jenis Setengah Basah

Evaporator jenis setengah basah adalah evaporator dengan kondisi refrigeran diantara evaporator jenis Ekspansi kering dan evaporator jenis basah. Dalam evaporator jenis ini, selalu terdapat refrigeran cair dalam pipa penguapannya. Oleh karena itu, laju perpindahan kalor dalam evaporator jenis setengah basah lebih tinggi daripada yang dapat diperoleh pada jenis Ekspansi kering, tetapi lebih rendah daripada yang diperoleh pada jenis basah.

3.

Evaporator Jenis Basah

Dalam evaporator jenis basah, sebagian besar dari evaporator terisi oleh cairan refrigeran. Proses penguapannya terjadi seperti pada ketel uap. Gelembung refrigeran yang terjadi karena pemanasan akan naik, pecah pada permukaan cairan atau terlepas dari permukaannya. Sebagian refrigeran


II-24

BAB II Dasar Teori

kemudian masuk ke dalam akumulator yang memisahkan uap dari cairan. Maka refrigeran yang ada dalam bentuk uap sajalah yang masuk ke dalam kompresor. Bagian refrigeran cair yang dipisahkan didalam akumulator akan masuk kembali ke dalam evaporator, bersama-sama dengan refrigeran cair yang berasal dari kondensor. Tinggi permukaan refrigeran cair yang ada dalam evaporator diatur oleh katup pelampung. Biasanya sedikit lebih tinggi dari setengah tinggi tabung.

2.3.3.2. Berdasarkan Konstruksinya

1.

Evaporator Tabung dan Koil

Pada evaporator tabung dan koil terdapat koil pipa tunggal atau koil pipa ganda di dalam sebuah silinder. Refrigeran mengalir di dalam koil pipa untuk mendinginkan cairan yang berada di dalam bagian koil. Evaporator tabung dank oil dapat dibuat dengan mudah, sebab tidak memerlukan pelat pipa untuk memasang ujung dan pangkalpipa, seperti yang terdapat pada kondensor tabung dan pipa.Evaporator jenis ini hanya dipakai pada mesin pendingain yang kecil, karena laju perpindahan panasnya sangat rendah.

Gambar 2.14. Evaporator Tabung Dan Koil Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 157


II-25

BAB II Dasar Teori

2.

Evaporator Tabung dan Pipa Jenis Ekspansi Kering

Evaporator tabung dan pipa menggunakan banyak pipa yang dipasang didalam tabung. Refrigeran mengalir di dalam pipa, sedangkan cairan yang hendak didinginkan mengalir di luar pipa refrigeran, yaitu di dalam tabung. Di dalam tabung dipasang plat penyekat yang berfungsi untuk menunjang pipa refrigeran dan mengarahkan aliran cairan yang hendak didinginkan. Sehingga dapat mengalir tegak lurus pada pipa dengan kecepatan yang lebih tinggi sehingga laju perpindahan kalor menjadi baik.

Gambar 2.15. Evaporator Tabung Dan Pipa Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 157

3.

Koil dengan Pendinginan Udara

Koil dengan pendinginan udara seperti yang dipakai untuk mendinginkan udara pada penyegar udara, terdiri dari koil pipa bersirip pada bagian luarnya. Ada dua macam koil dengan pendinginan udara, yaitu jenis Ekspansi langsung dan Ekspansi tak langsung. Pada Ekspansi langsung, refrigeran diuapkan secara langsung didalam pipa evaporator, sedangkan pada jenis Ekspansi tak langsung udara didinginkan oleh refrigeran sekunder seperti air atau larutan garam yang mengalir melalui pipa tersebut. Sirip-sirip yang dipasang pada bagian luar pipa digunakan untuk


II-26

BAB II Dasar Teori

memperbesar luas bidang perpindahan panas yang berhubungan dengan udara, karena konduktivitas termalnya kecil.

2.3.4. Katup Ekspansi

Katup Ekspansi dipergunakan untuk mengekspansikan secara adiabatik cairan refrigeran yang bertekanan dan bersuhu tinggi sampai mencapai tingkat keadaan tekanan dan suhu rendah. Selain itu katup Ekspansi juga mengatur pemasukan refrigeran sesuai dengan beban pendinginan yang harus dilayani oleh evaporator. Jadi katup Ekspansi mengatur supaya evaporator dapat selalu bekerja sehingga diperoleh effisiensi siklus refrigerasi yang maksimal. Katup Ekspansi yang banyak digunakan yaitu :

1. Katup Ekspansi Otomatik Termostatik 2. Katup Ekspansi Manual 3. Katup Ekspansi Tekanan Konstan 4. Pipa Kapiler

2.3.4.1. Katup Ekspansi Otomatik Termostatik Jenis Penyama Tekanan external

Pada Katup ini, refrigeran mengalir melalui lubang masuk dan keluar melalui lubang keluar melalui katup jarum. Ruang luar dari diafragma dihubungkan dengan lubang keluar dari evaporator melalui pipa penyama tekanan. Oleh karena diafragma diisolasikan dari lubang keluar oleh packing internal, maka diafragma menerima tekanan seksi keluar dari evaporator. Tabung sensor termal ditempelkan dekat pada seksi keluar evaporator, tekanan dari uap refrigeran jenuh yang ada di dalamnya akan menjadi tekanan jenuh sesuai dengan temperatur (temperatur penguapan+derajat super panas) dari evaporator.


II-27

BAB II Dasar Teori

Maka tekanan didalam ruangan dalam diafragma yang dihubungkan dengan tabung sensor termal adalah sama dengan tekanan jenuh tersebut diatas. Sehubungan dengan hal tersebut, pembukaan katup ekspansi tergantung dari perbedaan gaya tekan ruangan dalam diafragma dan tekanan luar diafragma. Oleh karena itu, perbedaan kedua gaya tersebut adalah sama dengan gaya pegas. Hal tersebut berarti bahwa jika perbedaan antara tekanan didalam tabung sensor termal dan tekanan didalam evaporator berubah, maka derajat superpanas yang berkaitan dengan perbedaan tekanan tersebut akan juga berubah. Derajat super panas yang diinginkan dapat diatur dengan memutar sekrup pengatur. Apabilasekrup pengatur diputar ke kanan, maka pegas akan tertekan dan derajat super panas akan bertambah besar. Jadi, apabila sekrup diputar ke kanan, maka jumlah refrigeran yang akan masuk ke evaporator akan berkurang. Apabila sekrup pengatur diputar ke kiri, maka pegas akan mengendor, sehingga derajat super panas akan berkurang (jumlah aliran refrigeran masuk ke dalam evaporator akan bertambah besar). Dengan cara penyetelan di atas, derajat super panas harus dapat dipertahankan dalam batas tetentu.

Gambar 2.16. Katup Ekspansi Otomatik Thermostatik Penyama Tekanan Eksternal Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 167


II-28

BAB II Dasar Teori

2.3.4.2. Katup Ekspansi Manual

Pada jenis ini dimana pembukaan dan penutupan katup dengan trotel dilakukan oleh secara manual, kapasitas aliran refrigeran melalui katup tergantung pada perbedaan antara lubang masuk dan lubang keluar katup serta tergantung pada tingkat pembukaan katup yang bisa diatur secara manual. Misalnya perbedaan tekanan antara lubang masuk dan lubang keluar besarnya tetap, maka jumlah aliran refrigeran melalui katup tersebut akan tetap tanpa mengikuti perubahan tekanan atau beban evaporator. Biasanya digunakan pada pabrik es, cold storage, dan lain-lain. Dipakai karena hampir selamanya beban konstan sehingga dalam pengoperasiannya diperlukan operator untuk menyesuaikan katup ekspansi sesuai dengan kondisi pendinginan yang dikehendaki.

Gambar 2.17. Katup Ekspansi Manual Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 168


II-29

BAB II Dasar Teori

2.3.4.3. Katup Ekspansi Tekanan Konstan

Katup ekspansi tekanan konstan adalah katup ekspansi yang digerakkan oleh tekanan di dalam evaporator, untuk mempertahankan tekanan didalam evaporator konstan. Pada jenis katup ini, below dan jarum katup dihubungkan oleh batang penunjang. Bagian bawah dari below behubungan dengan lubang keluar sehingga menerima tekanan dari evaporator. Sebuah pegas dipasang pada bagian atas dari below. Gaya pegas dapat diatur dengan memutar knop pengatur. Pipa cairan refrigeran dihubungkan dengan katup ekspansi pada bagian lubang masuk dari katup ekspansi. Cara kerja Katup ekspansi tekanan konstan adalah sebagai berikut : 1. Pada sat mesin pendingin di start, katup dalam keadaan tettutup karena tekanan didalam evaporator lebih besar daripada tekanan pegas yang ditetapkan. 2. Setelah mesin pendingin bekerja, uap refrigeran yang ada dalam evaporator terisap masuk kedalam kompresor, sehingga tekanan didalam evaporator lambat laun berkurang. Katup masih tertutup sampai tekanan evaporator mencapai tekanan yang sama dengan tekanan pegas. 3. Selanjutnya, apabila tekanan evaporator lebih rendah dari tekanan pegas, tekanan pada bagian bawah below menjadi lebih rendah daripada tekanan pegas, sehingga pegas akan menekan ke bawah dan katup jarum akan membuka lubang salurannya. 4. Apabila penguapan refrigeran didalam evaporator sudah terjadi dengan baik, maka pembukaan katup akan berjalan konstan sesuai dengan tekanan penguapan yang telah ditetapkan. 5. Jika tekanan evaporator naik, maka katup akan menutup sedikit untuk mengurangi jumlah aliran refrigeran yang masuk ke dalam evaporator. 6. Apabila tekanan evaporator turun, katup akan membuka sedikit, sehingga memperbesar jumlah aliran refrigeran yang masuk kedalam evaporator.


II-30

BAB II Dasar Teori

7. Apabila mesin pendingin berhenti bekerja, tekanan evaporator akan naik, maka katup akan menutup sempurna.

Gambar 2.18. Katup Ekspansi Tekanan Konstan Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 169

2.3.4.4. Pipa Kapilar

Pipa kapilar ini sering dipakai pada mesin pendingin yang berkapasitas rendah. Pipa kapilar adalah pipa kecil dengan diameter dalam 0,8 sampai 2 mm dan panjangnya kurang lebih 1 meter. Pipa kapilar dipasang sebagai pengganti katup ekspansi. Tahanan dari pipa kapilar inilah yang dipergunakan untuk mentrotel dan menurunkan tekanan. Diameter dan panjang pipa kapilar ditetapkan berdasarkan kapasitas pendinginan, kondisi operasi dan jumlah refrigernt dari mesin pendingin yang bersangkutan.


II-31

BAB II Dasar Teori

Kontruksi 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 memudahkan dalam memulai penyalaan mesin pendingin pada saat berikutnya.

2.4. Jenis – Jenis Mesin Penyegaran Udara

2.4.1. Penyegar Udara Sentral

Penyegar udara sentral merupakan dasar dari kebanyakan jenis penyegar udara. Penyegar udara terdiri atas motor listrik dan kipas udara, koil udara, pelembab udara, dan saringan udara, semuanya terletak pada satu kotak. Pendinginan awal, pemanasan awal, pemanasan ulang, maupun damper simpangan dapat juga digunakan sebagai aksesoris. Penyegar udara sentral biasanya dirakit oleh pabrik, sebelum dikirim ke tempat instalasi, semua komponen dipasang dalam satu kotak, kemudian dilakukan pengecatan dan isolasi. Penyegar udara konvensional biasanya dirakit di tempat instalasi. Dalam hal ini, semua komponen diletakkan pada fondasi, kemudian ditutup dengan plat baja sehingga berbentuk kotak atau lemari, kemudian dicat dan diisolasi. Pada saat ini mesin penyegar udara dirakit di tempat instalasi hanya pada keadaan tertentu aja, misalnya ruangan yang tersedia tidak sesuai dengan bentuk dan ukuran mesin penyegar udara rakitan pabrik atau disebabkan oleh kesulitan transportasi. Unit penyegar udara rakitan pabrik tersedia dengan kapasitas 2000 sampai dengan 1.000.000 m3/jam dalam berbagai ukuran. Berdasarkan jenisnya terdiri atas jenis vertical dan horizontal. Jenis kipas udara yang digunakan tergantung dari volume udara dan tekanan yang diinginkan. Kipas udara yang banyak digunakan adalah jenis daun berganda. Koil udara dibuat dari pipa tembaga yang


II-32

BAB II Dasar Teori

bersirip plat alumunium. Koil udara dapat dpergunakan untuk pemanasan dan pendinginan. Pelembaban udara yang dipakai adalah jenis penyemprotan air dan jenis pancaran uap. Saringan udara yang digunakan adalah fiberglass, nilon, busa vinil dan sebagainya.

Gambar 2.19. Unit Pengolah Udara Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 87

2.4.2. Unit Koil Kipas Udara

Unit koil kipas udara adalah penyegar udara kecil yang dipergunakan didalam ruangan yang terdiri dari kipas udara, motor listrik, koil udara, dan saringan udara yang terletak pada satu kotak. Didalam unit tersebut, udara ruangan yang dihisap masuk diatur tempertur dan kelembabannya, kemudian dimasukkan kembali ke ruangan. Unit tersebut merupakan jenis lantai atau jenis langit – langit yang dapat diletakkan diatas lantai ataupun digantungkan pada langit-langit. Unit koil kipas udara dapat dipasang langsung didalam ruangan dan pada umumnya dibatasi pada tingkat kebisingan 35 dBA pada jarak 1 meter dari unit tersebut.


II-33

BAB II Dasar Teori

Gambar 2.20. Unit Koil-Kipas Udara Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 88

2.4.3. Unit Induksi

Unit induksi seperti unit koil kipas udara yang dapat dipasang langsung pada ruangan. Unit ini mempunyai kotak udara, nosel, koil udara seconder dan penutup damper simpangan ataupun saringan udara. Dalam unit induksi, udara segar dari penyegar udara sentral dimasukkan ke dalam kotak udara primer, kemudian dialirkan melalui nosel, sehingga udara masuk dengan kecepatan tinggi ke dalam ruangan pencampuran. Dengan pengaruh induksi dari pancaran udara tersebut, udara ruangan terisap dan masuk melalui koil udara sekunder sehingga dapat didinginkan atau dipanaskan, kemudian dicampur dengan udara primer dan masuk ke dalam ruangan yang akan disegarkan. Perbandingan pemasukan dari udara ruangan kira kira 3 sampai 5 unit untuk tahap pertama, dan sekitar 1 sampai 2 unit yang terakhir. Kedua unit induksi ini dapat pula secara berturut turut disebut jenis tekanan tinggi dan jenis tekanan rendah. Kapasitas pendinginan dari unit induki dapat diatur oleh volume udara primer, dengan temperatur dan kelembabannya, tetapi dapat juga diatur oleh temperature air dingin yang dialirkan ke koil sekunder atau oleh simpangan sekunder. Bentuk nosel dipilih sedemikian rupa agar dapat memberikan kualitas


II-34

BAB II Dasar Teori

pemasukan yang baik dan tidak terlalu bising. Untuk hal tersebut, kotak udara primer dilapisi dengan isolator panas dan peredam kebisingan. Koil udara biasanya terdiri dari satu baris pipa bersirip pelat yang memberikan tahanan aliran udara relative rendah. Unit induksi tersedia dalam jenis lantai dan jenis langit-langit yang dapat dipasang diluar atau ditanam. Volume udara primer dan sekunder yang terinduksi dapat diatur oleh ukuran unit maupun oleh nosel yang dipergunakan

Gambar 2.21. Unit Induksi Jenis Tekanan Tinggi Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 89

Gambar 2.22. Unit Induksi Jenis Tekanan Rendah Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 89


II-35

BAB II Dasar Teori

Gambar 2.23. Pengaturan Simpangan Pada Unit Induksi Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 90

2.4.4. Penyegar Udara Jenis Paket

Penyegar udara jenis paket terdiri dari peralatan penyegar dan refrigerator yang terletak dalam satu rumah. Komponen penyegar udara yang terdiri dari kipas udara, koil udara, saringan udara dan panic penampungan terletak dibagian atas dari rumah. Dengan demikian udara teriduksi melalui lubang masuk akan mencapai temperature dan kelembaban yang diinginkan. Selanjutnya udara tersebut ditekan masuk ke ruangan plenum yang berada dibagian atas kipas udara, kemudian masuk ke dalam ruangan. Dalam keadaan dimana satu penyegar udara paket harus dapat melayani beberapa ruangan, maka udara dimasukkan ke dalam ruangan melalui saluran udara dari ruangan plenum. Koil udara yang dipergunakan biasanya jenis ekspansi langsung, dimana refrigeran cair dari kondensor diuapkan sehingga udara yang mengalir melalui koil udara tersebut menjadi dingin dan kering. Bagian bawah dari penyegar udara terdapat mesin pendingin yang terdiri dari kompresor, kondensor, pengontrol otomatik dan peralatan listrik. Kompresor yang digunakan adalah jenis torak maupun putar. Motor listrik yang digunakan


II-36

BAB II Dasar Teori

berdaya 7,5 KW dan biasanya berjenis hermatik, dimana motor dan kompresornya terbungkus dalam satu rumah. Kondensor yang digunakan dapat dipakai kondensor berpendingin udara atau berpendingin air. Penyegar udara jenis paket berkapasitas antara 3 sampai 10 TR (Ton Refrigeran) dan dirancang untuk memberikan kenyamanan normal maupun untuk keperluan industry dan keperluan lainnya, dimana dapat diperoleh udara bertemperatur dan berkelembaban rendah. Pada jenis ini, banyak dipergunakan kipas udara jenis daun banyak, dengan pengisapan tunggal untuk jenis unit berkapasitas kecil atau pengisapan ganda untuk unit berkapsitas besar. Koil udara terbuat dari tembaga dengan sirip alumunium dari jenis ekspansi langsung dengan refrigeran R-12, R-22,atau R-500. Selama proses pendinginan, air yang ada dalam udara mengembun pada koil pendigin dan dialirkan keluar melalui panci penampung.


II-37

BAB II Dasar Teori

Gambar 2.24. Penyegar Udara Jenis Paket Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 91


II-38

BAB II Dasar Teori

Gambar 2.25. Sistem Pipa dari Penyegar Udara Jenis Paket Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 92

2.4.5. Penyegar Udara Kamar

Penyegar udara kamar merupakan penyegar udara paket berukuran kecil dengan kapasitas pendinginan antara 0,5 sampai dengan 2 TR. Tersedia dalam jenis lantai, jenis langit-langit, jenis dinding dan jenis jendela. Kondensor yang dipakai adalah kondensor berpendingin udara yang diletakkan diluar kamar, terpisah dengan unit tersebut. Pada gambar menunjukkan penyegar udara jenis jendela dengan kompresor torak atau kompresor putar. Kipas udara daun banyak dipasang didalam kamar (dibagian evaporator) sedangkan kipas udara propeller dipasang dibagian luar (dibagian kondensor). Motor listrik menggerakkan kedua kipas tersebut. Evaporator dan kondensor terdiri dari pipa-pipa bersirip pelat alumunium. Pengaturan temperature kamar dapat dilakukan dengan menjalankan dan menghentikan kerja kompresor, berdasarkan pengukuran temperature masuk.


II-39

BAB II Dasar Teori

Penyegar udara ruangan biasanya berukuran kecil, mudah dipasang dan dioperasikan, disamping itu mempunyai kapasitas pendinginan yang cukup besar. Jenis ini banyak digunakan di rumah maupun gedung.

Gambar 2.26. Penyegar Udara Jenis Jendela Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 93

2.5. Perhitungan Beban Kalor Puncak

Perhitungan Beban Kalor Puncak sangat diperlukan dalam perhitungan beban pendinginan karena berpengaruh pada besarnya panas matahari yang diterima seluruh permukaan kereta. Perhitungan beban kalor puncak dilakukan dengan menghitung temperatur udara luar sesaat dan menghitung radiasi matahari tertentu. Dari kedua perhitungan tersebut dapat diketahui besarnya beban kalor puncak serta kapan hal tersebut terjadi (jam terpanas). Data tersebut akan digunakan dalam perhitungan selanjutnya.


II-40

BAB II Dasar Teori

Temperatur udara luar pada suatu saat tertentu, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

t 0  t 0 rancangan 

Δt Δt  cos 15 (   )................................................................(2.1) 2 2

(Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 34)

Dimana :

t0

= Temperatur Udara Luar Sesaat

t0 rancangan

= Temperatur Udara Luar Untuk Perancangan

∆t

= Perubahan Temperatur Harian

τ

= Waktu Penyinaran (dalam persamaan ini, pukul 12.00 siang adalah 0, pagi hari (AM) adalah negatif dan siang hari (PM) adalah positif

γ

= Saat terjadinya temperatur maksimum

2.6. Beban Pendinginan

Untuk menjamin kenyamanan suatu pengkondisian udara, maka diperlukan perhitungan berbagai macam beban pendinginan yang terjadi pada ruangan yang akan dikondisikan. Beban Pendinginan adalah laju kalor yang harus diambil dari dalam ruangan untuk mempertahankan temperatur dan kelembaban udara relatif sesuai kondisi yang diinginkan. Dari perhitungan beban-beban pendinginan tersebut dapat kita ketahui kinerja dari sistem pengkondisian udara untuk kenyamanan. Beban pendinginan pada ruangan dibagi menjadi 2 bagian yaitu :


II-41

BAB II Dasar Teori

Gambar 2.27. Beban Pendinginan Pada Ruangan (Sumber : Pita, Edward G, Air Conditioning Principles and System, hal 122)

1. Beban Pendinginan Luar (External Cooling Load)

Beban pendinginan ini terjadi akibat penambahan panas ke dalam ruangan yang dikondisikan karena sumber kalor dari luar yang masuk melalui permukaan kereta (atap, dinding, kaca dan lantai). Sumber kalor luar yang termasuk beban pendinginan ini adalah :

a. Penambahan panas akibat konduksi melalui dinding dan atap; b. Penambahan panas akibat konduksi melalui lantai; c. Penambahan panas akibat konduksi melalui kaca; d. Penambahan panas akibat radiasi melalui kaca; e. Infiltrasi udara luar yang masuk ke dalam ruangan; f. Ventilasi udara luar yang masuk ke dalam ruangan.


II-42

BAB II Dasar Teori

2. Dinding Pendinginan Dalam (internal cooling load)

Beban pendinginan ini terjadi karena dilepaskannya kalor sensibel maupun kalor laten dari sumber yang ada di dalam ruangan. Sumber kalor yang termasuk beban pendinginan ini adalah : a. Penambahan panas karena orang yang ada di dalam ruangan; b. Penambahan panas karena adanya pencahayaan (lampu) di dalam ruangan; c. Penambahan panas karena adanya peralatan-peralatan listrik atau pemanas yang ada di dalam ruangan.

2.6.1. Perhitungan Beban Pendinginan Melalui Dinding dan Atap

Pada perhitungan beban pendinginan pada permukaan dinding dan atap akibat konduksi sinar matahari terjadi karena adanya perbedaan temperatur antara luar dan ruangan. Untuk perhitungannya diperlukan data ketebalan dan konduktivitas termal dari bahan-bahan pembentuk dinding dan atap kereta. Perhitungan dari besarnya beban pendinginan melalui dinding dan atap kereta dihitung dengan persamaan sebagai berikut : Q = U x A x CLTDc ...........................................................................................(2.2) CLTDc = CLTD + LM + (78 – tr) + (ta – 85)......................................................(2.3) (Sumber : Pita, Edward G, Air Conditioning Principles and System, hal. 123)

Dimana: Q

= Laju Perpindahan Panas (Btu/Hr)

U

= Koefisien Perpindahan Panas (Btu/hr ft2 F)

A

= Luas pintu dan dinding gerbong tanpa kaca (ft2)


II-43

BAB II Dasar Teori

CLTDc

= Koreksi Perbedaan Temperatur Beban Pendinginan (Corrected Cooling Load Temperature Difference) (F)

CLTD

= Perbedaan Temperatur Beban Pendinginan (Cooling Load Temperature Difference) (F)

LM

= Faktor koreksi untuk garis lintang dan bulan perancangan

tr

= Temperatur Bola Kering Ruangan (F)

ta

= Temperatur Rata Rata Udara Luar (F)

Besarnya harga koefisien perpindahan panas (U) dipengaruhi oleh harga tahanan termal (R) dari komposisi bahan yang digunakan pada suatu struktur, yaitu lapisan udara luar dan lapisan udara dalam. Koefisien perpindahan panas dapat dianalogikan dengan susunan tahanan listrik sebagai berikut :

RA = Tahanan termal lapisan film udara luar RB = Tahanan termal bahan B RC = Tahanan termal bahan C RD = Tahanan termal bahan D RE = Tahanan termal lapisan film udara dalam Maka besarnya koefisien perpindahan panas (U) dari struktur tersebut dihitung dengan persamaan :

U

1 ..............................................................................................................(2.4) R

R

L k

.................................................................................................................(2.5)

Sehingga


II-44

BAB II Dasar Teori

R  R

 R1  R2  R3  R4  R5  RSi .............................................................(2.6)

R  R



so

so

L1 L2 L3 L4 L5      Rsi ...........................................................(2.7) k1 k2 k3 k4 k5

(Sumber : W.F. Stoecker, J.W. Jones. Refrigerasi dan Pengkondisian Udara. Terjemahan, Hara Supratman, hal 31)

Dimana : R

= Tahanan termal

Rso = Tahanan termal lapisan udara luar Rsi = Tahanan termal lapisan udara dalam L

= Tebal bahan

k

= Konduktivitas termal

2.6.2. Perhitungan Beban Pendinginan Melalui Lantai

Pada perhitungan beban pendinginan pada lantai akibat konduksi sinar matahari terjadi karena adanya perbedaan temperatur antara luar dan ruangan. Untuk perhitungannya diperlukan data ketebalan dan konduktivitas termal dari bahan-bahan pembentuk lantai. Perhitungan dari besarnya beban pendinginan melalui lantai dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

Q = U x A x (ta-tr) ..............................................................................................(2.8) (Sumber : Pita, Edward G, Air Conditioning Principles and System, hal. 130)

Dimana: Q

= Laju perpindahan panas (Btu/Hr)

U

= Koefisien perpindahan panas (Btu/hr ft2 F)


II-45

BAB II Dasar Teori

A

= Luas lantai (ft2)

ta

= Temperatur rata-rata udara luar (F)

t0

= Temperatur bola kering ruangan (F)

Perhitungan harga koefisien perpindahan panas (U) dapat dihitung dengan persamaan (2.4) seperti sub bab sebelumnya.

2.6.3. Perhitungan Beban Pendinginan Melalui Kaca

Beban pendinginan melalui kaca dapat disebabkan oleh:

1.

Konduksi dari sinar matahari

2.

Radiasi dari sinar matahari

2.6.3.1. Perhitungan Beban Pendinginan Melalui Kaca Akibat Konduksi

Pada perhitungan beban pendinginan pada kaca akibat konduksi sinar matahari yang masuk ke ruangan. Perhitungannya dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

Q = U x Ak x CLTDc ..........................................................................................(2.9) CLTDc = CLTD + LM + (78 – tr) + (ta – 85)....................................................(2.10) (Sumber : Pita, Edward G, Air Conditioning Principles and System, hal. 130)

Dimana :

Q

= Laju Perpindahan Panas (Btu/hr)

U

= Koefisien Perpindahan Panas (Btu/hr ft2 F)


II-46

BAB II Dasar Teori

Ak

= Luas kaca (ft2)

CLTDc

= Koreksi Perbedaan Temperatur Beban Pendinginan (Corrected Cooling Load Temperature Difference) (F)

CLTD

= Perbedaan Temperatur Beban Pendinginan (Cooling Load Temperature Difference) (F)

LM

= Faktor koreksi untuk garis lintang dan bulan perancangan untuk konduksi melalui kaca adalah 0

tr

= Temperatur bola kering ruangan (F)

ta

= Temperatur rata rata udara luar (F)

2.6.3.2. Perhitungan Beban Pendinginan Melalui Kaca Akibat Radiasi

Panas yang berasal dari sinar matahari dikenal juga sebagai panas radiasi, dimana panas radiasi dari matahari tersebut sangat mempengaruhi beban pendinginan. Perhitungan beban pendinginan radiasi dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

Q = SHGF x A x SC x CLF..............................................................................(2.11)

(Sumber : Pita, Edward G, Air Conditioning Principles and System, hal. 130)

Dimana :

Q

= Laju Perpindahan Panas (Btu/ hr)

SHGF

= Solar Heat Gain Factor yaitu panas matahari maksimum yang diserap pada waktu, orientasi dan garis lintang tertentu (Btu/hr ft2)

A

= Luas kaca (ft2)

SC

= Shading Coefficient yaitu suatu koefisien untuk faktor koreksi berdasarkan jenis kaca

CLF

= Cooling Load Factor yaitu faktor koreksi beban pendingin dari kaca yang bergantung pada waktu


II-47

BAB II Dasar Teori

2.6.4. Perhitungan Beban Pendinginan Akibat Panas Yang Dikeluarkan Oleh Penumpang

Panas yang dikeluarkan oleh penumpang ada dua macam, yaitu kalor laten dan kalor sensibel. Perhitungan beban pendinginan akibat panas yang dikeluarkan penumpang dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

Q p laten

= ql x n .........................................................................................(2.12)

Q p sensible

= qs x n x CLF...............................................................................(2.13) (Sumber : Pita, Edward G, Air Conditioning Principles and System, hal. 139)

Dimana :

ql

= panas laten yang dipancarkan per orang (Btu/hr)

qs

= panas sensible yang dipancarkan per orang (Btu/hr)

n

= jumlah penumpang kereta

CLF = Cooling Load Factor untuk penumpang kereta

2.6.5. Perhitungan Beban Pendinginan Akibat Panas Yang Dikeluarkan Oleh Lampu Penerangan

Pada kereta terdapat 6 set lampu masing-masing lampu berdaya 40 Watt dan 4 set lampu masing-masing lampu berdaya 20 Watt. Perhitungan beban pendinginan akibat panas yang dikeluarkan oleh lampu penerangan dihitung dengan persamaan sebagai berikut :


II-48

BAB II Dasar Teori

Qlampu = 3.4 x W x BF x CLF ...........................................................................(2.14) (Sumber : Pita, Edward G, Air Conditioning Principles and System, hal. 137)

Dimana :

W

= Kapasitas lampu (watt)

BF

= Ballast Factor

CLF

= Cooling Load Factor untuk lampu

2.6.6. Perhitungan Beban Pendinginan Ruangan

Beban Pendinginan Ruangan terdiri atas beban ruangan sensibel (RSH= Room Sensible Heat) dan beban ruangan laten (RLH = Room Laten Heat) Besarnya beban pendinginan ruangan akan didapat dengan menambahkan faktor keamanan sebesar 5 % dari seluruh beban pendinginan baik beban sensibel maupun beban laten. Maka dapat dirumuskan sebagai berikut :

RSH = ∑ Q sensibel x 105 % ..........................................................................(2.15) RLH = ∑ Q laten x 105 % ..............................................................................(2.16)


2.6.7. Faktor Kebocoran Saluran Udara

Didalam suatu ruangan tentu terdapat kebocoran udara yang berasal dari peralatan atau kondisi udara yang tidak terkondisikan, maka akan terjadi beban tambahan untuk beban sensible (RSHS = Room Sensible Heat Supplement ) maupun beban tambahan untuk beban laten (RLHS = Room Laten Heat Supplement). Kerugian akibat kebocoran udara yaitu sebesar 5 % sampai dengan 30 %. Pada


II-49

BAB II Dasar Teori

perhitungan beban pendinginan ini diambil rugi kebocoran saluran udara sebesar 5 %. Dan dapat dirumuskan sebagai berikut : RSHS = RSH x 105 % ......................................................................................(2.17)

RLHS = RLH x 105 % ....................................................................................(2.18)


2.6.8. Perhitungan

Beban

Pendinginan

Akibat

Panas

Dari

Penyusupan/Perembesan Udara Luar (Infiltrasi)

Infiltrasi pada kereta terjadi karena adanya penumpang yang keluar dan masuk kereta pada saat kereta api dioperasikan. Sedangkan panas yang terjadi karena infiltrasi dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu panas sensibel dan panas laten. Untuk penyusupan/perembesan udara luar (infiltrasi) dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

Q

I Sensibel





 (V (ft 3 ) x Jumlah Penggantian Ventilasi Alamiah) + Jumlah Udara Luar x

Q

0,24 btu / lb o F x  t...............................................(2.19) vol spesifik udara luar ( ft 3 / lb)

0,24 btu / lb o F  (V (ft ) x Jumlah Penggantian Ventilasi Alamiah) x vol spesifik ( ft 3 / lb) 3

I Laten

x (W0  W1 ).................................................................................................(2.20) (Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 31)


II-50

BAB II Dasar Teori

2.6.9. Perhitungan Beban Pendinginan Akibat Panas Dari Ventilasi Udara.

Ventilasi udara berfungsi untuk mengganti udara dalam ruang agar dapat memberikan kualitas udara yang tinggi dalam ruangan (misalnya untuk mengontrol suhu, mengisi oksigen, atau menghilangkan kelembaban, bau, asap, panas, debu, bakteri di udara, dan karbon dioksida). Pada kereta terdapat sistem ventilasi dengan menggunakan exhaust fan sebanyak 4 (empat) buah dengan kapasitas masing-masing adalah 529,661 ft3/min.

Panas yang terjadi karena

adanya ventilasi dibedakan menjadi 2 (dua) macam panas yaitu panas sensibel dan panas laten. Sedangkan perhitungan dengan rumus sebagai berikut :

Q Sensibel = 1,1 x CFM x (t0 – t1)......................................................................(2.21) Q Laten = 0,68 x CFM x (Wo – W1)..................................................................(2.22) (Sumber : Pita, Edward G, Air Conditioning Principles and System, hal. 146)

Dimana : CFM = Tingkatan Ventilasi Udara (ft3/min) to

= Temperatur Udara Luar (F)

t1

= Temperatur Udara dalam (F)

Wo

= Kandungan Uap air di luar ruangan (lb w/lb dry air)

W1

= Kandungan Uap air di dalam ruangan (lb w/lb dry air)

2.7. Diagram Psikrometrik

Diagram psikrometri merupakan kajian tentang sifat-sifat campuran udara dan uap air, yang mempunyai arti penting di dalam bidang teknik pengkondisian udara, karena udara atmosfir tidak kering betul tetapi merupakan campuran antara


II-51

BAB II Dasar Teori

udara dan uap air. Pada beberapa proses pengkondisian udara, kandungan air sengaja disingkirkan dari udara, tetapi pada proses yang lain, air ditambahkan. Pada beberapa alat terdapat proses perpindahan kalor dan massa antara udara dan permukaan bagian yang basah. Sebagai contohnya adalah beberapa jenis alat pelembab udara (humidifier), penurunan kelembaban (dehumidifying) dan oil pendingin serta peralatan penyemprot air (water spray), seperti menara pendingin dan kondensor penguapan. Dengan menggunakan potensial entalpi, beberapa hubungan yang mudah untuk menentukan laju perpindahan kalor dapat dikembangkan. Pertama-tama akan dibahas tentang bagan - bagan psikometrik, pengkajian sifat demi sifat, yang kemudian diikuti dengan pembahasan tentang proses pengkondisian udara secara umum. Siklus penyegaran udara dalam kereta akan diuraikan dalam diagram psikrometrik, dimana terdapat beban pendinginan dari luar yaitu panas yang masuk ke ruangan akibat dari konduksi dan radiasi melaui dinding dan kaca serta panas yang masuk ke ruangan akibat adanya ventilasi dan infiltrasi dari udara luar. Sedangkan beban dari dalam ruangan berupa panas yang dikeluarkan oleh penumpang dan dari penerangan. Dari grafik psikrometrik, siklus pendinginan udara dapat dilihat dimana udara luar (1) dan udara dari ruangan yang telah dikondisikan (2) bercampur di titik (3) dan kemudian dikembalikan ke kondensor untuk dilakukan proses pengambilan panas ruangan sehingga suhu nya akan turun pada titik (4). Selanjutnya udara yang bersuhu rendah tersebut akan dikembalikan lagi ke dalam ruangan pada titik (2). Dan akan berlangsung suatu siklus pendinginan udara. Untuk dapat menghitung jumlah udara yang diperlukan dan temperatur udara pada setiap sisi dan menggambarkan proses pengkondisian udara pada grafik psikometrik, setelah mengetahui besarnya beban pendingin diketahui adalah dengan persamaan-persamaan sebagai berikut : GSHF 

Q Sensibel ...........................................................................(2.23) Q Beban Pendinginan


II-52

BAB II Dasar Teori

RSHF 

BF 

TSH ..............................................................................................(2.24) GTH

t 4  t abd ..............................................................................................(2.25) t 3  t abd

(Sumber : Carrier, 1965, Handbook Of Air Conditioning System Design, hal 150.)

Gambar 2.28. Siklus Pengkondisian Udara pada Diagram Psikrometrik (Sumber : Carrier, 1965, Handbook Of Air Conditioning System Design, hal 116.)

2.8. Parameter-Paremeter Kinerja Sistem Pengkondisian Udara

Untuk menyatakan unjuk kerja dari suatu siklus kompresi uapyang diperhatikan adalah erfek refrigerasi, laju pelepasan kalor, kerja kompresi dan nilai Coefficient Of Performance (COP) yang data dijelaskan sebagai berikut :


II-53

BAB II Dasar Teori

Gambar 2.29. Diagram P-h Siklus Kompresi Uap

(Sumber : W.F. Stoecker, J.W. Jones. Refrigerasi dan Pengkondisian Udara. Terjemahan, Hara Supratman, hal 187)

2.8.1. Efek Refrigerasi (RE)

Efek refrigerasi (RE) adalah besarnya panas yang dapat diserap oleh refrigeran per satuan massa. Besarannya dapat dihitung dengan selisih entalpi refrigeran masuk dan keluar evaporator,mempunyai rumus :

RE = h1 – h4…………………………..................…...…………......................………...…………………….(2.26) (Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 114)

Dimana :

h1= enthalpy keadaan titik 1 pada diagram P-h (Btu/lb) h4= enthalpy keadaan titik 4 pada diagram P-h (Btu/lb)


II-54

BAB II Dasar Teori

2.8.2. Kerja Kompresor

Kerja kompresor (qkomp) adalah kerja yang diterima oleh refrigeran untuk tiap satuan massa refrigeran, mempunyai rumus :

qkomp = h2 – h1….....………………..................…………………………………………………………….(2.27) (Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 114)

Dimana :

h2= enthalpy keadaan titik 2 pada diagram P-h (Btu/lb) h1= enthalpy keadaan titik 1 pada diagram P-h (Btu/lb)

2.8.3. Coefficient Of Performance (COP)

Coefficient Of Performance (COP) adalah perbandingan dampak refrigerassi degan kerja kompresor, mempunyai rumus :

COP =

RE …………………...………...................…………….…………(2.28) q komp (Sumber : Arismunandar W., Saito H., 1986, Penyegaran Udara, hal 114)

Dimana :

RE

= Refrigerating effect (h1 – h4) (Btu/lb)

Qkomp = Kerja kompresor (h2 – h1)

(Btu/lb)


BAB II DASAR TEORI SISTEM PENYEGARAN UDARA

Recommend Documents