Laporan Tugas Akhir
BAB II
TEORI DASAR
2.1 Sistem Tata Udara Secara umum pengkondisian udara adalah suatu proses untuk
mengkondisikan udara pada suatu tempat sehingga tercapai kenyamanan bagi penghuninya. Tata udara meliputi aspek yang luas, sasaranya tidak hanya
memberikan rasa sejuk belaka, tetapi kenyamanan, kebersihan udara serta
kondisi tertentu untuk memperluas berbagai proses diantaranya industri dan
transportasi. Ada enam aspek dalam pengkondisian udara yang perlu diperhatikan, yakni : 1. Temperatur udara 2. Kelembaban udara 3. Gerakan aliran udara 4. Debu dan bau di udara 5. Suara (noise criteria) 6. Kadar oksigen dan gas-gas beracun lain Temperatur udara yang diinginkan diatur dengan cara pendinginan atau pemanasan. Pendinginan dilakukan bila suhu udara berada diatas derajat yang diinginkan, sebaliknya harus dilakukan pemanasan bila temperatur udara terlalu dingin. Kelembaban udara di atur dengan menyerap atau menyemprotkan uap air ke udara tersebut. Peralatan yang menyerap uap air disebut dehumidifier sedangkan peralatan pelembab udara disebut humidifier. Gerakan udara diatur dengan memilih kapasitas kipas yang tepat atau dengan mengatur volume dan kecepatan udara suplai. Kadar oksigen, gas-gas beracun dan bau diatur dengan cara mangatur jumlah udara segar yang diambil dari luar, merencanakan sistem exhaust dan sebagainya. Debu atau kotoran yang berbentuk padat halus dilenyapkan dengan penyaringan, pencucian dan perencanaan sistem exhaust yang baik. Suara bising yang ditimbulkan oleh sistem tata udara dapat berasal
Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
5
Laporan Tugas Akhir
dari gerakan udara didalam kipas, gesekan udara didalam saluran dan getaran
bantal (bearing) yang aus. Suara bising yang bukan disebabkan oleh sistem
tata udara tidak termasuk dalam lingkup tanggung jawab ahli tata udara.
2.2 Sistem Udara Penuh (All Air System)
Sistem tata udara yang menggunakan all air system ini mengalirkan udara secara langsung keruangan-ruangan yang dikondisikan. Sistem udara penuh membutuhkan alat untuk pengolahan udara. Alat pengolahan udara yang digunakan biasa dikenal dengan istilah Air Handling Unit (AHU). Dimana komponen utama dalam AHU adalah koil pendingin, filter dan kipas.
Dalam proses pendistribusian udara dingin (udara suplai) dari AHU keruangan dibutuhkan saluran udara (ducting). Agar panas dari luar atau lingkungan tidak masuk dan mempengaruhi keadaan udara suplai, maka ducting yang digunakan haruslah di insulasi. Keuntungan sistem udara penuh adalah : 1. Sederhana, mudah perancangan, pemasangan, pemakaian dan perawatan. 2. Biaya awalnya relatif murah. Sedangkan kerugiannya adalah : 1. Kesulitan pengaturan temperatur dan kelembaban dari ruangan yang dikondisikan, karena beban kalor dari ruangan tersebut mungkin berbeda satu sama lain. 2. Saluran utama berukuran besar sehingga membutuhkan tempat yang luas.
Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
6
Laporan Tugas Akhir
Gambar 2.1 All Air System (secara direct expansion)
2.3 Diagram Psikrometrik Dalam perancangan sistem tata udara, psikrometrik digunakan untuk menentukan kondisi dan debit udara suplai, kondisi udara keluar koil pendingin, kondisi udara masuk koil pendingin, bypass factor, temperatur titik embun alat (apparatus dew point), dan beban total yang harus di tanggung oleh koil pendingin. Hasil perhitungan debit udara suplai, dikombinasikan dengan hasil perhitungan beban tiap ruangan dapat dimanfaatkan untuk
Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
7
Laporan Tugas Akhir
Gambar 2.2 Psychrometric Chart dari Carrier
menentukan rancangan saluran udara dan memilih kipas udara yang sesuai dengan kebutuhan. Kondisi udara suplai, kondisi udara keluar koil pendingin, kondisi udara masuk koil pendingin, bypass factor dan temperatur titik embun alat dapat dimanfaatkan untuk menentukan kondisi kerja mesin pendingin. Gambar diatas merupakan contoh dari psychrometric chart dari Carrier
Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
8
Laporan Tugas Akhir
Gambar 2.3 Diagram psikrometrik sederhana
Tabel 2.1 Keterangan simbol pada diagram psikrometrik
Parameter
Simbol
Temperatur tabung kering
Tdb
Temperatur tabung basah
Twb
Satuan
Entalpi
H
kJ/kg atau Btu/lb
Rasio kelembaban
W
kg uap/kg udara atau lb uap/lb udara
Volume spesifik
V
atau
RH
%
Kelembaban relative
lb
2.4 Proses-proses Psikrometrik Proses yang dialami oleh udara secara umum ada 8 macam. Proses-proses tersebut biasa tergambarkan dalam diagram psikrometrik. Proses tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.3. Kedelapan proses tersebut adalah 1. Proses 0-1 merupakan proses pemanasan sensibel dimana pemanasan tanpa penambahan atau pengurangan uap air. Hal tersebut terjadi pada udara yang melewati koil pemanas.
Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
9
Laporan Tugas Akhir
2. Proses 0-2 merupakan proses pemanasan dan humidifikasi dimana udara
yang mengalami pemanasan dengan penambahan uap air. Hal tersebut terjadi pada udara yang mendapat semprotan air dengan temperatur lebih
tinggi disbanding temperatur tabung kering udara.
3. Proses 0-3 merupakan humidifikasi dimana udara yang tidak mengalami
pemanasan ataupun pendinginan tetapi terjdai penambahan uap air. Hal
tersebut terjadi pada udara yang mendapat semprotan air dengan
temperatur sama dengan temperatur tabung kering udara.
Gambar 2.4 Proses-proses udara
4. Proses 0-4 merupakan pendinginan dan humidifikasi dimana udara mengalami pendinginan dan penambahan uap air. Proses ini terjadi pada udara yang mendapat semprotan air alami. 5. Proses 0-5 merupakan pendinginan sensibel dimana udara mengalami pendinginan tanpa penambahan atau pengurangan uap air. Proses ini terjadi pada udara yang didinginkan oleh koil yang temperaturnya lebih rendah dibandingkan temperatur tabung keringnya tetapi sama atau lebih tinggi daripada temperatur titik embunnya.
Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
10
Laporan Tugas Akhir
6. Proses 0-6 merupakan pendinginan dan dehumidifikasi dimana udara
mengalami pendinginan dan pengurangan uap air. Proses ini terjadi pada udara yang didinginkan oleh koil yang temperaturnya lebih rendah
dibandingkan temperatur titik embunnya.
7. Proses
merupakan
dehumidifikasi
dimana
udara
mengalami
pengurangan uap air tampa pemanasan atau pendinginan. Proses ini terjadi
0-7
pada udara yang melewati dehumidifier seperti silica gel. 8. Proses 0-8 merupakan pemanasan dan dehumidifikasi dimana udara
mengalami pemanasan dan pengurangan uap air. Proses ini terjadi pada
udara yang melewati koil pemanas dan dehumidifier.
2.5 Perhitungan Psikrometrik Dengan memanfaatkan diagram psikrometrik, maka perhitungan-perhitungan psikrometrik pada berbagai proses yang terjadi di udara dapat dilakukan. 2.5.1
Pendinginan dan pemanasan udara Pada proses pendinginan, udara akan mengalami penurunan temperatur tabung kering. Sedangkan pada proses pemanasan, udara akan mengalami peningkatan temperatur tabung kering ̇ ̇ dimana q = daya yang dibutuhkan untuk pemanasan atau pendinginan (kW) ̇ = laju aliran masa udara (kg/s) = selisih entalpi udara kondisi 1 dan 2 (kJ/kg) = entalpi udara pada kondisi 1 (kJ/kg) = entalpi udara pada kondisi 2 (kJ/kg)
2.5.2
Proses sensibel dan laten Daya/kalor pada proses sensibel sebanding dengan perubahan temperatur udara. Kalor sensibel dapat dihitung dengan :
dimana
Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
11
Laporan Tugas Akhir
= kalor sensibel (W)
Q =debit udara (LPS ) = temperatur udara awal ( )
= temperatur udara akhir ( )
Sementara pada daya/kalor pada proses laten sebanding dengan
perubahan rasio kelembaban udara. Kalor laten dapat dihitung dengan :
dimana kalor laten (kW) = rasio kelembaban udara awal (kg uap air/kg udara kering)
= rasio kelembaban udara akhir (kg uap air/kg udara kering)
Dengan rumus untuk mencari debit adalah Q = debit, [m3/s]. V = kecepatan aliran udara, [m/s] A = luas permukaan, [m2]
2.5.3
Pencampuran udara Proses pencampuran udara merupakan proses dimana dua arus udara dicampurkan dan membentuk arus ketiga. Proses ini banyak dijumpai pada sistem pengkondisi udara, dimana pencampuran udara luar (outside air) dengan udara balik (return air). Hasil pencampuran tersebut di sebut dengan mixed air atau entering air (EA). Udara hasil pencampuran tersebut akan masuk ke koil pendingin.
Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
12
Laporan Tugas Akhir
Gambar 2.5 Skema proses pencampuran udara
Gambar 2.6 Proses pencampuran udara pada all air system
Untuk menentukan hasil pencampuran udara dengan perhitungan psikrometrik, dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :
dimana temperatur tabung kering udara hasil pencampuran ( ) = debit outside air (l/s) debit return air (l/s) temperatur tabung kering outside air ( ) temperatur tabung kering return air ( )
Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
13
Laporan Tugas Akhir
Untuk mencari temperatur tabung basah, rasio kelembaban dan entalpi
udara hasil pencampuran maka digunakan persamaan dengan bentuk yang hampir sama dengan persamaan diatas.
dimana
temperatur tabung basah udara hasil pencampuran ( ) = rasio kelembaban udara hasil pencampuran (kg uap air/kg udara
kering) entalpi udara hasil pencampuran (
)
= debit outside air (l/s) debit return air (l/s) temperatur tabung basah outside air ( ) temperatur tabung basah return air ( ) = rasio kelembaban outside air (kg uap air/kg udara kering) = rasio kelembaban return air (kg uap air/kg udara kering) entalpi outside air ( entalpi return air (
2.5.4
) )
Faktor Kontak dan Bypass Udara yang akan melewati koil pendingin tidak seluruhnya bersentuhan dengan koil pendingin dan mengalami pendinginan dan dehumidifikasi. Bagian dari udara yang bersentuhan dengan koil pendingin dinyatakan dengan faktor kontak (contact factor) sementara bagian udara yang tidak bersentuhan dengan koil dinyatakan dengan faktor bypass (bypass factor) .
Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
14
Laporan Tugas Akhir
Kedua persamaan tersebut dinyatakan dengan :
CF + BF = 1
–
dimana, CF = Contact Factor BF = Bypass Factor
Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
15
