Oleh Rd. INDHAYATI HERLINA, ST., MM. MOH. ARIS AS’ARI, S.Pd
PROGRAM KEAHLIAN TEKNIK PENDINGINAN DAN TATA UDARA
SMK NEGERI I CIREBON 2011 Visit us on : ptu.smkn1-cirebon.sch.id
CHAPTER I VENTILATION, INFILTRATION AND EXFILTRATION Ventilasi Udara
Ventilasi merupakan proses untuk mencatu udara segar ke dalam bangunan/gedung dalam jumlah yang sesuai kebutuhan. Tujuan Ventilasi adalah : 1. Menghilangkan gas-gas yang tidak dibutuhkan yang ditimbulkan oleh resfirasi dan hasil pembakaran. 2. Menghilangkan uap air yang berlebihan. 3. Menghilangkan kalor yang berlebihan. 4. Membantu mendapatkan kenyamanan thermal. Ventilasi Udara dapat di bagi menjadi dua tipe, yaitu : 1. Ventilasi Alami 2. Ventilasi Mekanis A. Ventilasi Alami Ventilasi alami terjadi karena adanya perbedaan tekanan di luar suatu bangunan/gedung yang disebabkan oleh angin dan karena adanya perbedan temperatur, sehingga terdapat gas-gas panas yang naik di dalam saluran ventilasi. Ventilasi udara alami yang harus disediakan harus terdiri dari bukaan permanen seperti pintu, jendela dan saranan lain yang dapat di buka. A.1 Perancangan sistem Ventilasi Udara Alami Yang perlu diperhatikan dalam merancang ventilasi alami adalah : 1. Tentukan kebutuhan ventilasi udara yang diperlukan sesuai fungsi ruangan. 2. Tentukan ventilasi gaya angin dan gaya thermal yang akan digunakan. A.2 Ventilasi Gaya Angin Faktor yang mempengaruhi laju ventilasi yang disebabkan gaya angin adalah 1. Kecepatan rata-rata angin
2. Arah angin yang kuat 3. Variasi kecepatan dan arah angin musiman dan harian 4. Hambatan setempat, seperti bangunan yang berdekatan, bukit, pohon dsb. A.3 Penempatan outlet Berikut ini beberapa posisi outlet untuk ventilasi alami yang direkomendasikan oleh ASHRAE : 1. Sisi arah tempat yang teduh dari bangunan dan berlawanan langsung dengan inlet. 2. Pada atap bangunan, di dalam area yang bertekanan rendah yang disebabkan oleh aliran angin yang tidak menerus. 3. Pada sisi yang berdekatan ke muka arah angin dimana area tekanan rendah terjadi. 4. Dalam pantauan pada sisi arah tempat teduh. 5. Dalam ventilator atap 6. Pada cerobong. Inlet sebaiknya ditempatkan dalam daerah bertekanan tinggi, sedangkan outlet sebaiknya ditempatkan dalam daerah negatif atau bertekanan rendah. B. Ventilasi Mekanik
Figure 2 Fan Outlet Sentrifugal (FanAir Company) Persyaratan teknis untuk ventilasi mekanis dinataranya : 1. Sistem ventilasi mekanis harus diberikan jika ventilasi alami yang memenuhi syarat tidak memadai. 2. Sistem ventilasi mekanis bekerja terus menerus selama ruang tersebut dihuni. 3. Besarnya pertukaran udara yang disarankan untuk berbagai fungsi ruangan harus sesuai ketentuan.
Contoh : Tipe Bangunan Pabrik, Bengkel Kelas, Bioskop
Catu udara segar minimum Pertukaran udara/jam m3/jam per orang 6 18 8 18
B.1 Perancangan sistem Ventilasi Mekanis Perancangan sistem Ventilasi Mekanis dilakukan sebagai berikut : 1. Tentukan kebutuhan udara ventilasi yang diperlukan sesuai fungsi ruangan. 2. Tentukan kapasitas fan. 3. Rancang sistem distribusi udara, baik menggunakan ducting atau fan yang dipasang pada dinding/atap. Jumlah laju aliran udara yang perlu disediakan oleh sistem ventilasi mengikuti ketentuan. Contoh : Fungsi Gedung Satuan Kebutuhan udara luar Merokok Tidak merokok Hotel a. Kamar tidur (m3/min)/orang 0,42 0,21 3 b. Ruang tamu (m /min)/orang 0,75 c. Kamar mandi (m3/min)/orang 3 d. Lobi (m /min)/orang 0,45 0,15 Ruang Umum a. Lift (m3/min)/orang 0,45 3 b. WC Umum (m /min)/orang 2,25 2,25 Untuk mengambil panas dari dalam ruangan, diperlukan laju aliran udara dengan jumlah tertentu untuk menjaga supaya temperatur udara di dalam ruangan tidak bertambah melewati harga yang diinginkan. C. Kriteria kenyamanan C.1 Faktor yang mempengaruhi kenyamanan thermal manusia C.1.1 Faktor Udara Kering (Dry Bulb) Faktor temperatur dry bulb sangat besar pengaruhnya terhadap besar kecilnya kalor yang dilepas melalui penguapan (evaporasi) dan melalui konveksi. Daerah kenyamanan thermal untuk daerah tropis dapat dibagi menjadi : 1. Sejuk nyaman, antara temperatur 20,5°C – 22,8°C 2. Nyaman optimal, antara temperatur 22,8°C – 25,8°C 3. Hangat nyaman, antara temperatur 25,8°C – 27,1 °C
C.1.2 Faktor Kelembapan Udara Relatif (Relative Humidity/RH) Kelembapan udara relatif adalah perbandingan antara jumlah uap air yang dikandung oleh udara tersebut dibandingkan dengan jumlah kandungan uap air pada keadaan jenuh (saturasi) pada temperatur udara ruangan tersebut. Untuk daerah tropis, RH yang dianjurkan antara 40-50%, namun untuk ruangan yang jumlah orangnya padat seperti ruang pertemuan, RH 55 – 60% masih diperbolehkan. C.1.3 Faktor Kecepatan/Pergerakan Udara (Air Velocity)
Untuk mempertahankan kenyamanan udara, maka kecepatan udara yang jatuh di atas kepala tidak boleh lebih besar dari 0,25 m/detik dan sebaiknya lebih kecil dari 0,15 m/detik. Namun, kecepatan udara dapat lebih besar dari 0,25 m/detik bergantung dari rancangan temperatur udara kering. Untuk lebih jelas lihat tabel di bawah! Tabel kecepatan udara dan kesejukan Kecepatan udara [m/detik] 0,1 0,2 0,25 0,3 0,35 Temperatur udara kering [°C] 25 26,8 26,9 27,1 27,2 C.1.4 Faktor radiasi permukaan yang panas Apabila di dalam suatu ruangan dinding-dinding sekitarnya panas, akan mempengaruhi kenyamanan seseorang di dalam ruangan tersebut, meskipun temperature udara sekitarnya sesuai dengan tingkat kenyamanan. Karena itu usahakan temperature radiasi rata-rata sama dengan temperature udara kering ruangan. Jika temperature radiasi rata-rata lebih tinggi dari temperature udara kering ruangan, maka temperatur udara ruangan rancangan dibuat lebih rendah dari temperatur rancangan biasanya. C.1.5 Faktor aktivitas orang di ruangan Dalam perhitungan sistem pengkondisian udara, besarnya kalor yang dihasilkan oleh aktivitas manusia di dalam ruangan sangat mempengaruhi tingkat kenyamanan ruangan. Sebagai contoh lihat table di bawah. Tabel Laju pertambahan Kalor dari Penghuni dalam ruang yang dikondisikan Tingkat Aktivitas Duduk, kerja amat ringan Pekerjaan mesin yang berat, mengangkat Berjalan, Berdiri
Tipe penggunaan Kantor, hotel, apartemen Pabrik Apotik, Bank
Kalor total Dewasa, Pria Btu/Jam Watt 390 1600 550
114 440 162
Kalor total yang disesuaikan untuk Wanita Btu/Jam Watt 330 1600 500
Tabel di atas menunjukkan besarnya kalor total yang dihasilkan untuk suatu aktivitas yang dilakukan oleh seorang pria dewasa. Untuk wanita dewasa dapat diambil 85% dari kalor yang dihasilkan pria dewasa dan anak-anak 75% dari kalor yang dihasilkan pria dewasa. C.1.5 Faktor pakaian yang dipakai Besarnya kalor yang dilepas oleh tubuh dipengaruhi oleh jenis pakaian yang sedang dipakai pada saat itu, terutama besar kecilnya isolasi thermal dari bahan pakaian dan tebalnya. Isolasi thermal dari bahan pakaian yang dipakai dinyatakan dalam clo, dimana 1 clo = 0,155m2.K/Watt. Contoh: Pria clo Wanita clo Sweater-ringan 0,20 Sweater-ringan 0,17 Jaket - berat 0,49 Jaket - berat 0,37 Sepatu 0,08 Sepatu 0,08 C.2 Zona kenyamanan ruangan
97 469 146
Temperatur efektif didefinisikan sebagai indeks lingkungan yang menggabungkan temperatur dan kelembapan udara menjadi satu indeks. Dalam arti bahwa pada temperatur tersebut, respon thermal dari orang pada kondisi tersebut sama, meski temperatur dan kelembapannya berbeda dengan catatan kecepatan udaranya sama. Berdasarkan standar ASHRAE, temperatur efektif didefinisikan sebagai temperatur udara equivalen pada lingkungan isothermal dengan kelembapan udara relative 50%, dimana orang memakai pakaian standard dan melakukan aktivitas tertentu serta menghasilkan temperatur kulit dan kebasahan kulit yang sama. Berdasarkan standar ASHRAE, maka zona kenyamanan dibagi menjadi : 1. Musim dingin, dimana temperatur operatif 20°C-23,5°C dengan kelembapan 60% dan dibatasi oleh temperatur efektif 20°C dan 23,5°C. 2. Musim panas, dimana temperatur operatif 22,5°C-26°C dengan kelembapan 60% dan dibatasi oleh temperatur efektif 23°C dan 26°C. 3. Untuk Indonesia, maka diambil temperatur operatif 25°C±1°C dengan kelembapan relative 55%±10%. D. Infiltrasi dan Exfiltrasi
Figure 3. Infiltrasi dari celah candela Infiltrasi adalah aliran udara luar yang tidak disengaja yang masuk melalui celah ataupun bagian yang terbuka dari gedung ketika tekanan udara di luar lebih tinggi dari tekanan udara di dalam gedung pada ketinggian yang sama. Sedangkan exfiltrasi adalah aliran udara yang tidak disengaja yang keluar melalui celah ataupun bagian yang terbuka dari gedung ketika tekanan udara di dalam gedung lebih tinggi dari tekanan udara di luar. Infiltrasi dan exfiltrasi bisa dipengaruhi oleh cerobong, angin, sistem udara ataupun sistem ventilasi mekanik. E. Prosedur Pengkondisian Udara Prosedur perencanaan sistem pengkondisian udara pada gedung dilakukan mengikuti bagan di bawah!
D1. Fungsi ruang dalam gedung Terdiri dari : 1. Kegiatan utama yang berlangsung dalam ruang (aktifitas). 2. Waktu kegiatan puncak. 3. Pola pakaian penghuni. D2. Kondisi thermal gedung Terdiri dari : 1. Temperatur udara. 2. Kelembapan udara relatif. 3. Kuantitas udara yang diperlukan. 4. Ketelitian dalam pengendalian besaran thermal dalam ruangan. D3. Kondisi thermal gedung Terdiri dari : 1. Data fisik bangunan. 2. Karakteristik selubung bangunan. 3. Data pemakaian gedung. D4. Data cuaca dan iklim Terdiri dari : 1. Data cuaca tahunan. 2. Data temperatur udara luar di lokasi. 3. Data kelembapan udara relatif di lokasi.
CHAPTER II FUNDAMENTALS OF AIR CONDITIONING Preface Defenisi dari Air Conditioning (Tata Udara dalam bahasa Indonesia) menurut The American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) adalah proses memperlakukan udara sehingga udara tersebut dapat dikontrol secara simultan baik temperatur, kelembapan (humidity), kebersihan dan distribusinya sehingga mendapatkan apa yang kita butuhkan dari ruangan yang telah dikondisikan. Berdasarkan pengertian di atas, maka beberapa indicator yang dibutuhkan dalam mengoperasikan suatu sistem air conditioning diantaranya : . Pengendali temperatur (Temperature control) . Pengendali kelembapan udara (Humidity control) . Penyaring, pembersi dan pencucian udara (Air filtering, cleaning, and purification) . Perpindahan dan sirkulasi udara (Air movement and circulation) Komposisi dry air dan moist air Udara di atmosfer terdiri dari berbagai komponen seperti uap air dan udara polutan (seperti asap, debu dan gas-gas lainnya). Dry air didefenisikan sebagai udara yang kadar uap air dan kandungan polutan udaranya telah dibuang. Komposisi dari dry air relative konstan, namun akan sedikit bervariasi dalam jumlah tiap komponennya jika berbeda waktu, lokasi geografis dan ketinggian suatu daerahnya. Harrison (1965) mengemukakan bahwa kandungan dari dry air berkisar : Nitrogen = 78.084 % Oxygen = 20.9476 % Argon = 0.934 % carbon dioxide = 0.0314 % neon = 0.001818 % helium = 0.000524 % methane = 0.00015 % sulfur dioxide = 0 to 0.0001 % hydrogen = 0.00005 % krypton, xenon, dan ozone = 0.0002 % Moist air adalah campuran dari dry air dengan uap air. Jumlah uap air yang terkandung dalam moist air berkisar dari nol (dry air) sampai pada level maksimum bergantung dari temperatur dan tekanan udara tersebut. Psychrometrics chart
Psychrometrics Chart disusun oleh Carrier dengan mengacu pada kondisi atmosfir normal. Beberapa parameter yang perlu diketahui pada grafik Psychrometrics: Dry-bulb Temperature (DB) dan Wet-bulb Temperature (WB) DB adalah suhu udara ruang yang diperoleh melalui pengukuran dengan Slink Psikrometer pada theremometer dengan bulb kering. Suhu DB diplotkan sebagai garis vertikal yang berawal dari garis sumbu mendatar yang terletak di bagian bawah chart. Suhu DB ini merupakan ukuran panas sensibel. Perubahan suhu DB menunjukkan adanya perubahan panas sensibel.
Gambar thermometer dry bulb WB adalah suhu udara ruang yang diperoleh melalui pengukuran dengan Slink Psikrometer pada theremometer dengan bulb basah. Suhu WB diplotkan sebagai garis miring ke bawah yang berawal dari garis saturasi yang terletak di bagian samping kanan chart. Suhu WB ini merupakan ukuran panas total (enthalpi). Perubahan suhu WB menunjukkan adanya perubahan panas total.
Gambar thermometer wet bulb
THERMOMETER DRY BULB TEMPERATURE
THERMOMETER WET BULB TEMPERATURE
Gambar slink psychrometric Humidity Ratio atau Specific Humidity (W)
Specific humidity adalah jumlah kandungan uap air di udara yang diukur dalam satuan grains per pound udara. ( 7000 grains = 1 pound) dan diplotkan pada garis sumbu vertikal yang ada di bagian samping kanan chart. Enthalpi (H) Enthalpi adalah jumlah panas total dari campuran udara dan uap aire di atas titik nol. Dinyatakan dalam satuan Btu/lb udara. Harga enthapi dapat diperoleh sepanjang skala di atas garis saturasi
Specific volume (SpV) Specific volume atau volume spesifik adalah kebalikan dari berat jenis, dinyatakan dalam ft3/lb. Garis skalanya sama dengan garis skala wet bulb. Relative Humidity (% RH) % RH merupakan perbandingan jumlah actual dan jumlah maksimal (saturasi) dari uap air yang ada pada suatu ruang atau lokasi tertentu. 100% RH berarti saturasi dan diplotkan menurut garis saturasi. Untuk ukuran yang lebih kecil diplotkan sesuai arah garis saturasi. Dew-point temperature (DP) Suhu DP adalah suhu di mana udara mulai menunjukkan aksi pengembunan ketika didinginkan. Suhu DP ditandai sebagai titik sepanjang garis saturasi. Pada saat udara ruang mengalami saturasi (jenuh) maka besarnya suhu DB sama dengan suhu WB demikian pula suhu DP. Suhu DP merupakan ukuran dari panas laten yang diberikan oleh sistem. Adanya perubahan suhu DP menunjukkan adanya perubahan panas laten atau adanya perubahan kandungan uap air di udara.
Contoh Soal Contoh 4.1 Hasil pengukuran kondisi suatu ruangan dengan slink psychrometer memberikan data sebagai berikut: Temperatur Dry Bulb 78°F Temperatur Wet Bulb 65°F Tentukan parameter udara lainnya dengan mengunakan psikrometrik chart. Solusi Mengacu ke pschrometric di ats, pertama-tama tentukan titik potong antara garis DB = 78°F dan garis WB 65°F. Titik tersebut adalah titik P. Dari titik P ikuti garis horisontal ke arah kanan, yaitu skala kelembapan spesifik w = 72 gr/lb. Ikuti garis kemebapan relatif, RH = 50%. Ikuti garis horisontal ke kiri hingga memotong garis saturasi, diperoleh suhu DP = 58°F. Dan ikuti garis entalpi, H= 30,05 Btu/lb. Yang terakhir tentukan volume spesifik, SpV. Titik P berada diantara garis 13,5 dan 14,0, dapat diperkirakan SpV =13,75 ft3/kg. Jadi parameter yang didapat : RH= 50% W = 72 gr/lb DP = 58°F H = 30,05 Btu/lb SpV = 13,75 ft3/lb
CHAPTER III APLICATION PSYCHROMETICS TO AIR CONDITIONING SYSTEM Sistem Tata Udara (air conditioning system) dapat terdiri dari beberapa proses pengkondisian udara, yaitu proses pemanasan (heating), proses pendinginan (cooling), proses penambahan uap air (humidifying), dan proses pengurangan uap air (dehumidifying). Pengkondisian udara akan merubah kondisi udara, dari kondisi awal menjadi kondisi akhir. Contohnya kita berdomisili di daerah Cirebon dengan kelembapan 70% dan temperatur DB 28°C. Kita akan merancang suatu ruangan dengan kelembapan 50% dan temperatur DB 21°C, dengan begitu kita akan melakanakan proses cooling dengan menurunkan temperatur dari DB 28°C menjadi DB 21°C dan dehumidifying dengan menurunkan kelembapan dari 70% menjadi 50% dalam sistem air conditioning pada ruangan yang akan kita tentukan. Dalam prakteknya, ada enam proses yang lazim dilaksanakan dalam sistem tata udara, yaitu: 1. Proses dengan Panas Sensibel Konstan 2. Proses dengan Panas Laten Konstan 3. Proses dengan Panas Total (entalpi) Konstan atau proses Adiabatik 4. Proses dengan Kelembaban relatif constan 5. Proses tata udara lengkap, kombinasi 6. Proses Pencampuran udara dalam kondisi berbeda Perlu anda ketahui bahwa: 1. Garis DB merupakan garis panas sensible konstan, dimana panas sensible merupakan perpindahan panas yang disertai perubahan temperatur namun tidak disertai perubahan fasa. 2. Garis DP merupakan garis panas laten konstan dimana panas latent merupakan perpindahan panas yang disertai perubahan fasa namun tidak disertai perubahan temperatur. 3. Garis WB merupakan garis entalpi (panas total) konstan, dimana jika terjadi penambahan panas maka dibutuhkan suatu coil pemanas sedangkan jika terjadi pengurangan panas maka disitu dibutuhkan coil pendingin.
3.1 Pemanasan Udara tanpa Penambahan Uap Air Pemanasan udara ruang tanpa menambah kandungan uap air, berarti proses pengkondisian udara ruang dengan panas laten konstan atau proses atau proses dengan kandungan uap air konstan. Dalam hal ini hanya panas sensibel yang ditambahkan ke udara ruang. Proses ini dapat berupa penggunaan pemanas ruang dengan air atau uap panas yang disalurkan melalui koil pemanas, baik dengan blower ataupun tanpa blower. Proses ini lazim disebut
sebagai proses pemanasan-sensibel yang direpresentasikan dengan garis horisontal pada psikrometrik chart, karena kelembaban spesifik udara ruang tidak berubah. Case 1 Kondisi awal suatu ruangan bertemperatur DB 35oF dengan 80% RH akan dihangatkan dengan temperatur DB 105oF. Tentukan perubahan WB, DP, RH, dan panas total yang ditambahkan ke dalam udara ruang tersebut? Solusi Gunakan psychrometric chart. Suhu DB 35°F di-plot pada titik A dan suhu DB 105°F dipetakan pada titik B. Entalpi pada titik A 12,15 Btu/lb dan entalpi pada titik B adalah 29,3 Btu/lb. Dari titik B, diperoleh WB 64oF, dan DP 30oF, dan RH 8% (kira-kira). Untuk menghitung panas total yang diperlukan dalam proses pemanasan ini adalah dengan mengurangi besaran enthalpy pada skala paling kiri di chart yaitu 29,3 Btu/lb dengan 12,16 Btu/lb dan diperoleh H = 17,15 Btu/lb. Ilustrasinya seperti gambar di bawah!
