Manfaat Penelitian

BAB 1. PENDAHULUAN

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Dapat mengetahui kondisi nyata penggunaan energi yang digunakan dalam hal pengkondisian udara pada ruang produksi PT. PERTAMINA (Persero) –

Production Unit Gresik Lubricant

2. Hasil dari penelitian ini dapat memberikan rekomendasi pada pengelola gedung PT.

PERTAMINA (Persero) – Production Unit Gresik

Lubricant untuk standar kenyamanan dan potensi

penghematan energi listrik.

3. Mengembangkan wawasan mahasiswa dalam

perencanaan sistem pengkondisian udar

Halaman ini sengaja dikosongkan

7

2.1 Penelitian Terdahulu

2.1.1 Filipus Ardian Wijaya (2015)

Pada tahun 2015, Filipus Ardian Wijaya melakukan penelitian dengan menggunakan pemodelan CFD yang bertujuan untuk menganalisa pengkondisian udara Ruang tunggu lantai 2 pada Terminal 2 Juanda International Airport Surabaya melalui profil-profil yang dihasilkan.

Dimensi ruang tunggu lantai 2 adalah 57,29 m x 19,87 m x 4,8 m. Sisi supply (inlet diffuser) berdiameter 0,3 m. Kemudian sisi outlet (RAG) berukuran 1 m x 0.25m. Untuk mempermudah proses permodelan dan proses meshing maka pemodelan ruangan ini dilakukan dengan simplifikasi terhadap bentuk-bentuk yang kompleks.

Sisi inlet ini terletak pada ketinggian 1.45 m x 0.9 m x 4.2 m masuk ke dalam ruangan dengan kecepatan penuh yaitu 5,091 m/s. Outlet (RAG) memiliki kecepatan fan sebesar 2,88 m/s. Sifat fluida konstan diambil suhu referensi dari Tref = 291 K adalah sebagai berikut: Q(siang hari) = 24.504 Watt, dan Q(malam hari)

= 48.504 Watt, μ= 1,801 x 10^-5 kg/m.s, cp =1,006734 kJ/kg K, k=

25,6x10^-5 W/m.K dan ρ=1,203 kg/m3.

Filipus Ardian melakukan simulasi dengan model three dimensional double precision (3ddp). Analisa unsteady dengan melakukan simulasi dari software CFD dengan perbedaan waktu yang ditinjau.

Pengambilan pada detik yang udara belum tersebar secara merata yaitu pada detik ke-200 kemudian saat udara dalam ruangan sudah tersebar merata yaitu pada detik ke-1050 dan selanjutnya saat mencapai kondisi steady yaitu pada detik ke-2500 baik untuk kondisi siang hari dan malam hari. yang ditinjau dari kontur pada sumbu X (x/l), sumbu Y (y/h), dan sumbu Z (z/w).

Gambar 2.1 Meshing grid

Filipus Ardian melakukan analisa hasil simulasi distribusi temperatur dan kecepatan udara dengan membuat potongan kontur pada sumbu X (x/l=0,05) dan potongan kontur pada sumbu Z (z/w=-10,845). Setiap potongan kontur pada setiap sumbu dilihat dan dianalisa kontur kecepatan dan kontur temperatur pada setiap detik yang ditentukan.

Dari Gambar 2.2 dapat dilihat bahwa udara dingin yang keluar dari inlet diffuser tidak dapat mengkon disikan ruangan sebesar 25±2

⁰

C. Hal ini dapat disebabkan karena

outlet RAG yang terletak di lantai menghisap udara dingin

yang turun, dikarenakan udara langsung keluar menuju pada ruang hampa, sehingga udara tidak sempat memenuhi ruangan.

Dengan density yang lebih besar maka udara dingin

akan turun perlahan, sedangkan aliran udara supply dari inlet

diffuser mengalami kehilangan kecepatan dan menyebar

lebih luas ketika mencapai lantai.

Gambar 2.2 Kontur temperatur bidang z/w = -10,845 untuk variasi siang (t= 200)

Persebaran aliran udara hingga menyentuh lantai juga dipengaruhi oleh tekanan rendah di bukaan outlet. Karena pengaruh ini maka sebagian besar aliran udara utama ditarik menuju dan keluar melalui outlet dengan peningkatan kecepatan dalam gerakan melingkar. Hal ini dikarenakan sifat aliran udara tidak mampu membuat aliran berbelok secara tiba-tiba.

Pada Gambar 2.3 dapat dilihat pada tiang kiri

mewakili awal penyebaran udara inlet diffuser untuk ruangan

sisi kiri. Pada tiang kanan mewakili awal penyebaran inlet

diffuser untuk ruangan sisi kanan. Pada tiang kanan dan kiri,

dapat dilihat kontur temperatur dengan warna biru,

temperatur 18

^o

C meningkat terus hingga pada temperatur

29,5

^o

C. Hal ini menunjukkan bahwa pendistributian

temperatur diffuser simetris baik pendistribusian dari tiang

kiri maupun tiang kanan.

Gambar 2.3 Kontur Temperatur Bidang Z/L=-10,845 Untuk Variasi Siang (t =2500)

Gambar 2.4 menunjukkan distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada bidang Z/W = -10,845 untuk variasi beban pendinginan siang pada detik ke-200. Dari gambar tesebut terlihat bahwa udara mulai memasuki ruangan melalui inlet diffuser kemudian menyebar ke seluruh ruangan. ke kanan dengan kecepatan sebesar 0,48-0,16 m/s.

Udara pada sekitar lantai di dekat tiang baik pada tiang kiri maupun tiang kanan, mulai naik keatas. Hal ini dikarenakan pergerakan udara panas yang dihasilkan oleh menusia, dimana udara panas memilki density yang rendah.

Pada daerah dekat kaca terdapat kecepatan udara sebesar 0,16

m/s, hal ini menujukkan bahwa udara terhisap oleh RAG.

Gambar 2.4 Grafik distribusi temperatur vs jarak pada detik ke 200 untuk variasi siang

Gambar 2.5 Grafik distribusi temperatur vs jarak pada detik ke 2500 untuk variasi siang

Daerah berkecepatan tinggi yaitu sebesar 3,19 m/s terletak di daerah inlet diffuser. Kecepatan pada inlet diffuser tidak sebesar 5,091 m/s, hal ini diakibatkan adanya perbedaan

18

temperatur ruangan dengan inlet diffuser. Udara bergerak lurus dari inlet diffuser yang terdapat di masing-masing tiang kiri dan kanan, kemudian bertemu di antara kedua tiang tersebut. Kemudian mulai jatuh kebawah dan menyebar ke kiri dan

Gambar 2.5 menunjukkan distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada bidang Z/W = -10,845 untuk variasi beban pendinginan siang pada detik ke-2500. Pada detik ini, kecepatan penyebaran udara diffuser baik pada tiang kiri ataupun tiang kanan tetap.

Pada daerah tengah ruangan penyebaran udara dingin tetap, hal ini dapat dilihat pada luasan daerah vektor kecepatan sebesar. Pada daerah dekat kaca luasan vektor kecepatan udara sebesar 0,32-0,16 m/s lebih luas dari detik sebelumnya, hal ini menujukkan bahwa udara terhisap oleh

RAG. Pada detik ini, penyebaran udara telah konstan.

2.1.2 Nugroho Widianto (2011)

Pada tahun 2011, Nugroho Widianto melakukan penelitian dengan menggunakan pemodelan CFD (Computational Fluid Dynamics) yang bertujuan untuk menganalisa pengkondisian udara Ruang Bedah Jantung (OKA 609) GBPT Rumah Sakit Umum DR.

Soetomo Surabaya melalui profil-profil yang dihasilkan.

Dimensi ruang operasi 6 m x 7,4 m x 3 m. Sisi supply (inlet diffuser) berukuran 2,1 m x 2,6 m sedangkan sisi outlet dibagi menjadi dua yaitu outlet high berdimensi 0,2 m x 0,6 m dan outlet low berdimensi 0,3 m x 1 m. Pasien berbaring dalam setengah dimodelkan sebagai sebuah kotak persegi panjang horizontal dengan ukuran (1,7 m x 0,25 m x 0,3 m) di tengah-tengah ruangan.

Anggota staf bedah dimodelkan sebagai kotak persegi panjang vertikal yang berdiri di kedua ujung yang masing-masing staf dalam posisi berdiri penuh. Lampu bedah juga dimodelkan sebagai

kotak persegi panjang dengang ukuran 0,6 m x 0,3 m di atas pasien.

Peralatan yang ada di dalam ruang bedah antara lain meja operasi, mesin anestesi, ESU, blood warmer, monitor, dan lampu operasi.

Sisi supply terletak di posisi atas pada atap dengan posisi 2 m dari lantai. Sisi exhaust diletakkan di posisi atas dan bawah daerah pojok. Sifat fluida konstan diambil suhu referensi dari Tref=

13,7^oC= 287 K adalah sebagai berikut: Q=211711 Watt, μ=1,7795 x 10^-5 kg/m.s, cp=1,006734 kJ/kg K, k=0,025236 W/m.K dan ρ=1,223 kg/m³.

Gambar 2.6 Model Ruang Operasi (Nugroho Widianto, 2011) Nugroho Widianto melakukan simulasi dengan model three dimensional double precision (3ddp). Simulasi ini menampilkan hasil sesuai dengan perubahan waktu dari detik pertama sampai keadaan steady detik ke-1200 yang ditinjau dari kontur pada sumbu X (x/l), sumbu Y (y/h), dan sumbu Z (z/w).

Untuk mengetahui profil distribusi kecepatan dan temperatur udara ditunjukkan dengan potongan dua dimensi.

Gambar 2.7 Grafik Temperatur pada y/h=0,467 Plane Sumbu X (x/l=0,5) Berdasarkan grafik temperatur pada y/h=0,467 pada plane sumbu X (x/l=0,5) yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini terlihat bahwa pada detik ke-5 temperatur udara masih tinggi.

Temperatur rendah terjadi pad z/w= 0,4-0,6 dimana posisi ini berada tepat di bawah inlet diffuser. Pada detik ke-60, temperatur udara mulai turun, kondisi ini disebabkan oleh pendinginan udara dari inlet diffuser sudah mulai menyebar, sehingga daerah yang dilewati udara dari inlet diffuser lebih rendah.

Pada detik ke-90 temperatur udara semakin rendah namun belum merata di seluruh ruangan. Hal ini dapat dilihat dari tren grafik dimana pada z/w=0,1 dan z/w=1 temperaturnya masih lebih tinggi. Pada detik ke-600 tren grafik mulai mendatar, hal ini

temperatur telah dikondisikan dimana sudah tidak terjadiperubahan temperatur yang signifikan. Jadi kondisi steady tercapai pada detik ke-1200.

Gambar 2.8 Grafik Temperatur pada y/h=0,467 Plane Sumbu Z (z/w=0,5)

Berdasarkan dari grafik temperatur pada y/h=0,467 pada plane Z (z/w=0,5) terlihat bahwa pada detik ke-5 temperatur udara masih tinggi. Temperatur rendah terjadi pada x/l=0,4-0,6 dimana posisi ini berada tepat di bawah inlet diffuser. Pada detik ke-60, temperatur udara mulai turun, kondisi ini disebabkan oleh pendinginan udara dari inlet diffuser sudah mulai menyebar, sehingga daerah yang dilewati udara dari inlet diffuser lebih rendah. Pada detik ke-90 temperatur udara semakin rendah namun belum merata di seluruh ruangan. Pada x/l=0,1 memiliki

menunjukkan bahwa temperatur telah terkondisikan dimana sudah tidak terjadi perubahan temperatur yang signifikan. Jadi, kondisi steady tercapai pada detik ke-1200.

Dari hasil simulasi didapatkan bahwa distribusi kecepatan udara di dalam ruang bedah jantung Rumah Sakit DR. Soetomo Surabaya di area penghuni melakukan aktivitas berkisar antara 0,1 m/s hingga 0,2 m/s. kondisi ini sudah sesuai dengan criteria kecepatan udara yang diperbolehkan dalam ruang bedah untuk mencegah pengeringan luka bedah adalah di bawah 0,25 m/s.

(ASHRAE, HVAC Design and Manual for Hospitals and Clinincs, 2003). Dari vektor kecepatan udara juga terlihat bahwa pada area di atas pasien dan staf bedah tidak terjadi adanya aliran balik, sehingga kondisi tersebut cukup baik dalam hal pembersihan kontaminan di area penghuni (staf bedah) melakukan aktivitas.

Distribusi temperatur udara yang ada di dalam ruang edah jantung Rumah Sakit DR. Soetomo Surabaya dari detik awal hingga mencapai kondisi steady (detik ke-1200), berkisar antara 13,7^oC hingga 32,55^oC. Temperatur tinggi terjadi di daerah atas dari ruangan dengan area yang kecil, sehingga tidak begitu berpengaruh terhadap area dimana tempat penghuni (staf bedah) melakukan aktivitas. Pada daerah dimana pasien dan staf bedah melakukan aktivitas, ntemperatur berkisar antara 13,7^oC hingga 14,6^oC. Jika dibandingkan dengan standar kriteria temperatur di dalam ruang bedah sebesar 20^oC hingga 24^oC (untuk ruang bedah secara umum) dan temperatur terendah sebesar 15,6^oC untuk ruang bedah jantung (ASHRAE, HVAC Design and Manual for Hospitals and Clinics, 2003), temperatur yang bekerja di dalam ruang bedah jantung Rumah Sakit DR. Soetomo Surabaya masih terlalu rendah.

Kesimpulan dari hasil simulasi ini adalah distribusi kecepatan udara di dalam ruang bedah jantung antara 0,05 m/s hingga 0,3 m/s. Kecepatan udara di area staf bedah dan pasien

sebesar 0,1 m/s hingga 0,2 m/s. Distribusi temperatur udara di dalam ruang bedah jantung anara 13,7^oC hingga 29^oC. Temperatur yang bekerja di daerah dimana pasien dan staf bedah melakukan aktivitas, berkisar antara 13,7^oC hingga 14,6^oC. Peletakan peralatan bedah di dalam ruangan berpengaruh terhadap aliran udara dan distribusi temperatur.

2.2 Pengkondisian Udara

Pengkondisian udara adalah suatu proses perubahan kondisi udara lingkungan ke kondisi yang direncanakan sehingga diperoleh temperatur, kelembaban dan kebersihan udara yang diinginkan. Untuk negara tertentu persyaratan sifat-sifat udara diatas ditentukan oleh undang-undang sesuai dengan aplikasi dari ruangan misalnya untuk ruangan pertemuan, untuk rumah sakit dan sebagainya.

Gambar 2.9 Ilustrasi beban beban pendinginan

Sistem pengkondisian udara pada umumnya terbagi menjadi dua golongan utama, yaitu :

1. Pengkondisian udara untuk kenyamanan. Pengkondisian udara untuk kenyamanan adalah pengkondisian udara ruangan yang bertujuan untuk memberikan kenyamanan bagi penghuni yang melakukan aktivitas didalamnya.

2. Pengkondisian udara untuk industri.

Pengkondisian udara untuk industri adalah pengkondisian udara yang diperlukan untuk pemrosesan bahan, peralatan produksi, atau barang-barang yang ada dalam ruangan tersebut.

Untuk melaksanakan fungsi diatas peralatan harus diinstalasikan dan dikontrol sepanjang tahun. Kapasitas dari peralatan pengkondisian udara dihitung pada beban pendinginan maksimum aktual sesaat, dengan dikontrol pada kondisi tertentu saat terjadinya beban puncak atau pada saat beban parsial.

Gambar 2.10 Model sistem pengkondisian udara sederhana Melalui Gambar 2.13 dapat dilihat skema pengkondisian udara sederhana, dimana udara luar sebanyak (cfm)oa dicampurkan dengan udara return dari ruangan sebanyak (cfm)ra dan memasuki apparatus sebanyak (cfm)da yang merupakan jumlah dari (cfm)oa dan (cfm)ra, udara mengalami pemrosesan di apparatus kemudian disuplai ke ruangan sebanyak (cfm)sa, dimana dalam sistem ini (cfm)sa sama dengan (cfm)da. Udara dari ruangan sebagian dikeluarkan dan sebagian lagi dikembalikan untuk dicampurkan dengan udara segar, begitulah seterusnya siklus berlangsung.

2.3 Psychrometric Chart

Psikometri merupakan kajian tentang sifat – sifat campuran udara dan uap air (moist) yang mempunyai arti penting di dalam bidang teknik pendingin, karena udara atmosfir tidak sepenuhnya kering. Psychrometric chart menunjukkan sifat udara dalam berbagai macam kondisi dan dapat digunakan untuk menentukan hasil dari pencampuran udara dari berbagai macam properti. Udara di atmosfer yang berada disekeliling kita merupakan campuran antara udara kering dan uap air yang dinamakan udara moist. Karena gas campuran ini dikondisikan dalam kontrol sistem alam maka perlu diketahui bagaimana perilaku dari udara moist tersebut. Melalui Psychrometric chart, dapa dipelajari sifat termodinamika dari moist udara dan hubungannya dengan kelembaban material dan kenyamanan manusia.

.

Gambar 2.11 Psychrometric Chart

Dari Gambar 2.11 dapat diketahui beberapa sifat udara, antara lain:

Dry bulb , dinyatakan oleh nilai yang berada pada sumbu horizontal.

Wet bulb, dinyatakan oleh nilai yang berada pada garis yang sama dengan garis kelembaban 100%.

Dew point, merupakan temperatur dimana jika sejumlah udara didinginkan, maka uap air yang terkandung didalamnya akan mulai mengembun. Nilai yang menyatakan titik pengembunan ini juga berada pada garis kelembaban 100%.

Enthalpy, didefinisikan sebagai kandungan panas dari udara per unit berat udara kering dalam satuan J/Kg udara kering

Specific volume, didefinisikan sebagai volume udara campuran dengan satuan m³/Kg udara kering.

Humidity ratio, merupakan berat uap air per pound udara kering. Ditunjukkan pada sumbu vertikal.

Relative humidity, didefinisikan sebagai perbandingan fraksi molekul uap air di dalam udara basah terhadap fraksi molekul uap air jenuh pada suhu dan tekanan yang sama.

2.4 Proses-Proses Pada Pengkondisian Udara

Proses-proses yang terjadi pada udara digambarkan dalam bagan psikometrik untuk menjelaskan dengan lebih detail. Bagan tersebut digunakan untuk menjelaskan perubahan sifat-suifat udara yang penting, seperti temperatur, rasio kelembaban, dan entalpi dalam proses-proses tersebut.

Beberapa proses dasar pengkondisian udara meliputi:

pemanasan atau pendinginan sensible, pelembaban adiabatic dan non adiabatic, pendinginan dan pengurangan kelembaban (pengeringan), pengurangan kelembaban kimiawi, dan campuran.

Beberapa proses dasar pada pengkondisian udara adalah:

a. Pemanasan atau pendinganan sensible, adalah suatu proses dimana laju perpindahan panas yang hanya disebabkan oleh perubahan temperatur bola kering udara.

b. Pelembaban, dapat bersifat adiabatik seperti pada proses 1-2 atau dengan penambahan kalor seperti pada proses 1-3.

c. Pendinginan atau pengurangan kelembaban (pengeringan), menghasilkan penurunan temperatur dan rasio kelembaban.

Proses tersebut terjadi pada koil pendingin atau alat penurun kelembaban. Kapasitas refrigerasi selama proses pendinginan atau pengurangan kelembaban adalah sebagai berikut:

………

(Wilbert F Stocker, Refrigerasi Dan Pengkondisian Udara, 1982)

(a) (b)

Gambar 2.12 Proses Dasar Pengkondisian Udara. (a) Pemanasan dan Pendinginan. (b) Pembasahan

d. Proses kimiawi, uap air dari udara diserap atau diabsorpsi oleh suatu bahan higroskopik. Apabila proses tersebut diberi penyekat kalor sehingga entalpinya tetap dan karena kelembaban turun, maka temperatur udara harus naik.

e. Campuran dua aliran udara adalah proses yang umum di dalam pengkondisian udara. Gambar 2.4 (e.1) menunjukkan pencampuran antara ṁ1 kg/dt udara dari keadaan 1 dengan ṁ2

kg/dt udara dari keadaan 2. Hasilnya adalah kondisi 3, terlihat pada grafik psikometrik dalam Gambar 2.4 (e.2). persamaan dasar untuk proses pencampuran ini adalah persamaan

𝐾𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑖𝑔𝑒𝑟𝑎𝑠𝑖 = ṁ(ℎ₁− ℎ₂)

kesetimbangan energi dan kestimbangan massa. Persamaan 2.2 dan 2.3 menunjukkan bahwa entalpi dan rasio kelembaban akhir adalah rata-rata dari entalpi dan rasio kelembaban udara saat masuk.

..

(Wilbert F. Stocker, Refrigerasi Dan Pengkondisian Udara, 1982) Dan persamaan kesetimbangan massa air adalah:

(Wilbert F. Stocker, Refrigerasi Dan Pengkondisian Udara, 1982) Dimana:

W : rasio kelembaban, kg/kg h : entalpi, kJ/kg

(c)

(d)

ṁ₁ℎ₁+ ṁ₂ℎ₂= (ṁ₁+ ṁ₂)ℎ₃

ṁ1𝑊1+ ṁ2𝑊2= (ṁ1+ ṁ2)𝑊3

(e.1) (e.2)

Gambar 2.13 Proses Dasar Pengkondisian Udara. (c) Pendinginan dan Pengeringan. (d) Pengeringan Kimiawi. (e.1) Skema Proses Pencampuran. (e.2) Proses Pencampuran Dipetakan Pada Grafik

Psikometrik

2.5 Zona Kenyamanan

Proses perpindahan kalor yang terjadi di dalam tubuh manusia terjadi secara terus menerus, sehingga membutuhkan suatu kesetimbangan termal. Proses perpindahan kalor ini terjadi secara konveksi radiasi, penguapan dan keringat.

Temperatur udara kering sangat besar pengaruhnya terhadap besar kecilnya kalor yang dilepas melalui penguapan (evaporasi) dan melalui konveksi pada tubuh manusia. Kondisi nyaman didapatkan dari kombinasi temperatur, kelembaban, gerakan udara dan kebersihan udara yang diharapkan.

Temperatur efektif didefinisikan sebagai indeks lingkungan yang menggabungkan temperatur dan kelembaban udara menjadi satu indeks yang mempunyai arti bahwa respon termal manusia pada temperatur tersebut adalah sama.

Meskipun mempunyai temperatur dan kelembaban yang berbeda, tetapi keduanya harus mempunyai kecepatan udara yang sama. Manusia memiliki kenyamanan yang berbeda-beda berdasarkan nilai-nilai faktor tersebut.

Gambar 2.14 Zona termperatur operatif dan kelembaban relative yang memenuhi standar kenyamanan bagi manusia

Pada Gambar 2.7 menampilkan zona kenymanan manusia terhadap temperatur ruangan, dew point temperature, dan rasio kelembaban. Standar kenyamanan termis di Indonesia berpedoman pada standar [ANSI/ASHRAE 55 – 1982] merekomendasikan suhu nyaman 25 ^oC + 2 ^oC, atau rentang antara 23 ^oC hingga 27 ^oC dengan kelembaban udara relatif 50%.

2.6 Perpindahan Panas

Perpindahan panas adalah mekanisme perpindahan energi yang disebabkan perbedaan temperatur baik pada suatu media atau antarmedia. Energi panas berpindah dengan tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Berikut ini merupakan penjelasan metode perpindahan panas yang terjadi.

2.6.1 Konduksi

Konduksi merupakan perpindahan panas yang terjadi pada media yang memiliki perbedaan temperatur dan mekanisme secara fisiknya adalah aktivitas antara molekul yang lebih aktif ke molekul yang kurang aktif. Model matematik dari perpindahan panas secara konduksi ini menurut Fourier adalah sebagai berikut:

(Wilbert F. Stocker, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, 1982) Dimana:

q” : heat flux, W/m²

k : konduktivitas panas, W/mK dT : beda temperatur, K

dx : beda jarak, m

Tanda minus digunakan karena perpindahan panas selalu terjadi kea rah temperatur yang lebih rendah.

2.6.2 Konveksi

Konveksi merupakan bentuk perpindahan panas yang disertai perpindahan materi. Umumnya terjadi pada benda cair dan gas. Secara matematis besarnya perpindahan panas konveksi dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut:

………

(Wilbert F. Stocker, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, 1982) Dimana:

q” : heat flux, W/m²

h : koefisien konveksi, W/m²K Ts : temperatur permukaan, K Tf : temperatur fluida, K

𝑞"𝑐𝑜𝑛𝑑= −𝑘𝑑𝑇 𝑑𝑥

𝑞"_{𝑐𝑜𝑛𝑣}= ℎ_𝑐(𝑇_𝑠− 𝑇_𝑓)

Gambar 2.15 Thermal boundary layer pada isothermal plat datar

Konveksi merupakan bentuk perpindahan panas dimana molekul-molekul benda membawa energi panas dari satu titik ke titik lainnya.Umumnya terjadi pada benda cair dan gas.Aliran konveksi dipengaruhi beberapa faktor:



Aliran horizontal dan vertical



Alian laminer atau turbulen

 Permukaan rata atau melengkung

 Jenis fluidanya, zat cair atau gas

 Sifat-sifat fluida seperti viskositas , kalor jenis, dsb Perpindahan panas konveksi dapat dibagi menjadi dua:

 Force convection

Yaitu perpindahan panas karena adanya factor kerja dari luar terhadap fluida perantara, misalnya konveksi dengan adanya bantuan fan, blower, air conditioning dan sebagainya.

 Free convection

Yaitu perpindahan panas tanpa ada factor luar melainkan karena buoyancy force. Secara umum,besarnya laju perpindahan panas konveksi dapat dirumuskan:

q’’= h ( T∞ - Ts ), Ts > T∞

Dimana:

h = koefisien perpindahan panas secara konveksi (W/m²K) q”= convection heat flux (W/m²)

Cold

T∞,h

Gambar 2.16 Perpindahan panas secara konveksi

Konveksi pada plat datar secara aliran paralel

Konveksi jenis ini banyak sekali dijumpai pada penerapan engineering. Paralel flow sepanjang plat datar ini dibagi menjadi 6 pembahasan:

1. Laminar flow over on isothermal plate

Dengan mengasumsikan steady state, incompressible laminar flow, dengan property fluida konstan dan mengakibatkan viskositas didapatkan persamaan boundary layer sebagai berikut:

Continuity : ^𝜕𝑢

𝜕𝑥+^𝜕𝑢

𝜕𝑦= 0 Momentum : ^{𝑢.𝜕𝑢}

𝜕𝑥 +^𝑢𝜕𝑢

𝜕𝑦 = 𝑢 ^𝜕2𝑢

𝜕𝑦²

Energi : 𝑢.^𝜕𝑇

Kondisi kecepatan boundary layer tidak bergantung pada temperature dan konsentrasi spesimen. Perumusan masalah Hydrodynamics dapat dengan persamaan alian dimana:

𝑢 = 𝜕𝜓

𝜕𝑦 𝑑𝑎𝑛 𝑢 = −𝜕𝜓

𝜕𝑥

Untuk kasus laminar low on isothermal dapat didekati dengan angka flux dimana:

2. Turbulen flow over on isothermal plate

Berdasarkan hasil eksperimen untuk turbulen flow dengan reynold number mencapai koefisien gerakan lokal dapat dirumuskan sebagai berikut:

𝐶_𝑓𝑥 = 0,0592 𝑅𝑒_𝑥^−1/5 𝑅𝑒_𝑥𝑐 ≤ 𝑅𝑒_𝑥 ≤ 10⁸ Persamaan di atas dengan modifikasi reynold local

nusselt number untuk aliran turbulen adalah:

𝑁𝑢_𝑥= 𝑆𝑡. 𝑅𝑒_𝑥. 𝑃𝑟 = 0,0296 𝑅𝑒_𝑥^4/5𝑃𝑟^1/2 0,6 ≤ Pr ≤ 60

Dan local Sherwood number adalah

𝑆ℎ_𝑥 = 𝑆𝑡_𝑚 𝑅𝑒_𝑥 𝑆𝑐 = 0,0296 𝑅𝑒_𝑥^4/5𝑆𝑐^1/2 0,6 ≤ 𝑆𝑐 ≤ 3000 3. Mixed Boundary Layer Condition

Pada kasus mixed boundary layer dapat didekati dengan rumus:

ℎ_𝐿= 1

Dengan menganalogikan analogi heat mass ransfer didapatkan rumus Sherwood number: 4. Unheated Starting Length

Ada daerah dimana tidak ada perpindahan panas pada jarak tertentu, dimana 0 adalah jarak boundary pada saat belum berpindah. (no heat transfer).

Dapat dituliskan sebagai berikut :

Gambar 2.17Flat plate in parallel flow

Nusselt number pada kasus ini

𝑁𝑢_𝑥 = ^{𝑁𝑢𝑥 |𝜉=0}

[1−(𝜉

⁄ )𝑥^9/10]

1/9

5. Flat plate with constant heat flux condition

Ada kemungkinan uniform surface heat flux telah berpengaruh daripada uniform temperature pada kasus kondisi ini maka nilai Nu number dirumuskan:

(𝑇𝑠 − 𝑇∞) = ^{𝑞𝑠" .𝐿}

𝑘 𝑁𝑢_𝐿

6. Limitation on use convection coefficient

Meskipun persamaan pada bagian ini cocok untuk kebanyakan perhitungan engineering, dalam prakteknya lebih sering digunakan nilai exact untuk koefisien konveksi mengacu pada free stream turbulent dan kekerasan permukaan dan kesalahan 25% mungkin terjadi dalam persamaan ini.

2.6.3 Radiasi

Radiasi merupakan cara perpindahan energi panas dengan gelombang elektromagnetik dari suatu permukaan benda ke lingkungannya tanpa memerlukan media penghantar. Model matematik dari perpindahan panas secara radiasi ini adalah sebagai berikut:

(Wilbert F. Stocker, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, 1982) Dimana:

q” : heat flux, W/m²

σ : konstanta Stefan-Boltzman, 5.67 x 10^-8 W/m²K⁴ ɛ : emisivitas bahan

hr : koefisien perpindahan panas radiasi, W/m²K Ts : temperatur permukaan, K

Tsur : temperatur lingkungan, K

Untuk benda hitam sempurna atau black body mempunyai nilai e=1, karena benda hitam merupakan pemancar dan penyerap panas yang baik. Sedangkan permukaan yang mengkilap termasuk pemancar dan penyerap panas yang buruk memiliki nilai e=0.

2.7 Metode Distribusi Udara Pada Ruangan

Berdasarkan ASHRAE Fundamentals Handbook 1997 chapter 31 “Space Air Diffusion”, sistem distribusi di dalam ruangan terbagi atas tiga hal yaitu: sistem campuran, sistem perpindahan, dan sistem setempat. Berikut merupakan penjelasan dari setiap sistem tersebut.

Udara terkondisi biasanya dialirkan pada sistem keluaran dengan kecepatan lebih tinggi disbanding kecepatan sirkulasi udara

Udara terkondisi biasanya dialirkan pada sistem keluaran dengan kecepatan lebih tinggi disbanding kecepatan sirkulasi udara