BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.6 Perkiraan Beban Pendingin
Beban pendinginan adalah laju panas yang harus dipindahkan dari ruangan ke lingkungan sehingga suhu dan kandungan uap airnya terjaga seperti yang diinginkan. Perlu diulang kembali bahwa tugas unit pendingin adalah menjaga kondisi suatu ruangan agar berada pada suhu dan kelembaban tertentu yang umumnya lebih rendah dari temperatur dan kelembaban lingkungan luar. Banyak faktor yang mempengaruhi besarnya beban pendingin ini, misalnya kondisi suhu di luar ruangan, kebocoran udara dari luar ke dalam mesin pendingin, aktivitas di dalam ruangan misalnya terdapat mesin yang menghasilkan panas dan juga lampu listrik, dan jumlah orang yang keluar masuk dari ruangan.
Terdapat beberapa metode perhitungan beban pendingin yang telah diajukan oleh beberapa badan standard. Tetapi yang paling umum digunakan adalah metode yang diajukan oleh ASHRAE.
2.6.2 Jenis Beban Pendingin
Jenis beban pendingin, dapat dibagi menjadi dua, yaitu panas sensibel dan panas laten. Panas sensibel adalah panas yang diterima atau dilepaskan suatu materi sebagai akibat perubahan suhunya. Panas laten adalah panas yang diterima atau dilepaskan suatu materi karena perubahan fasanya. Untuk lebih menjelaskan arti masing – masing panas ini, misalkan kita mendinginkan air dari 100 oC sampai mejadi es 0 oC. Panas yang diserap dari air mulai dari 100 oC menjadi 0 oC (masih tetap air) disebut beban sensibel. Jika air yang suhunya sudah 0 oC didinginkan lagi hingga akhirnya menjadi es, di sini tidak terjadi perubahan suhu, tetapi perubahan fasa. Panas yang diserap di sini disebut panas laten.
2.6.3 Sumber – Sumber Beban Pendingin
Beban pendingin bagi mesin pendingin yang dikondisikan bisa berasal dari beberapa sumber. Sumber – sumber ini umumnya dibagi 2 bagian besar, yaitu beban yang berasal dari luar mesin pendingin dan beban yang berasal dari dalam ruangan. Panas yang berasal dari luar mesin pendingin antara lain: panas yang berpindah secara konduksi, konveksi, dan radiasi dari dinding - dinding material mesin pendingin ruangan. Terdapat juga panas akibat masuknya udara luar yaitu berupa kebocoran udara (infiltrasi). Sementara sumber panas yang berasal dari dalam ruangan dapat berupa panas akibat lampu penerangan dan panas yang berasal manusia.
Gambar 2.4 Bagan Beban Pendingin
2.6.4 Panas dari Tubuh Manusia di Dalam Ruangan
Tubuh manusia dalam beraktivitas, selalu mengeluarkan panas ke udara sekelilingnya. Panas yang dilepaskan oleh tubuh manusia ini terdiri dari 2 jenis, yaitu panas sensibel dan panas laten. Masing – masing panas ini dapat dihitung sebagai berikut:
Qs = N × (Sensible heat gain) × CLF ………(2-13)
Ql = N × (Laten heat gain) ………..(2-14)
Sensible heat gain (SHG) dan Laten heat gain (LHG) adalah perkiraan besar panas sensibel dan panas laten yang dikeluarkan oleh manusia sesuai umur
Beban Pendingin
Beban dari luar mesin pendingin
Konduksi Konveksi Radiasi
Beban dari dalam ruangan
dan aktivitas yang dilakukannya. Data nilai dari Sensible Heat Gain dan Laten Heat Gain ditampilkan pada Tabel 2.5. Dan N adalah jumlah manusia yang terdapat di dalam ruangan tersebut. CLF adalah cooling load factor dimana nilainya ditunjukkan pada Tabel 2.6.
Tabel 2.5 Nilai SHG dan LHG[17]
Tingkat Aktivitas Lokasi SHG (Watt) LHG (Watt)
Duduk di bioskop Bioskop, siang 65 30
Duduk di bioskop, malam Bioskop, malam 70 35 Duduk, kerja ringan Kantor, hotel, apartemen 70 45 Aktivitas normal di kantor Kantor, hotel, apartemen 75 55
Aktivitas berat Pabrik 170 255
Olahraga Gedung olahraga 210 315
Tabel 2.6 Nilai CLF untuk Manusia[17]
Lama di ruangan
Jam setelah masuk
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
2 0.60 0.68 0.14 0.11 0.09 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.03 0.02 0.02
4 0.60 0.68 0.74 0.79 0.23 0.18 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.05 0.04
6 0.61 0.69 0.74 0.79 0.83 0.86 0.28 0.22 0.18 0.15 0.12 0.10 0.08
8 0.61 0.69 0.75 0.79 0.83 0.86 0.89 0.91 0.32 0.26 0.21 0.17 0.14
2.6.5 Panas dari Lampu di Dalam Ruangan
Lampu atau alat penerangan mengubah energi listrik menjadi cahaya, dan sebagian energi ini akan berubah menjadi panas. Sebagai catatan bola lampu akan terasa panas setelah dihidupkan beberapa lama. Besar panas yang dilepaskan bola lampu / penerangan ke lingkungan adalah panas sensibel dan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
Dimana W adalah daya total lampu, Ful adalah lighting use factor, Fsa
adalah special allowance factor, dan CLF adalah cooling load factor untuk lampu yang ditunjukkan pada Tabel 2.7. Untuk lampu jenis tungsten diasumsikan nilai Ful = 1 dan Fsa = 1, sedangkan untuk jenis lampu fluoresense diasumsikan nilai Ful
= 1 dan Fsa = 1,2.
Tabel 2.7 Nilai CLF untuk Lampu[17]
Lama lampu dipasang Lama setelah on 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 8 0.72 0.8 0.84 0.87 0.88 0.89 0.9 0.91 0.23 0.15 0.11 0.09 0.08 10 0.73 0.81 0.85 0.87 0.89 0.9 0.91 0.92 0.92 0.93 0.25 0.16 0.13 12 0.74 0.82 0.86 0.88 0.9 0.91 0.92 0.92 0.93 0.94 0.94 0.95 0.26
2.6.6 Panas Dari Udara Luar (Infiltrasi)
Akibat masuknya udara luar, baik secara sengaja ditambahkan maupun akibat kebocoran (tidak sengaja), akan menjadi beban bagi ruangan yang dikondisikan. Panas udara dari luar biasanya ada 2 yaitu panas dari udara ventilasi dan panas dari udara infiltrasi. Pada kasus ini, panas dari udara luar hanyalah panas udara infiltrasi atau dari kebocoran (secara tidak disengaja), sehingga besar panas udara luar dari ventilasi diabaikan. Jumlah panas akibat masuknya udara luar ini terdiri atas 2 jenis yaitu panas sensibel dan panas laten. Panas sensibel adalah panas yang diterima atau dilepaskan suatu materi sebagai akibat perubahan suhunya. Panas laten adalah panas yang diterima atau dilepaskan suatu materi karena perubahan fasanya.[5]
Untuk menghitung beban laten, pertama – tama dihitung terlebih dahulu besar tekanan uap saturasi (pws), dengan rumus:
ln(pws)=C1
T +C2+C3T+C4T
2+C5T3+C6lnT
…...(2-16) Dimana: pws = tekanan uap saturasi (Pa)
C1 = konstanta sebesar -5,8002206 x 103
C2 = konstanta sebesar 1,3914993 C3 = konstanta sebesar -4,8640239 x 10-2
C4 = konstanta sebesar 4,1764768 x 10-5
C5 = konstanta sebesar -1,4452093 x 10-8
C6 = konstanta sebesar 6,5459673
T = Temperatur mutlak (K)
Setelah didapat tekanan uap saturasi, langkah berikutnya adalah mencari besar tekanan parsial uap air (pw) dengan rumus:
Pw = RH x pws ………..(2-17) Dimana: RH = Rasio humiditas relatif
pws = Tekanan uap saturasi (Pa)
pw = Tekanan parsial uap air (Pa)
Selanjutnya dihitung besar rasio humiditas ruangan dengan rumus: = 0,62198 (
− )……….(2-18)
Dimana: wo = Rasio humiditas ruangan (kg air/kg udara kering)
pw = Tekanan parsial uap air (Pa)
patm = Tekanan atmosfer = 101325 Pa
Langkah selanjutnya adalah menghitung laju udara infiltrasi yakni dengan menggunakan rumus:
Q = N x μ x 1000
3600………..(2-19)
Dimana: N = Banyak pembukaan mesin pendingin
μ = Standar kebocoran udara = 2,8
Panas sensibel dari udara luar infiltrasi ini dapat kita hitung dengan rumus sebagai berikut.[17]
Qs = 1,23 Q (To– Ti)... (2-20)
Dimana : Qs = Panas sensibel (Watt)
To = temperatur di luar ruangan (°C)
Ti = temperatur di dalam ruangan (°C)
Panas laten dari udara luar infiltrasi dapat kita hitung dengan rumus sebagai berikut.[17]
Ql = 1,23 Q (wo– wi) ... (2-21) Dimana : Ql = Panas laten (Watt)
Q = laju aliran udara luar masuk ke dalam ruangan (L/s) wo = kelembaban di luar ruangan (kg air/ kg udara kering)
wi = kelembaban di dalam ruangan (kg air/kg udara kering)
2.6.7 Beban Pendingin Total
Beban pendingin total dari suatu mesin pendingin portable dapat dihitung berdasarkan panas dari konduksi, konveksi, dan radiasi.
Perhitungan konduktivitas bahan melalui dinding berlapis dapat dihitung berdasarkan persamaan:[13]
Laju perpindahan panas pada dinding berlapis berdasarkan material dapat dihitung berdasarkan persaman:
Qkond,konv = ∞,1− ∞,4 1 1 + 1 1 + 2 2 + 3 3 + 1 4 ………..………….(2-22) Qkond,konv = T∞,1−Ts ,1 1 1
=
,1−1 2 1=
2−2 3 2=
3−3 ,4 3=
,4−1 ∞,4 4…
(2-23) Dimana : Qkond,konv = Laju perpindahan panas konduksi konveksi (W)T∞,1 = Suhu fluida bagian luar (K)
Ts,1 = Suhu permukaan dinding luar A (K)
T2 = Suhu permukaan dinding luar B (K)
T3 = Suhu permukaan dinding luar C (K)
Ts,4 = Suhu permukaan dinding dalam C (K)
T∞,4 = Suhu fluida bagian dalam (K)
L = Tebal material dinding (m)
k = konduktivitas panas material (W/mK) h = koefisien konveksi fluida (W/m2K)
Maka, besarnya beban pendingin total dapat dihitung dengan persamaan: Qtotal = Qkond,konv+ Qrad + Qmanusia + Qlampu + Qinfiltrasi…………..(2-24)
2.6.8 Nilai COP pada Mesin Pendingin
COP atau Coefficient Of Performance adalah perbandingan yang terbaik antara output (keluaran) dengan input (masukan).
COP pada mesin pendingin dapat dihitung dengan membandingkan besar nilai beban pendingin total dengan jumlah daya inputnya. Besar COP dapat dihitung dengan rumus:
COP = ( + )+
+ ( + ) ... (2-25)
QS = Beban sensibel (W)
Ql = Beban Laten (W)
Qpp = Beban perpindahan panas (W) P = Daya input (W)