Perhitungan Beban Pendinginan Pada Perancangan Sistem Tata Udara

(1)

TUGAS TR-PKU

BEBAN PENDINGIN

Disusun oleh:

NAMA : ABDEDDY HERWANSYAH

BP : 10010112027

KELAS : IIi B Reguler

JURUSAN : TEKNIK MESIN

DOSEN : HANIF ST.MT

POLITEKNIK NEGERI PADANG

T.A 2012/ 2013

(2)

PERHITUNGAN BEBAN PENDINGINAN

Kemajuan ilmu dan teknologi di bidang teknik pendingin mendorong peningkatan kenyamanan pada manusia. Di Indonesia kondisi udara cukup panas dengan kelembaban yang tinggi, keadaan ini kurang nyaman sehingga diperlukan alat yang dapat mengubah dari kondisi tersebut menjadi kondisi yang lebih baik. air conditioning (pengkondisi udara atau tata udara) merupakan suatu proses dari pengontrolan panas, dingin, kebersihan, dan sirkulasi udara serta kandungan uap air dari udara. Air conditioning merupakan proses sedangkan mesin atau alatnya disebut Air Conditioner (AC). Perhitungan beban pendinginan merupakan langkah utama dalam perancangan suatu sistem air conditioning. perhitungan beban pendinginan dapat dilakukan secara manual atau bantuan perangkat lunak ms.exel dengan memasukkan persamaan beban pendinginan

I PENDAHULUAN

Makhluk hidup dapat menyesuaikan dan mempertahankan keterkaitannya dengan lingkungan. Apabila cuaca buruk, makhluk hidup khususnya manusia berusaha mencari tempat yang nyaman. Rumah dan gedung mereka rancang sesuai kebutuhan, agar memiliki kenyamanan. Dahulu, kenyamanan pada rumah dan gedung hanya membutuhkan ventilasi udara yang cukup, agar udara yang ada pada ruangan dapat melakukan pertukaran. Sekarang, tingginya tingkat polusi udara yang disebabkan oleh kendaraan bermotor, pabrik, dan sebagainya khususnya di kota-kota besar, diperparah dengan naiknya temperatur global sehingga kebutuhan akan ventilasi udara bukan merupakan syarat utama sebuah bangunan.

Kemajuan ilmu dan teknologi di bidang teknik pendingin mendorong peningkatan kenyamanan pada manusia. Di Indonesia misalnya, kondisi udara cukup panas dengan kelembaban yang tinggi, keadaan ini kurang nyaman sehingga

(3)

diperlukan alat yang dapat mengubah dari kondisi tersebut menjadi kondisi yang lebih baik.

W.F. Stoecker dan J.W. Jones (1994 : 1) menyatakan “ Mengondisikan udara adalah perlakuan terhadap udara untuk mengatur suhu, kelembaban, kebersihan dan pendistribusiannya secara serentak guna mencapai kondisi nyaman yang dibutuhkan oleh penghuni didalamnya”. Pernyataan tersebut mengisyaratkan bahwa mengondisikan udara adalah proses perlakuan terhadap udara melalui pengaturan temperatur, aliran, kebersihan, dan kelembabannya sehingga diperoleh kondisi yang diinginkan.

V. Paul Lang (1971: 3) mengemukakan bahwa “Air conditioning is defined as a process which heats, cools, cleans, and circulates air and controls its moisture content”. Pernyataan tersebut mengungkapkan bahwa air conditioning (pengkondisi udara atau tata udara) merupakan suatu proses dari pengontrolan panas, dingin, kebersihan, dan sirkulasi udara serta kandungan uap air dari udara.

Air conditioning merupakan proses sedangkan mesin atau alatnya disebut Air Conditioner (AC). Langkah-langkah yang diambil dalam mengondisikan udara, yaitu : 1. Perhitungan beban pendinginan pada ruangan yang dikondisikan 2. Perhitungan saluran udara 3. Pemilihan unit mesin pengondisian udara 4. Pemilihan alat pendukung (exhaust fan, air curtain dan lain-lain) Perhitungan beban pendinginan merupakan langkah utama dalam perancangan suatu sistem air conditioning., karena apabila tidak tepat akan mengakibatkan beban pendinginan tidak dapat diatasi, dan kenyamanan udara yang direncanakan tidak optimal. Oleh karena itu air conditioning memerlukan perhitungan beban pendinginan yang tepat sesuai

(4)

dengan beban di ruangan, sehingga pemanfaatannya menjadi efektif dan efisien.

II. JENIS BEBAN PENDINGIN DAN PERHITUNGAN BEBAN PENDINGINAN

Beban pendinginan adalah jumlah panas yang harus dipindahkan dari ruangan yang dikondisikan ke tempat lain oleh mesin pendingin. Perhitungan beban pendinginan merupakan dasar untuk memilih peralatan pengkondisian udara yang akan digunakan. Berdasarkan hal di atas maka beban pendinginan pada sistem air conditioning dapat di bagi dua berdasarkan sumber panas, yaitu : beban pendinginan dari luar ruangan meliputi : beban pendinginan melalui dinding,beban pendinginan melalui atap, dan beban pendinginan melalui lantai serta beban pendinginan dari dalam ruangan meliputi :

1. beban pendinginan dari manusia. 2. beban pendinginan dari lampu.

3. beban pendinginan dari ventilasi udara. 4. beban pendinginan dari infiltrasi udara.

5. beban pendinginan dari sumber lain (benda yang memiliki konduktivitas panas).

Contoh-Contoh dari Perhitungan beban pendinginan melalui dinding, dilakukan studi kasus pada proyek rumah tinggal Jl. Kiputih No. 35, yang telah dikerjakan PT. STM dengan gambar layout ruangan dan tabel ukuran ruangan sebagai berikut :

(5)

Ruangan rumah tidak dikondisikan seluruhnya. Ruangan yang dikondisikan sebanyak 11 ruang yaitu: ruang tidur utama, ruang tidur anak 1, ruang tidur anak 2, ruang tidur anak 3, ruang tidur anak 4, ruang tidur anak 5, ruang keluarga, ruang tidur tamu 1, ruang tidur tamu 2, ruang tidur tamu 3, dan ruang musik/studio. Adapun luas keseluruhan rumah adalah: panjang 29 m (95,14 ft),  lebar 21 m (68,90 ft),  tinggi 2 x 3 m (2x 9,84 ft),  luas 609 m2 (1998,03 ft2),  volume 3654 m3 (11988,19 ft3).  Ukuran pintu 6,9 x 4,9 = 33,81 ft2. a. Beban pendinginan melalui dinding

Besar beban pendinginan melalui dinding tergantung pada luas dinding, harga koefisien perpindahan panas dinding (U) dan perbedaan temperatur luar dengan temperatur ruangan. Menurut Carrier (1965: 1-77) harga U dapat dihitung menggunakan persamaan:

U = 1/ R

Di mana:

 U = Koefisien perpindahan panas dinding (Btu/hr.ft2.oF)  R = Tahanan dinding (hr.ft2.oF/Btu)

Besar beban pendinginan melalui dinding dihitung berdasarkan persamaan:

(6)

Q = U x A x Dte (Carrier, 1965: 1-59)

Di mana:

 Q = Laju perpindahan panas (Btu/hr)

 U = Koefisien perpindahan panas dari dinding (Btu/h.ft2.oF)  A = Luas permukaan dinding (ft2)

 Dte = Perbedaan temperatur diantara dua sisi dalam dan luar(oF) Konstruksi gedung terdiri dari beberapa ruangan. Konstruksi semua dinding sama kecuali konstruksi lantai, dan konstruksi atap. Dinding semuanya terbuat dari bata merah yang diplester pada kedua sisinya. Tahanan lapisan udara partisi dan tahanan lapisan udara ruangan dalam keadaan tenang. Konstruksi dan tahanan panas dinding harga R dapat dilihat adalah sebagai berikut:

b.Beban pendinginan melalui atap

Beban pendinginan melalui atap adalah besar panas yang melalui atap, perpindahan panas secara konduksi dari luar ke dalam ruangan yang dikondisikan, menggunakan persamaan:

Q = U x A x Dte (Carrier, 1965: 1-59)

Di mana:

 U = Koefisien perpindahan panas dari atap(Btu/h.ft2.oF)

(7)

 Dte = Perbedaan temperatur antara dua sisi dalam dan luar (oF) Atap bangunan terbuat dari asbes.

Konstruksi dan tahanan panas atap bangunan adalah sebagai berikut:

c. Beban pendinginan melalui lantai

Beban pendinginan melalui lantai adalah besar panas yang melalui lantai, perpindahan panas secara konduksi dari luar ke dalam ruangan yang dikondisikan, menggunakan persamaan:

Q = U x A x D (Dossat,R..J, 1961: 147)

Di mana:

 U = Koefisien perpindahan panas dari lantai(Btu/h.ft2.oF)  A = Luas permukaan lantai(ft2)

 D = Perbedaan temperatur pada dua sisi lantai (oF) Lantai 2 bangunan terbuat dari beton yang dilapisi keramik.

Konstruksi dan tahanan panas lantai adalah sebagai berikut:

(8)

Beban pendinginan dari manusia diakibatkan panas yang dikeluarkan tubuh yang berada di ruangan. Beban panas yang dikeluarkan

tubuh bergantung dari aktvitas manusia tersebut.

e. Beban pendinginan dari lampu

Beban pendinginan dari lampu didasarkan pada asumsi bahwa semua lampu yang berada di ruangan menyala selama unit mesin pendingin beroperasi dapat dilihat pada Carrier (1965: 1–10). Beban panas dari lampu dapat dihitung dengan persamaan:

Q = Daya x 1,25 x 3,4 (Btu/hr) (Carrier 1965: 1–10)

Di mana:

Daya dalam satuan Watt Lampu yang digunakan adalah jenis flurosen. Data-data dari lampu adalah sebagai berikut:

f. Beban pendinginan melalui udara ventilasi

Ventilasi udara adalah udara luar yang sengaja dimasukkan ke ruangan yang dikondisikan. Tujuannya agar udara di ruangan bersirkulasi sehingga kondisinya tetap segar. Jumlah udara ventilasi tergantung pada jumlah orang, aktivitasnya, dan luas ruangan. Jumlah udara ventilasi dihitung berdasarkan debit udara tiap orang. Debit udara, dapat dihitung beban panas sensibel dan beban panas latennya.

Menurut Harris N.C (1974: 146) beban panas sensibel dan beban panas laten dapat dihitung dengan persamaan:

(9)

Untuk beban panas sensibel yang disebabkan udara adalah:

Qs = cfm x 1,08 x (to – ti)

Di mana:

 cfm = Jumlah udara (cfm)

 1,08 = Faktor kali untuk beban panas sensibel  to = Temperatur udara luar (oF)

 ti = Temperatur udara ruangan (oF)  Qs = Beban panas sensibel (Btu/hr)

Sedangkan untuk beban panas laten yang disebabkan udara adalah:

Ql = cfm x 0,68 x (Wo – Wi)

Di mana:

 cfm = Jumlah udara (cfm)

 0,68 = Faktor kali untuk beban panas laten  Wo = Spesific humidity udara luar (grain/lb)  Wi = Spesific humidity udara ruangan (grain/lb)  Ql = Beban panas laten (Btu/hr)

Specifik humidity udara didapat berdasarkan psychrometric chart atau menggunakan perankat lunak CATH. Jumlah ventilasi untuk tiap orang yang berada di dalam rumah adalah 7,5 Cfm dengan asumsi tidak ada orang yang merokok di dalam ruangan.

(10)

g. Infiltrasi udara

Infiltrasi udara adalah udara yang masuk ke ruangan melalui celah-celah di sekitar pintu, jendela, dan melaui pintu terbuka. Jumlahnya tergantung pada kualitas konstruksi jendela atau pintu, kecepatan angin, dan kerapatan udara ruangan dengan sekelilingnya. Karena infiltrasi udara tidak bisa dihindari, maka diperlukan suatu cara agar infiltrasi tidak terlalu besar. Proses pengondisian tekanan udara di dalam ruangan lebih tinggi dari tekanan udara di luar ruangan. Beban pendinginan yang disebabkan infiltrasi udara melalui dinding dapat dicari menggunakan persamaan:

Karena beban ventilasi udara lebih besar dari beban pendinginan akibat infiltrasi udara, maka beban pendinginan yang diperhitungkan dalam perancangan ini adalah beban pendinginan akibat ventilasi udara. Setelah dilakukan perhitungan, beban pendinginan melalui udara infiltrasi adalah:

h. Beban pendinginan dari sumber lain

Peralatan yang digunakan adalah sebagai berikut:

Beban pendinginan dari sumber lain adalah beban yang disebabkan oleh peralatan yang dapat menimbulkan panas. Beban pendinginan ini dapat juga disebabkan adanya kebocoran pada saluran udara, penambahan panas ini memiliki toleransi ± 10% dari room sensible heat (RSH).

(11)

III. ANALISIS PERHITUNGAN BEBAN PENDINGINAN

Analisis beban pendinginan dapat dilakukan dengan bantuan perangkat lunak ms.excel, dengan memasukkan persamaan-persamaan beban pendinginan di atas, sebagai berikut :

Analisis kondisi udara luar untuk mengetahui temperatur udara kering (trm), temperatur udara basah (trm), relative humidity (RH), dew point (DP), spesific humidity (Wrm), dan entalphy (hrm). Psycrometric chart atau mengunakan perangkat lunak CATH. diagram psycrometric sebagai berikut :