5
LANDASAN TEORI
2.1. Pengertian Umum Pengkondisian Udara
Secara umum pengkondisian udara adalah suatu proses untuk mengkondisikan udara pada suatu tempat sehingga tercapai kenyaman bagi penghuninya. Tata udara meliputi aspek yang luas, sasaranya tidak hanya memberikan rasa sejuk belaka tapi kenyamanan, kebersihan udara serta kondisi tertentu untuk keperluan berbagai proses diantaranya industri dan transportasi. Ada enam aspek pada pengkondisian udara yang perlu diperhatikan yaitu :
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, dan lain - lain. [3]
2.2. Psikometrik Untuk Pengkondisian Udara
Psikometrik adalah ilmu yang mempelajari sifat sifat termodinamika dari udara basah. Secara umum digunakan untuk mengilustrasikan dan menganilisis sifat termal dari proses pengkondisian udara. Diagram psikometrik adalah gambaran dari sifat sifat termodinamika dari udara basah dan variasi proses pengkondisian udara. Dari diagram psikometrik akan membantu dalam perhitungan dan menganalisis kerja dan perpindaha energi pada system pengkodisian udara.
6 Gambar 2.1 Pemetaan garis skala diagram psikrometrik [4]
Berikut ini dijelaskan tujuh parameter udara terpenting yang digunakan untuk keperluan perancangan pengkondisian udara.
1. Temperatur Bola Kering (Dry Bulb Temperature, ˚C atau ˚F)
Dry bulb 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 Dry bulb ini merupakan ukuran panas sensibel. Perubahan suhu Dry bulb menunjukkan adanya perubahan panas sensibel. [5]
Gambar 2.2 Diagram Garis Dry Bulb Temperature [6]
7 2. Temperatur Bolah Basah (Wet Bulb Temperature, ˚C atau ˚F)
Wet Bulb adalah suhu udara ruang yang diperoleh melalui pengukuran dengan Slink Psikrometer pada theremometer dengan bulb basah. Suhu Wet Bulb diplotkan sebagai garis miring ke bawah yang berawal dari garis saturasi yang terletak di bagian samping kanan chart. Suhu Wet Bulb ini merupakan ukuran panas total (enthalpi). Perubahan suhu Wet Bulb menunjukkan adanya perubahan panas total. [5]
Gambar 2.3 Diagram Garis Wet Bulb Temperature [6]
3. Temperatur Titik Embun (Dew Point Temperature, ˚C atau ˚F)
Suhu Dew Point adalah suhu di mana udara mulai menunjukkan aksi pengembunan ketika didinginkan. Suhu Dew Point ditandai sebagai titik sepanjang garis saturasi. Pada saat udara ruang mengalami saturasi (jenuh) maka besarnya suhu DB sama dengan suhu WB demikian pula suhu Dew Point. Suhu Dew Point merupakan ukuran dari panas laten yang diberikan oleh sistem. Adanya perubahan suhu Dew Point menunjukkan adanya perubahan panas laten atau adanya perubahan kandungan uap air di udara.[5]
8 Gambar 2.4 Diagram Garis Dew Point Temperature [6]
4. Kelembaban Relatif ( Relative humidity. % )
Relative humidity merupakan perbandingan jumlah actual dan jumlah maksimal (saturasi) dari uap air yang ada pada suatu ruang atau lokasi tertentu. 100% Relative humidity berarti saturasi dan diplortkan menurut garis saturasi. Untuk ukuran yang lebih kecil diplotkan sesuai arah garis saturasi. [5]
Gambar 2.5 Diagram Garis Relative Humidity [6]
5. Rasio Kelembaban (Humidity Ratio, kg uap air/kg udara kering)
Humidity Ratio adalah jumlah kandungan uap air di udara yang diukur dalam satuan grains per pound udara. ( 7000 grains = 1 pound)
9 dan diplotkan pada garis sumbu vertikal yang ada di bagian samping kanan chart. [5]
Gambar 2.6 Diagram Garis Humidity Ratio [6]
6. Entalpi (entalphy, kj/kg atau btu/lb udara kering)
Enthalpi adalah jumlah panas total dari campuran udara dan uap air di atas titik nol. Dinyatakan dalam satuan Btu/lb udara. Harga enthapi dapat diperoleh sepanjang skala di atas garis saturasi. [5]
Gambar 2.7 Diagram Garis Enthalpy [6]
7. Volume Spesifik (Spesific Volume, m3/kg atau ft3/lb)
Specific volume atau volume spesifik adalah kebalikan dari berat jenis, dinyatakan dalam ft3/lb. Garis skalanya sama dengan garis skala bola basah (wet bulb).[5]
10 Gambar 2.8 Diagram Garis Volume Spesifik [6]
2.3. Proses – Proses Psikometri
Psikrometrik ini merupakan kajian tentang sifat-sifat campuran udara dan uap air, yang mempunyai arti penting di dalam bidang teknik pengkondisian udara , karena udara atmosfir tidak kering betul tetapi merupakan campuran antara udara dan uap air. Pada beberapa proses pengkondisian udara, kandungan air sengaja disingkirkan dari udara, tetapi pada proses yang lain, air ditambahkan. Prinsip- prinsip psikrometrik akan diterapkan pada bab-bab selanjutnya, yaitu untuk perhitungan beban, sistem-sistem pengkondisian udara, koil pendingin udara dan pengurangan kelembaban, menara pendingin (cooling tower), dan kondensor penguapan.[7]
Proses yang dialami oleh udara secara umum ada 8 macam. Proses-proses tersebut dapat dilihat pada Gambar di bawah ini.[8]
Gambar 2.9 Proses-proses dalam diagram psikometrik [9]
11 Berikut ini penjelasan tentang proses-proses yang dialami oleh udara, diantaranya yaitu :
1. Proses pemanasan sensibel (Sensible heating) terjadi pada udara yang mengalami pemanasan tanpa penambahan atau pengurangan uap air. Ini terjadi pada udara yang melewati koil pemanas. [10]
Gambar 2.10 Proses Pemanasan Sensibel
2. Proses pemanasan dan humidifikasi (Heating Humidifying) terjadi pada udara yang mengalami pemanasan dengan penambahan uap air. Ini terjadi pada udara yang mendapat semprotan air dengan temperatur lebih tinggi dibanding temperatur tabung kering udara. [10]
Gambar 2.11 Proses Pemanasan dan Humidifikasi
3. Proses humidifikasi (Humidifying) terjadi pada udara yang tidak mengalami pemanasan atau pendinginan tetapi terjadi penambahan uap air. Ini terjadi pada udara yang mendapat semprotan air dengan temperatur sama dengan temperature tabung kering udara. [10]
12 Gambar 2.12 Proses Humidifikasi
4. Proses pendinginan dan humidifikasi (cooling humidifiying) terjadi pada udara yang mengalami pendinginan dan penambahan uap air. Proses ini terjadi pada udara yang mendapat semprotan air alami. [10]
Gambar 2.13 Proses Pendinginan dan Humidifikasi
5. Proses pendinginan sensibel (cooling sensible) terjadi pada udara yang mengalami pendinginan tanpa penambahan atau pengurangan uap air.
Proses ini terjadi pada udara yang didinginkan oleh koil yang temperaturnya lebih rendah dibanding tempertaur tabung keringnya tetapi sama atau lebih tinggi daripada temperatur titik embunnya. [10]
Gambar 2.14 Proses Pendinginan Sensibel
13 6. Proses pendinginan dan dehumidifikasi terjadi pada udara yang mengalami pendinginan dengan pengurangan uap air. Proses ini terjadi pada udara yang didinginkan oleh koil yang temperaturnya lebih rendah dibanding temperature titik embunnya. [10]
Gambar 2.15 Proses Pendinginan Dan Dehumidifikasi
7. Proses dehumidifikasi (dehumidifying) terjadi pada udara yang mengalami pengurangan uap air tanpa pemanasan atau pendinginan. Proses ini terjadi pada udara yang melewati dehumidifier seperti silica gel. [10]
Gambar 2.16 Proses Dehumidifikasi
8. Proses pemanasan dan dehumidifikasi terjadi pada udara yang mengalami pemanasan dan pengurangan uap air. Proses ini terjadi pada udara yang melewati koil pemanas dan dehumidifier. Keterangannya sebagai berikut : temperatur tabung kering bertambah, temperatur tabung basah bertambah/berkurang/tetap, kelembaban relatif berkurang, rasio kelembaban berkurang, entalpi tetap. [10]
14 Gambar 2.17 Proses Pemanasan dan Dehumidifikasi
2.4. Perhitungan Beban Pendinginan
Beban pendinginan adalah jumlah energi panas yang harus dipindahkan pada suatu ruangan atau bangunan oleh peralatan atau mesin pendingin.[3]
Beban pendinginan bisa dikelompokan ke dalam 4 jenis sumber beban. Beban total diperoleh dengan menjumlahkan beban yang ada dari ke empat jenis sumber beban tersebut [11]
Jenis sumber beban tersebut adalah :
1. Beban kalor melalui dinding (wall gain load)
Besar pendinginan melalui dinding tergantung pada luas dinding, nilai koefisien perpindahan panas melalui dinding (U) dan perbedaan temperatur luar dan temperatur ruangan[11]. Untuk nilai U dapat dihitung dengan persamaan :
Besarnya harga U dapat dihitung dengan persamaan : 𝑈1 = 𝑓1
1 + 𝑥𝐾1
1 + 𝑥𝐾2
2 …. 𝑥𝐾𝑛
𝑛 + 𝑓1
0………(2.1)
Dengan :
xn = Tebal lapisan, (m)
kn = Konduktivitas bahan, (W/m.K)
f0 = Koefisien konveksi permukaan luar ,(W/ m2K) f1 = Koefisien konveksi permukaan dalam ,(W/ m2K)
Jadi Besar beban pendinginan melalui dinding dapat dihitung dengan persamaan :
15 Q = U x A x ∆T ……….. (2.2)
Dimana :
Q = Laju perpindahaan panas, (Watt)
U = Koefisien perpindahaan panas, (W/m2.K) A = Luas permukaan, (m2)
∆T = Selisih dari temperature ruangan dan temperatur yang dikondisikan, (K) 2. Beban produk (product load)
Beban produk adalah kalor yang berada pada produk. Produk bisa merupakan makanan, minuman atau material lain [11]
Untuk menghitung besarnya beban kalor pada produk digunakan persamaan:
Q = 𝑀 𝑥 𝐶𝑝 𝑥 ∆T
𝑛 𝑥 3600 ……….(2.3)
Dengan :
Q = Beban kalor produk (kW) m = Massa produk (kg)
Cp = Kalor spesifik dari produk (kJ/kg.K) ∆T = Besarnya penurunan temperatur (K) 3. Beban infiltrasi
Beban infiltrasi timbul dari banyaknya buka tutup yang terkontrol atau tidak terkontrol pada kabin. [11]
Persamaan untuk menemukan beban pendingin sensible dan laten dari infiltrasi yaitu :
Qs = 1,1 x CFM x ∆T……….………..(2.4) Ql = 0,68 x CFM x ∆W………(2.5) Dimana:
Qs = Sensibel Heat Gain dari infiltrasi Btu/hr
16
∆T =Selisih antara temperatur ruangan dan temperatur yang dikondisikan,°F
Sedangkan untuk mencari nilai dari CFM didapat dengan persamaan :
……….(2.6)
4. Beban lain-lain (miscellaneous load)
Yang termasuk ke dalam kelompok beban lain-lain adalah beban dari peralatan dan lampu yang berada di dalam kabin. [11]
Untuk menghitung besarnya beban miscellaneous load digunakan persamaan:
Q = 𝑊𝑎𝑡𝑡 𝑥 ℎ𝑜𝑢𝑟𝑠
24 ℎ𝑜𝑢𝑟𝑠 ………(2.7)
Dengan ;
Q = Beban miscellaneous load (W)
Watt = Wattage dari beban miscellaneous load (W)
hours= Lamanya beban miscellaneous load dinyalakan (jam) 2.5. Proses Cooling Dehumidifier
Pada saat proses pendinginan sensible secara bersamaan terjadi perubahan uap air yang disebut proses pendinginan dan dehumidifikasi. Pendinginan dan proses dehumidifikasi diperoleh ketika suhu bola kering dan titik embun (DP) menurun.
Pembahasan ini akan menerangkan pendinginan dan proses dehumidifikasi secara lebih detil. Ketika udara berhubungan dengan cooling coil yang dipertahankan di bawah suhu embunnya, awalnya suhu DB berkurang. Proses pendinginan berkesinambungan dengan beberapa nilai suhu titik embun udara. Pada titik ini uap air udara diubah menjadi partikel embun karena dibentuk permukaan pendingin dan kandungan uap air berkurang sehingga mengurangi tingkatan kelembabannya.
17 Jadi dengan demikian udara didinginkan ketika di bawah suhu embunnya, dan sedang pendinginan seperti dehumidifikasi udara. [12]
Proses Pendinginan dan dehumidifikasi secara luas penggunaannya pada air conditioning untuk jenis windows, split, pengemasan dan sistem pengkondisi udara pusat untuk menghasilkan kondisi yang nyaman dalam ruangan. Pada jenis window dan split air conditioning cooling coilnya dipelihara guna untuk menjaga suhu lebih rendah dari suhu titik embun udara atmosfer sehingga refrigeran yang dingin dapat melewatinya. Ketika udara ruang melewatinya suhu DB berkurang dan pada waktu yang sama uap lembab adalah juga berubah karena udara didinginkan di bawah suhu DP nya. Wujud embun tersebut hasil cooling coil yang kemudian di keluarkan oleh pipa kecil. Di dalam sistem central air conditioning, cooling coil mendinginkan refrigeran pada saat udara atmosfer untuk menghasilkan proses pendinginan dan proses dehumidifikasi. [12]
Selama pendinginan dan dehumidifikasi suhu bola kering, suhu bola basah dan suhu titik embun pada udara berkurang. Dengan cara yang sama panas sensibel dan panas laten udara juga berkurang sehingga tejadi pengurangan entalpi udara. Proses Pendinginan dan proses dehumidifikasi diperlihatkan oleh suatu garis bersudut lurus menurun pada di diagram psikrometrik. [12]
Gambar 2.18 Proses pendinginan dan dehumidifikasi
18 panaskan. Panas yang dihasilkan oleh elemen pemanas listrik ini bersumber dari kawat ataupun pita bertahanan listrik tinggi (Resistance Wire). Biasanya bahan yang digunakan adalah niklin yang dialiri arus listrik pada kedua ujungnya dan dilapisi oleh isolator listrik yang mampu meneruskan panas dengan baik hingga aman jika digunakan. Ada 2 macam jenis utama elemen pemanas listrik yaitu :
• Elemen pemanas listrik bentuk dasar, yaitu elemen pemanas dimana Resistance Wire hanya dilapisi oleh isolator listrik, macam-macam elemen pemanas bentuk ini adalah : Ceramik Heater, Silica Dan Quartz Heater, Bank Channel heater, Black Body Ceramik Heater.
• Elemen pemanas listrik bentuk lanjut, merupakan elemen pemanas dari bentuk dasar yang dilapisi oleh pipa atau lembaran plat logam sebagai penyesuain terhadap penggunaan dari elemen pemanas tersebut. Bahan logam yang biasa digunakan adalah : mild stell, stainless stell, tembaga dan kuningan. Heater yang termasuk dalam jenis ini adalah: Tubular Heater, Catridge Heater Band, Nozzle & Stripe Heater. Berikut ini elemen pemanas (heater) sesuai dengan jenis dan bentuknya.
1. Coil Heater
Gambar 2.19 Coil Heater
Bentuknya yang terbuka (tidak tertutup isolator ataupun pipa selongsong) cocok untuk memanaskan udara, panas yang dihasilkan langsung di transfer ke udara sekitarnya. Pemasangan heater ini menggunakan support (gagang pemegang) dengan bahan isolator listrik yang baik dan tahan panas tinggi seperti : keramik,
19 mika, asbes, fibrothal, castable dll. Cocok untuk digunakan pada kompor listrik dan oven dan furnace (tungku) dimana media yang akan dipanaskan tidak langsung mengenai gulungan heater ini.
2. Infra
Heater type ini digunakan sebagai sumber panas radiasi, dimana permukaan keramik pelapisnya berfungsi sebagai reflectot. Heater jenis ini banyakan digunkan untuk memanaskan benda-benda yang hasil permukaanya mengkilap seperti pada pengeringan hasil pengecatan atau pewarnaan, pembuatan foam, pengeringan hasil sablon, dan lain-lain.
Gambar 2.20 Infra Red Heater 3. Quartz Heater
Heater jenis ini elemen pemanasnya digulung di atas batangan keramik , sehingga kedua terminal ada pada satu sisi, kemudian gulungan ini dimasukan ke dalam tube berbahan dasar Quartz (silica) dengan warna putih susu dan tube diberi lapisan pipa PVC/ teflon berlubang yang berfungsinya sebagai pelindung quartz dari benturan dengan benda lain saat dicelup ke cairan yg akan dipanaskan.
Penggunaan quartz heater ini untuk memanaskan cairan kimia dengan suhu yang tidak terlalu tinggi seperti pada pengerjaan electroplating, hardcrome dan lain – lain.
Gambar 2.21 Quartz Heater
20 memanaskan udara atau cairan.
Gambar 2.22 Tubular Heater 5. Heater kering
Heater kering adalah pemanas yang digunakan untuk memanaskan besi atau plat pada elemen. Heater ini hanya bisa digunakan pada kondisi kering.
Biasanya heater jenis ini digunakan sebagai elemen pemanas utama pada setrika.
Gambar 2.23 Heater kering
