08.36
LULUT ARA'S *BLOG
PENGONDISIAN UDARA
A Pengenalan
Pengkondisian Udara
Pada tahun 1500, Leonardo de Vinci membuat suatu sistem ventilasi udara
untuk sejumlah ruangan. Sistem ventilasi itu menggunakan kipas yang digerakkan
oleh tenaga air. Hal ini mungkin merupakan percobaan pertama untuk
mengkondisikan suatu ruangan tertutup secara otomatis. Percobaan lainnya yang
tercacat adalah di India, yang disebut “Punka”.
Punka adalah kipas besar yang
dipasang di langit-langit suatu ruangan dan digerakkan dengan tarikan tali secara
manual. Beberapa model berikutnya digerakkan oleh mesin.
Walaupun pada kenyataannya, konsep dasar tentang pengkondisian udara
tidak dimengerti bahkan tidak dipikirkan oleh berjuta-juta orang yang menikmati
hasil nyaman yang dihasilkannya. Namun, hal itu telah diterima sebagai bagian
dari kehidupan setiap orang. Oleh karena itu teknik pengkondisian udara
memerlukan definisi.
Pengkondisian udara didefinisikan sebagai proses pengaturan panas,
kebersihan dan sirkulasi udara, serta kandungan uap air yang diidealkan dengan
kenyamanan tubuh (body comfort)
manusia untuk menunjang kenyamanan beraktifitas.
Dengan adanya pengkondisian udara, ini memungkinkan kita untuk merubah
kondisi udara didalam ruangan tertutup. Oleh karena manusia modern menghabiskan
sebagian hidupnya didalam ruangan tertutup, maka pengkondisian udara menjadi
suatu hal yang penting dan dapat menghasilkan sesuatu hasil yang lebih
menguntungkan bagi manusia dibanding keadaan cuaca di luar.
2.2 Tinjauan Umum Sistem Refrigerasi
Proses pemindahan panas dari satu tempat ketempat lain melalui
perubahan wujud suatu zat cairan (liquid)
disebut pendinginan atau refrigerasi. Pada yang lebih khusus yaitu
proses penurunan dan pemeliharaan suhu pada suatu tempat atau material dibawah temperature
sekitarnya. Sistem refrigerasi secara umum dikelompokan dalam beberapa jenis,
diantaranya:
1.
Vapor compression
refrigeration system (siklus kompresi uap).
2.
Absorption system (siklus penyerapan).
3.
Steam – jet refrigeration
system (siklus
jet uap).
4.
Air cycle refrigeration
system (siklus
udara).
5.
Vortex tube refrigeration
system (siklus
tabung vortex).
6.
Magnetic refrigeration
system (siklus
magnet).
7.
Thermoelectric.
Sistem kompresi uap merupakan sistem pendinginan yang banyak
digunakan dalam konstruksi mesin air
conditioner. Siklus dari refrigeran diumpamakan dimulai dari evaporator,
refrigeran yang bertekanan rendah akan mengambil panas dari beban panas di
sekitar evaporator. Substansi pengambil panas tersebut mudah mendidih pada temperature dan tekanan rendah.
Refrigeran di dalam pipa evaporator akan mendidih dan berubah wujud menjadi gas
dengan membawa kalor dari produk. Refrigeran
yang berbentuk gas dengan tekanan dan temperature
rendah kemudian akan masuk ke dalam kompresor karena dihisap oleh kompresor.
Refrigeran lalu
dikompresikan oleh kompresor, sehingga refrigeran yang keluar dari kompresor
menjadi gas dengan tekanan dan temperature
yang tinggi. Refrigeran kemudian
masuk ke kondensor, di dalam kondensor panas refrigeran yang diambil dari
evaporator dan panas dari kompresi akan dibuang ke udara sekitar. Substansi
pengambil panas dari kondensor dapat berupa udara, air, atau campuran antara
udara dan air. Perubahan refrigeran akan
terjadi dalam kondensor karena pembuangan kalor, refrigeran akan berubah wujud
dari uap menjadi cair dengan suhu dan tekanan yang tinggi.
Refrigeran kemudian
mengalir ke alat pengatur, pada alat ini refrigeran dipaksa melewati lubang
yang kecil, sehingga temperature dan
tekanan refrigeran menjadi turun. Refrigeran yang telah melalui alat ini akan
menyembur seperti kabut ke dalam evaporator, hal ini diperlukan oleh sistem
agar refrigeran mudah menguap di evaporator. Alat pengatur
refrigeran berupa katup ekspansi, sesuai dengan namanya berfungsi untuk
mengatur dan membatasi cairan refrigeran yang masuk ke dalam evaporator. Siklus ini akan terus berlangsung secara terus–menerus dan berulang–ulang di dalam sistem selama kompresor masih bekerja.
|
Expansi
|
|
Kondensor
|
|
Pelepasan
panas
|
|
Evaporator
|
|
Penyerapan
panas
|
|
Kompresor
|
|
Energi
masuk
|
|
Gambar 2.1 Sistem Kompresi Uap
|
Sumber : www.trane.com
2.2.1 Komponen Utama Sistem Refrigerasi Kompresi
Komponen utama pada sistem
refrigerasi terdiri atas kompresor, liquid
receiver, kondensor, filter–dryer,
sight glass, katup ekspansi, evaporator , liquid accumulator, komponen
tersebut yaitu:
1. Kompresor
Dalam sistem pendingin mekanik,
kompresor adalah alat yang sangat diperlukan untuk menjalankan sistem. Alat ini
sering disebut sebagai “Jantung/pusat” dari suatu sistem pendingin mekanik.
Cara bekerjanya seperti pada jantung manusia. Kompresor
berfungsi mengkompresikan rerfrigeran yang mengandung sejumlah panas dari
evaporator, menaikkan temperature
sampai mencapai titik saturasinya, titik tersebut lebih tinggi dari pada media
pendinginnya. Prinsip kerja “tekan–isap”, dapat mensirkulasikan
refrigeran ke seluruh bagian yang dialiri refrigeran dari sistem refrigerasi.
Menurut letak dari motor penggeraknya kompresor dapat dibagi menjadi tiga
macam, antara lain kompresor hermetik, kompresor semi hermetik dan kompresor open
type. Akan tetapi pada AC sentral kebanyakan menggunakan kompresor jenis semi hermetik.
Gambar 2.2 Kompresor Semi Hermetik
2. Kondensor
Kondensor sesuai dengan namanya Condenser
yang artinya alat untuk mengkondensasikan atau mengembunkan bahan pendingin gas
dari kompresor dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Kondensor
berfungsi untuk membuang kalor dan mengubah wujud bahan pendingin dari gas
menjadi cair. Akibat dari hilangnya panas yang dikandung uap refrigeran,
maka uap refrigeran berubah wujud jadi cairan kembali.
Kondensor diletakkan di sisi tekanan
tinggi dari sistem yaitu antara kompresor dengan alat pengatur bahan pendingin.
Kondensor ditempatkan diluar ruangan yang akan dikondisikan, agar dapat
membuang panasnya keluar kepada zat yang mendinginkannya. Dari media yang
digunakan untuk mendinginkan kondensor dibagi tiga macam yaitu kondensor
pendingin udara, kondensor pendingin air, kondensor pendingin campuran udara
dan air.
Gambar 2.3 Kondensor Pendingin Udara
Sumber : Hasil Observasi Lapangan
3. Filter – Dryer
Kotoran yang terdapat dalam sistem
refrigerasi seperti sisa solder, jelaga, butiran logam kecil, endapan, karat
besi dan material yang tidak diperlukan harus disaring. Di dalam sistem diperlukan saringan (filter) untuk menyaring
substansi yang mengganggu bekerjanya sistem.
|
Inlet
|
|
Replaceable
core type
|
|
Sealed type
|
|
Core
|
|
Outlet
|
|
Inlet
|
|
Outlet
|
|
Gambar
2.4 Filter-Dryer
|
Sumber : www.trane.com
Pada sistem, pengering ditempatkan
pada sisi tekanan tinggi, yaitu pada saluran cairan (liquid line) di dekat
alat pengatur bahan pendingin. Pengering (dryer)
berfungsi untuk menyerap uap air yang ada di dalam sistem. Di dalam
pengering terdapat bahan pengering (dessicant) yang menyerap uap air,
asam, hasil uraian minyak pelumas, endapan lumpur dan bahan yang tidak
diperlukan di dalam sistem.
4. Sight Glass
|
Inlet
|
|
Sight glass
|
|
Outlet
|
|
Gambar 2.5 Sight glass
|
Sumber : www.trane.com
5. Alat Pengatur Refrigeran
Alat pengatur refrigeran merupakan
komponen pada sistem refrigerasi yang
berfungsi untuk mengatur refrigeran yang mengalir di dalam sistem. Alat
pengatur refrigeran bekerja berdasarkan perubahan temperature, perubahan
jumlah tekanan dan berdasarkan gabungan dari ketiga perubahan tersebut.
Pemakaian alat pengatur yang banyak digunakan sistem refrigerasi adalah pipa
kapiler (capillary tube) dan katup ekspansi thermostatik atau TXV (thermostatic
expansion valve).
|
Gambar
2.6 Thermal Expansion Valve
|
Sumber : www.trane.com
6. Evaporator
Evaporator adalah salah satu komponen utama dari sistem pendingin, cairan
refrigeran mengalir dan berfungsi sebagai penyerap panas dari produk yang
didinginkan sambil berubah wujud.
|
Refrigerant Vapor
|
|
Liquid/Vapor Refrigerant
|
|
Air flow
|
|
Liquid/Vapor Refrigerant
|
|
Refrigerant
Vapor
|
|
Suction
Header
|
|
Liquid
Distributor
|
|
Air flow
|
|
Gambar 2.7 Evaporator dengan
Sirip-Sirip
|
Fungsi evaporator yaitu
untuk menyerap panas dari udara, panas dari produk dan panas benda lain di
sekitarnya, sehingga udara atau produk tersebut menjadi dingin. Hal tersebut disebabkan oleh penguapan bahan refrigeran di dalam
evaporator. Kompresor terus bekerja menghisap bahan pendingin gas yang keluar
dari saluran hisap evaporator, sehingga tekanan dalam evaporator menjadi vakum
dan rendah. Berdasarkan prinsip kerjanya evaporator dibagi menjadi dua macam,
yaitu evaporator banjir (flooded evaporator) dan evaporator kering (dry
or direct expansion evaporator). Evaporator kering, menurut bentuk atau
konstruksinya terdiri dari tiga macam yaitu evaporator dengan permukaan plat (plate
surface type), evaporator
dengan pipa terbuka (bare tube evaporator) dan evaporator dengan
sirip–sirip (finned tube evaporator).
2.3 Tinjauan Umum Tentang Air Conditioning
Berdasarkan fungsi utamanya, air
conditioning (AC) dibedakan menjadi dua jenis, yaitu : AC Comfort (untuk kenyamanan manusia) dan
AC industri (untuk perangkat industri dan penelitian) (ASHRAE HANDBOOK, 1987).
Sesuai namanya, AC Comfort dipergunakan
untuk keperluan kenyamanan manusia, seperti di perumahan, perkantoran,
pertokoan, supermarket, sekolah, bioskop, gelanggang olahraga, dan
tempat-tempat lainnya yang ditempati oleh manusia. Sedangkan AC industri
dipergunakan untuk keperluan-keperluan khusus di industri seperti untuk
pendinginan peralatan, bahan-bahan bio kimia, mesin-mesin dan
keperluan-keperluan industri lainnya yang memerlukan penanganan khusus baik
skala kecil maupun besar.
Pada tempat-tempat seperti ruang computer (computer room), ruang pusat data (data centre), ruang telekomunikasi (telecommunication equipment), ruang terkondisi bersih (clean room) ruang obat-obatan (pharmaceutical manufacturing), dan ruang
pengujian (test room) terdapat
peralatan-peralatan elektronik yang sensitive dan memiliki respon yang sangat
tinggi, sehingga memerlukan pengaturan suhu, kelembaban, dan kebersihan udara
yang sesuai dengan spesifikasi dan tingkat akurasi yang tinggi. Oleh sebab itu,
pengkondisian udara untuk industri pada tempat-tempat seperti yang disebutkan
diatas lebih dikenal dengan sebutan AC Presisi (Precision Air Conditioning).
Ada beberapa perbedaan mendasar antara AC presisi dengan AC Comfort yaitu sensible heat ratio, keakuratan dalam pengontrolan temperature dan kelembaban, kualitas
udara yang disirkulasikan, serta jam operasi dari unit. Berikut ini penjelasan
dari keempat perbedaan tersebut :
1. Sensible Heat Ratio (SHR)
AC Comfort mengkondisikan ruangan dengan memfokuskan pada kenyamanan manusia yang
memiliki panas laten. Berbeda dengan AC presisi yang mengkondisikan ruangan
alat-alat elektronik dan computer yang tidak memiliki panas laten. Sehingga sensible heat ratio dari AC presisi akan
lebih tinggi dari pada AC Comfort.
AC Comfort memiliki sensible heat ratio antara
0,6 – 0,7. Berarti 60 sampai 70% dari kerja unit digunakan untuk menurunkan temperature, dan 30 – 40% digunakan
untuk menurunkan kelembaban. Ruangan data
centre membutuhkan 0,8 – 0,9 sensible
heat ratio untuk proses pendinginan yang efektif dan efisien. Berarti 80 –
90% dari kerja unit AC presisi digunakan untuk proses pendinginan dan 10 – 20%
untuk mengurangi kelembaban. Hal ini berarti AC presisi didesain untuk
lebih fokus pada pengambilan panas daripada proses pengambilan uap air.
|
Laten
|
|
Laten
|
|
|
|
Sensible
Heat Ratio
|
|
Laten
|
|
Laten
|
|
Sensible
|
|
Sensible
|
|
General
Office
|
|
Computer
Room
|
|
1,0
|
|
0,65
|
|
0,9
|
|
1,0
|
Gambar 2.8 Perbandingan
SHR General Office dengan Computer Room
Sumber :
www.liebert.com
2. Keakuratan dalam pengontrolan temperature dan kelembaban ruangan
Dalam AC presisi, tidak hanya temperatur yang dikontrol, tapi kelembaban
juga harus dikontrol sesuai dengan spesifikasi perangkat yang dikondisikan.
Oleh karena itu, dalam sebuah AC presisi dilengkapi dengan humidifier dan heater. hal
ini dilakukan karena bila ruangan terlalu lembab, maka akan terjadi pengembunan
pada PCB alat elektronik dan computer, sedangkan bila terlalu kering maka akan
menempel debu-debu halus yang bermuatan statis, dan lama kelamaan akan terjadi
hubungan singkat pada Card. Berbeda
dengan AC Comfort, dimana pengontrolan dilakukan hanya terhadap temperature saja, sedangkan kelembaban relative (relative humidity) akan berubah ketika terjadi proses cooling tanpa ada pengontrolan
kelembaban secara langsung.
3. Kualitas udara yang
disirkulasikan
AC presisi beroperasi dengan aliran udara yang tinggi, biasanya 160
cfm/kW atau lebih besar. Hal ini bertujuan untuk meningkatkan distribusi udara
yang bergerak melalui ruangan. Peralatan teknologi modern biasanya membutuhkan
sekitar 160 cfm aliran udara untuk setiap kW konsumsi daya listrik, sehingga
jumlah supply udara dingin ini harus
tersedia di saluran inlet peralatan.
Jika tidak, hal ini dapat menyebabkan peralatan dalam ruangan menjadi overheat. Distribusi udara (cfm/kW) yang
tinggi pada AC Presisi juga menyebabkan lebih banyak udara yang bergerak
melalui air filler sehinga
menghasilkan suatu lingkungan bersih. Hal ini penting karena bila ada debu-debu
halus yang bermuatan statis yang menempel pada peralatan komputer dan
elektronik, maka lama kelamaan akan terjadi hubungan singkat pada Card.
AC Comfort beroperasi dengan distribusi udara yang lebih rendah yaitu 85–115
cfm/kW. Distribusi udara yang rendah dapat mengakibatkan zat pencemar lebih
banyak naik di udara.
4. Jam operasi unit
Ruangan-ruangan seperti data centre
dan ruang telekomunikasi harus bekerja selama 24 jam. Oleh Karena itu, AC
Presisi dirancang agar dapat beroperasi selama 24 jam tanpa henti. Kecuali bila
terjadi kerusakan dan dilakukan perbaikan. Idealnya suatu ruangan data centre harus memiliki AC back-up untuk menanggulangi hal
tersebut. Berbeda dengan AC Comfort yang bekerja hanya ketika ada orang dalam
ruangan yang dikondisikan.
2.3.1 Tipe Mesin Air Conditioner
Ada banyak tipe mesin AC, namun
secara garis besar dapat kita bagi sebagai berikut:
2.3.1.1 Air Conditioner Unit
1.
Tipe paket tunggal, dikenal sebagai tipe jendela (windows type). Pada
tipe ini seluruh bagian AC ada dalam satu wadah. AC tipe ini dipasang dengan
cara meletakkan mesin langsung menembus dinding. Jadi, dinding dilubangi
sebesar AC tersebut. Karena seluruh komponen menjadi satu, AC ini agak sedikit
bising (apalagi bila sudah lama tidak diservis).
Gambar 2.9 AC
Window
Sumber : www.trane.com
2.
Tipe paket terpisah, dikenal sebagai tipe split (split type). Sesuai
namanya, AC ini mempunyai dua bagian terpisah yaitu unit dalam ruang (indoor
unit) dan unit luar ruang (outdoor unit). Unit luar ruang berisi
kipas, kompresor, dan kondensor untuk membuang pangs, sedang unit dalam ruang
berisi evaporator dan kipas untuk mengambil pangs dari udara dalam ruangan.
Antara unit dalam ruang dan luar ruang dihubungkan dengan pipa untuk bolak-balik
refrigeran. Karena hanya pipa tersebut yang perlu menembus dinding, maka
pelubangan cukup kecil saja. Selain itu, karena unit luar ruang yang cenderung
bising ada di luar, maka kebisingan dapat dihindari. Tipe terpisah ini dapat
berupa tipe split tunggal (single split unit, cassette unit luar ruang melayani satu unit dalam ruang) dan dapat
berupa tipe split ganda (multi split type,
cassette unit luar ruang melayani
beberapa unit dalam ruang). Selain itu, berdasarkan pemasangannya, tipe
terpisah ini masih dapat dibagi lagi menjadi:
a.
Tipe langit-langit/dinding (ceiling/wall type) indoor unit dipasang di dinding bagian
atas.
Gambar 2.10 Wall
Type
Sumber : www.trane.com
b.
Tipe lantai (floor type) indoor unit diletakkan di lantai. Tipe lantai
ada yang berbentuk seperti almari, ada juga yang sebenarnya sama dengan tipe
langit-langit tetapi dipasang di lantai.
Gambar 2.11 Floor
Type
Sumber : www.trane.com
c.
Tipe kaset (cassette type) indoor unit dipasang di langit-langit, menghadap
ke bawah.
Gambar 2.12 Cassette
Type
Sumber : www.trane.com
2.3.1.2 AC Sentral
AC tipe besar yang dikendalikan secara terpusat
untuk melayani satu gedung besar, baik yang berpembagian ruang sederhana
seperti toko grosir besar, maupun berpembagian ruang rumit seperti bangunan
tinggi perhotelan dan perkantoran.
AC sentral melibatkan sistem jaringan distribusi
udara (ducting) untuk mencatu udara sejuk ke dalam ruang dan mengambil
kembali untuk diolah kembali. Lubang tempat udara dari sistem AC yang masuk ke dalam ruangan disebut difuser (diffuser), sedangkan
lubang tempat udara kembali dari dalam ruangan ke jaringan disebut gril (grill).
Berikut ini adalah bagian-bagian dari
AC sentral :
1. Unit Pendingin
(Chiller)
Pada unit pendingin atau chiller
yang menganut sistem kompresi uap, komponennya terdiri dari kompresor,
kondensor, alat ekspansi dan evaporator. Pada chiller biasanya tipe kondensornya adalah water-cooled condenser. Air untuk mendinginkan kondensor dialirkan
melalui pipa yang kemudian outputnya didinginkan kembali secara evaporative cooling pada cooling tower.
Gambar 2.13 Unit Pendingin
(Chiller)
Sumber : Hasil Observasi
Lapangan
Pada komponen evaporator, jika sistemnya indirect cooling maka fluida yang didinginkan tidak langsung udara,
melainkan air yang dialirkan melalui sistem pemipaan. Air yang mengalami
pendinginan pada evaporator dialirkan menuju system penanganan udara (AHU)
menuju koil pendingin.
2. AHU (Air Handling
Unit)
AHU adalah sebuah unit yang berfungsi sebagai pengatur udara
yang akan dimasukkan ke dalam ruangan melalui saluran udara (duct). Untuk unit penyejuk
udara AC, aliran udara pada Unit Kumparan Fan
Coil Units (FCU) atau Air Handling
Unit (AHU) dapat diukur dengan menggunakan anemometer. Suhu dry bulb dan wet bulb diukur pada jalur masuk dan keluar di AHU atau di FCU.
Gambar 2.14 Air
Handling Unit (AHU )
Sumber :
www.aircon.co.id
Ada beberapa komponen yang terdapat dalam AHU diantaranya :
a. Kipas atau Fan
Fungsi utama kipas/fan adalah
untuk menggerakkan udara dari dan ke ruangan. Pada sistem pengkondisian udara,
udara yang digerakkan terdiri dari :
1.
Keseluruhan udara luar
2.
Keseluruhan udara di dalam ruangan
(biasa disebut udara resirkulasi)
3.
Kombinasi udara luar dan udara dalam ruangan
Gambar 2.15 Jenis Centrifugal Fan
Sumber : BEE India, 2004
Kipas mendorong udara
dari luar atau dari dalam ruangan, tetapi pada sistem umumnya kipas mendorong
udara dari kedua sumber pada saat yang sama. Oleh karena udara yang mengalir
dengan deras menyebabkan rasa tidak nyaman dan udara yang bergerak lambat akan
memperlambat pengeluaran panas dari badan, maka jumlah udara yang disediakan
kipas harus diatur. Hal ini dapat dilakukan dengan jalan memilih sebuah fan yang dapat menyediakan sejumlah
udara yang memadahi dan juga mengatur kecepatan kipas sehingga arus aliran
udara di dalam ruangan bersirkulasi dengan baik.
b. Cooling Coil
Cooling coil berfungsi
untuk mendinginkan udara yang akan disirkulasikan menuju ke ruangan.
Udara yang berasal dari luar ataupun dari ruangan dilewatkan ke permukaan koil
pendingin yang selanjutnya udara didinginkan guna tercapainya udara ruangan
yang diinginkan. Jika di dalam ruangan udara terlalu lembab (kandungan uap
airnya tinggi), uap air dikeluarkan secara otomatis saat udara didinginkan oleh
Cooling Coil.
Gambar 2.16 Cooling Coil
Sumber :
www.aircon.co.id
c. Saringan udara (Filter)
Saringan udara diletakkan didepan koil untuk mencegah adanya debu serta
partikel secara berlebihan, karena debu serta partikel akan menutupi permukaan
koil. Saringan dibuat dari berbagai bahan seperti pintalan kaca sampai plastik
komposit. Jenis lain bekerja menurut prinsip elektrostatika dan benar-benar
dapat menarik serta menangkap debu dan partikelnya secara listrik.
Gambar 2.17 Saringan
Udara (Filter)
Sumber :
www.aircon.co.id
d. Humidifier.
Proses cooling secara bersamaan akan
terjadi pula proses dehumidifying,
sehingga lama–kelamaan kandungan uap air udara ruangan yang dikondisikan tidak
sesuai dengan keperluan. Oleh karena itu diperlukan usaha untuk menambah
kandungan uap air. Metode penambahan uap air dalam sistem digambarkan sebagai
berikut:
|
Inlet air to Humidifier
|
|
Outlet air
from Humidifier
|
|
Gambar
2.18 Proses Humidifying
|
Sumber : www.trane.com
Proses ini disebut humidifying yaitu proses penambahan kandungan uap air di udara pada
ruangan yang dikondisikan dengan bantuan alat yang disebut humidifier. Proses humidifIing
terjadi bila kelembaban ruangan lebih rendah dari setpoint yang telah ditentukan. Humidifier merupakan komponen yang berfungsi untuk menghasilkan uap air untuk menaikkan
kelembaban udara ruangan (relative humidity). Uap yang dihembuskan ke
dalam ruangan melalui evaporator. Humidifier
bekerja jika kelembaban udara ruangan di bawah setpoint dan di luar batas sensitivity
yang ditentukan, dengan skema seperti berikut ini:
|
Udara
sebelum masuk evaporator
|
|
Evaporator
|
|
Udara
setelah keluar evaporator
|
|
33 oF, 90 % RH
|
|
91 oF, 53 % RH
|
|
Uap air dari humidifier
|
|
Gambar 2.19 Skema Proses Humidifying
|
Sumber : www.trane.com
3. Saluran Udara (Duct)
Gambar 2.20 Bentuk Saluran Udara
Sumber : www.trane.com
Lubang saluran masuk membantu mendistribusikan udara secara merata ke
ruangan. Sebagian lubang saluran masuk “mendorong” udara, sebagian lagi mengarahkannya
menjadi aliran cepat dan lainnya menyebabkan kombinasi kedua hal diatas. Oleh
karena lubang saluran itu dapat menyebabkan aliran bertekanan dan juga deras,
lubang iu juga dapat berfungsi sebagai alat kontrol arah aliran udara yang
disebabkan kipas. Kontrol arah, lokasi dan jumlah lubang saluran masuk di
ruangan berperan dalam menentukan aliran udara yang nyaman atau tidak nyaman.
Dimensi duct dapat dihitung
dengan menginterpolasikan jumlah udara (cfm) yang masuk ke ruangan terhadap
tabel ukuran duct. Jumlah udara yang
masuk dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
Sensible
load (btu / hr)
1,08x(Δt)
Sensible
load (btu / hr)
68x(ΔtWb)
Keterangan,
Cfm : Jumlah udara yang mengalir ke ruangan
(ft³/min)
Sensible load :
Beban sensible ruangan
(Btu/hr)
Laten load : Beban laten
ruangan (Btu/hr)
1,08 : Constanta
68 : Constanta
Δt : Perbedaan temperature luar dengan temperature
ruangan (°F)
ΔtWb : Perbedaan temperature bola basah luar dengan temperature bola basah ruangan (°F)
Prinsip kerja secara sederhana pada unit penanganan udara ini
adalah menyedot udara dari ruangan (return
air) yang kemudian dicampur dengan udara segar dari lingkungan (fresh air) dengan komposisi yang bisa
diubah-ubah sesuai keinginan. Campuran udara tersebut masuk menuju AHU melewati
filter, fan sentrifugal dan koil
pendingin. Setelah itu udara yang telah mengalami penurunan temperature didistribusikan secara
merata ke setiap ruangan melewati saluran udara (ducting) yang telah dirancang terlebih dahulu sehingga lokasi yang
jauh sekalipun bisa terjangkau.
Gambar 2.21 Bentuk Saluran Udara Balik
Sumber : Hasil Observasi Lapangan
Beberapa kelemahan dari sistem ini adalah jika
satu komponen mengalami kerusakan dan sistem AC sentral tidak hidup maka semua
ruangan tidak akan merasakan udara sejuk. Selain itu jika temperatur udara terlalu
rendah atau dingin maka pengaturannya harus pada termostat di koil pendingin
pada komponen AHU.
4. Cooling
Tower
Salah satu komponen pada AC sentral selain chiller, AHU, dan ducting
adalah cooling tower atau menara
pendingin. Fungsi utamanya sebagai
alat untuk mendinginkan air panas dari kondensor dengan cara dikontakkan
langsung dengan udara secara konveksi paksa menggunakan fan atau kipas.
Gambar 2.22 Cooling Tower dan pemipaan menuju chiller
Sumber : Hasil Observasi Lapangan
Proses yang terjadi pada chiller
atau unit pendingin untuk system AC sentral dengan sistem kompresi uap terdiri
dari proses kompresi, kondensasi, ekspansi dan evaporasi. Proses ini terjadi
dalam satu siklus tertutup yang menggunakan fluida kerja berupa refrigerant
yang mengalir dalam sistem pemipaan yang terhubung dari satu komponen ke
komponen lainnya.
Kondensor pada chiller biasanya berbentuk water-cooled condenser yang menggunakan
air untuk proses pendinginan refrigeran. Secara umum bentuk konstruksinya
berupa shell & tube dimana air
mengalir memasuki shell / tabung dan
uap refrigeran superheat mengalir
dalam pipa yang berada di dalam tabung sehingga terjadi proses pertukaran
kalor. Uap refrigeran superheat berubah
wujud menjadi cair yang memiliki tekanan tinggi mengalir menuju alat ekspansi,
sementara air yang keluar memiliki temperature
yang lebih tinggi. Karena air ini akan digunakan lagi untuk proses pendinginan
kondensor maka tentu saja temperaturnya harus diturunkan kembali atau
didinginkan pada cooling tower.
Langkah pertama adalah
memompa air panas tersebut menuju cooling
tower melewati sistem pemipaan yang pada ujungnya memiliki banyak nozzle untuk tahap spraying atau semburan. Air panas yang keluar dari nozzle secara langsung sementara itu
udara atmosfer dialirkan melalui atau berlawanan dengan arah jatuhnya air panas
karena pengaruh fan/blower yang
terpasang pada cooling tower. Untuk
menguapkan 1 kg air diperlukan kira-kira 600 kcl dengan mengeluarkan kalor
laten, dengan mengungkapkan sebagian dari air maka bagian besar dari air
pendingin dapat didinginkan, jadi misalnya 1% dari air dapat di uapkan , air
dapat diturunkan suhunya sebesar 6 oC dengan menara pendingin.
Sistem ini sangat efektif dalam proses pendinginan air karena suhu
kondensasinya sangat rendah mendekati suhu wet-bulb
udara. Air yang sudah mengalami penurunan temperature
ditampung dalam bak/basin untuk
kemudian dipompa kembali menuju kondensor yang berada di dalam chiller. Pada cooling tower juga dipasang katup make up water yang dihubungkan ke sumber air terdekat untuk
menambah kapasitas air pendingin jika terjadi kehilangan air ketika proses evaporative cooling tersebut.
Pompa memiliki dua kegunaan utama yaitu :
1.
Memindahkan cairan dari satu tempat
ke tempat lainnya (misalnya air dari reservoir
bawah tanah ke tangki penyimpan air).
2.
Mensirkulasikan cairan sekitar sistem
(misalnya air pendingin atau pelumas yang melewati mesin-mesin dan peralatan)
Kerja yang ditampilkan oleh sebuah pompa merupakan fungsi dari head total dan berat cairan yang dipompa
dalam jangka waktu yang diberikan.
Gambar 2.23 make up tank
Sumber : Hasil Observasi Lapangan
Prestasi menara pendingin
biasanya dinyatakan dalam “range” dan “approach”, dimana range adalah penurunan suhu air yang
melewati cooling tower dan approach adalah selisih antara udara
suhu udara wet-bulb dan suhu air yang
keluar. Perpindahan kalor yang terjadi pada cooling
tower berlangsung dari air ke udara tak jenuh. Ada dua penyebab terjadinya
perpindahan kalor yaitu perbedaan suhu dan perbedaan tekanan parsial antara air
dan udara.
Suhu pengembunan yang
rendah pada cooling tower membuat
sistem ini lebih hemat energi jika digunakan untuk sistem refrigerasi pada
skala besar seperti chiller. Salah
satu kekurangannya adalah bahwa sistem ini tidak praktis karena jarak yang jauh
antara chiller dan cooling tower sehingga memerlukan sistem
pemipaan yang relatif panjang. Selain itu juga biaya perawatan cooling tower cukup tinggi dibandingkan
sistem lainnya.
Persyaratan bagi menara Pendingin (cooling tower), adalah kondisi nominal dari menara pendingin
berdasarkan kapasitas menara pendingin 1 ton refrigrasi distandarisasikan
menurut “The Japanese Cooling tower
Industry Association”, sebagai berikut :
1 ton refrigrasi 390 kcal/jam pada
kondisi :
temperature bola basah 27o C
temperature air masuk 37o C
temperature air keluar 32o C
volume
aliran air 13 liter/menit.
Harga standar tersebut diatas
menentukan prestasi menara pendingin.
Cooling tower adalah sistem pendingin dengan media
air yang disirkulasikan dalam sistem AC sentral jenis chiller, air yang disirkulasikan berfungsi mendinginkan kondensor
atau mesin proses produksi, air yang menjadi panas didinginkan dalam cooling tower.
Masalah yang sering terjadi dalam cooling
tower system adalah sebagai berikut :
a. Pembentukan
kerak
1. Kerak calcite/aragonite/CaCO3 terjadi karena adanya Ca
- hardness dan alkalinity.
2. Kerak magnesium – silikat
terjadi karena adanya Mg – hardness
dan Silika.
3. Kerak silika terjadi karena adanya kandungan silika dalam air.
4. Kerak phosphat/Ca3 ( PO4 )2,
terjadi karena adanya penggunaan bahan kimia yang mengandung phosphat secara
tidak tepat.
Mineral – mineral
Pembentuk Kerak
Calcite (CaCO3)
Aragonite (CaCO3)
Anhydrite (CaSO4)
Gypsum (CaSO4*2H2O)
Calcium Posphate Ca3(PO4)2
Hydroxypatite Ca5(PO4)3(OH)
Silica (SiO2)
Magnesium Silicate MgSiO3
Brucite Mg(OH)2
b. Korosi
Korosi adalah pengikisan logam yang
disebabkan reaksi kimia dengan lingkungan sekitarnya.
Macam – macam korosi :
1. General corrosion : korosi secara umum, korosi ini mengikis logam dalam jangka waktu yang
sangat lama . Terjadinya korosi dapat terdeteksi dari hasil analisa air.
2. Pitting corrosion : korosi yang disebabkan adanya akumulasi kerak yang tidak merata di
logam. Pitting corrosion dapat
menyebabkan lubang pada logam, cloride
sangat mempercepat pitting corrosion.
Untuk mengatasi masalah tersebut maka
perlu dilakukan suatu perawatan sebagai berikut :
a. Pengolahan Fisika
1. Sand filter fungsi untuk menghilangkan
kekeruhan dalam air.
2. Carbon filter fungsi untuk menghilangkan
kekeruhan , warna , rasa dalam air.
b. Proses
softening/demineralisasi
Proses softening adalah
penghilangan semua mineral–mineral dalam air dengan anion cation exchange.
Mg – H Mg
– R
c. Bleed Off
Pembuangan melalui pipa bleed
off untuk menjaga pemekatan air (Cycle
Of Concentration) dalam cooling
tetap dibawah control limit, sehingga
terjadiya pengendapan dan korosi akan dapat dihindari.
Mg – R Mg+
c.
Proses regenerasi meliputi :
Waktu = 15 – 20 menit
Waktu = 30 – 45 menit
Konsentrasi larutan garam = 10 – 15 %
Kebutuhan garam = 200 gram/liter resin.
2.4 Bahan Pendingin
(Refrigeran)
Refrigeran adalah suatu zat yang mudah berubah wujudnya dari gas menjadi
cair atau sebaliknya. Substansi ini mengambil panas di
evaporator lalu membuangnya di kondensor. Pemilihan refrigeran untuk sistem
pendinginan harus disesuaikan dengan penggunaannya, agar diperoleh hasil
maksimal, dasar pemilihan refrigeran sebagai berikut:
1. Temperature pembekuan lebih rendah dari temperatur operasional, sehingga tidak
terjadi pembekuan refrigeran saat beroperasi.
2.
Temperature kritis yang lebih tinggi.
Daerah refrigeran bekerja harus jauh dari kritis, artinya
temperatur dari refrigeran lebih jauh dari temperatur pengembunan yang normal
untuk mencegah kebutuhan tenaga yang lebih tinggi.
3. Tekanan
penguapan tidak terlalu rendah atau mendekati vakum.
Tekanan penguapan sebaiknya
diatas tekanan atmosfir, sehingga mencegah kebocoran udara dalam sistem selama
operasional.
4.
Tekanan pengembunan yang rendah.
Dengan keadaan pengembunan yang rendah ini, mengijinkan untuk
menggunakan material yang ringan dengan pipa yang murah.
5.
Laten Heat harus tinggi pada temperatur
penguapan.
Artinya tiap satuan berat refrigeran
yang bersirkulasi dalam sistem mempunyai efek pendinginan yang tinggi, sehingga
jumlah refrigeran yang dibutuhkan untuk pendinginan yang sama cukup kecil.
6.
Perpindahan panas yang tinggi.
Meliputi
rapat massa, panas jenis, kondukfitas, dan viskositas.
7.
Mempunyai Oil Effect.
Dapat bercampur dengan mineral lubricant oil yang digunakan untuk
pelumasan bagian - bagian yang bergerak.
8.
Keadaan kimia stabil, dapat bekerja
pada tekanan dan temperature
keseluruhan kondisi kerja, tidak korosif dengan air, dapat bercampur dengan
minyak pelumas kompresor, tetapi tidak mempengaruhi atau merusak minyak
pelumas.
9.
Murah, tidak mudah terbakar dan mudah
didapat, tidak berbahaya, tidak berbau pada segala keadaan, tidak beracun, yang
akan merusak tubuh manusia seperti mata, hidung, kulit, dan lain – lainnya.
10.
Kekuatan dielektrik yang tinggi.
Karakteristik ini sangat penting untuk sistem pendinginan
yang menggunakan hermetic compressor, di mana uap refrigeran
berhubungan langsung dengan gulungan kawat.
Beberapa jenis refrigeran yang
digunakan pada beberapa sistem refrigerasi dan tata udara, diantaranya:
- R – 11 Trichlorofluoromethane.
- R – 12 Dichlorodifluoromethane.
- R – 22 Chlorodifluoromethane.
- R – 134a Tetrafluoroethane.
- R – 717 Ammonia.
- R – 113 Trichloro.
- R – 500
- R – 501
- R – 502
- R – 503, dll.
|
Gambar 2.24
Tabung R-22
|
Sumber : www.trane.com
Dari berbagai jenis refrigeran
tersebut memiliki karakteristik dan sifat–sifat yang berbeda. Bahan refrigeran
jenis R–22 memiliki titik didih – 41,4 °F atau – 40,8 °C pada satu atmosfer.
Tekanan penguapan 28,3 Psig pada 5 °F
dan tekanan kondensasi 158,2 Psig pada 86 °F. Kalor laten uap 100,6 BTU/lb pada
titik didih. Bahan pendingin jenis R–22 mempunyai banyak sifat kelebihan dari
pada bahan refrigeran jenis R–12. Penggunaan refrigeran R–22 lebih bagus untuk
suhu yang tidak terlalu dingin dan juga mudah didapatkan (Handoko, 1981: 133).
2.5 Diagram Psikometrik
Psikometrik adalah ilmu
yang mempelajari sifat-sifat termodinamika dari udara basah. Secara umum
digunakan untuk mengilustrasikan dan menganalisa perubahan sifat termal dan
karakteristik dari proses dan siklus sistem penyegaran udara (air conditioning).
Pada bagian ini akan
dijelaskan bagian-bagian dari tabel psikometrik yang sederhana secara grafik.
Secara umum tabel psikometrik digunakan untuk menggambarkan :
1.
Kondisi udara
2.
Proses pengaturan udara (Air Handling)
3.
Proses tata udara (Air Conditioning)
|
tWb (Temp wet bulb)
|
|
Density
|
|
t Sat (temp jenuh)
|
|
RH (Relative Humidity)
|
|
tDb (Temp dry bulb)
|
|
Enthalpy (h)
|
|
W
|
Gambar 2.25 Grafik Psikometrik
Sumber : Buku Penyegaran Udara, 2002
Keterangan :
t = tDb : Suhu biasa untuk udara
yang diukur thermometer
tWb : Suhu bola basah
yang diukur thermometer
tSat : Suhu jenuh udara, saat kelembaban relative (RH) maksimum
100%, (t Sat = t = tDb = tWb).
W : Kandungan
uap air di dalam udara, angka yang menunjukkan adanya sekian massa uap air
dalam satuan massa udara.
RH : Kelembaban relatif,
presentase kandungan uap air dalam udara per kandungan maksimal pada suhu (t)
yang sama.
h : Enthalpy udara,
kandungan energi per massa udara.
Density : Volume spesifik udara,
volume per massa udara.
2.6 Diagram Mooler (Diagram P-H)
Diagram mooler menunjukkan karakteristik dari gas refrigeran, sehingga
dapat menyatakan hubungan antara tekanan (P) pada ordinat dan enthalpy (H) pada
absisa dari siklus refrigerasi. Diagram tersebut dinamai diagram tekanan-
enthalpy atau diagram P-H.
|
D¹
|
|
C¹
|
|
B¹
|
|
A¹
|
|
D
|
|
D
|
|
B
|
|
A
|
|
1
|
|
2
|
|
3
|
|
5
|
|
4
|
|
P
|
|
H
|
Gambar 2.26. Diagram P-H
Sumber : Buku Penyegaran Udara, 2002
Keterangan,
A = Keadaan refrigeran setelah mengalami proses ekspansi dari katup
ekspansi dan masuk evaporator.
A¹ = Keadaan pada titik A-A1 terjadi proses penyerapan panas
sebagian oleh refrigeran.
B = Keadaan refrigeran setelah mengalami proses penguapan dalam evaporator
dengan menyerap panas dari sekelilingnya.
B¹ = Keadaan refrigeran setelah mengalami proses pemanasan lanjut
sebelum masuk kedalam kompresor.
C¹ = Keadaan refrigeran setelah mengalami proses kompresi dalam kompresor.
D = Kejadian refrigeran setelah mengalami proses kondensasi sehingga
mencapai keadaan saturated liquid.
D¹ = Keadaan refrigeran setelah mengalami proses pendinginan lanjut (sub cooling)
1 = Proses penyerapan panas di evaporator
2 = Proses super heating
3 = Proses kompresi di kompresor
4 = Proses kondensasi di kondensor
5 = Proses sub cooling.
2.7 Perhitungan Beban Pendinginan
Beban pendinginan dimaksudkan sebagai jumlah kalor yang harus dibuang
dari ruangan yang dikondisikan yang harus diserap atau ditanggulangi oleh unit
mesin pendingin.
Berdasarkan sumbernya, beban pendinginan terdiri atas dua bagian, yaitu :
1.
Beban pendinginan dari luar ruangan,
meliputi :
a.
Beban pendinginan melalui diding
b.
Beban pendinginan melalui lantai
c.
Beban pendinginan melalui atap
d.
Beban pendinginan melalui pintu
e.
Beban pendinginan melalui infiltrasi
2.
Beban pendinginan dari dalam ruangan
meliputi :
a.
Beban pendinginan dari penghuni
b.
Beban pendinginan dari peralatan yang
digunakan.
|
|
|
lighting
|
|
human
|
|
computer
& equipment
|
|
solar
radiation
|
|
conductive
heat gains
|
Gambar 2.27 Sumber Beban Pendingin
Sumber : www.liebert.com
Beban panas konduksi, beban panas ini biasa juga disebut sebagai beban
panas yang terjadi secara konduksi karena adanya perbedaan temperature ruang pendingin dengan temperature sekitarnya, seperti
melalui dinding, atap, lantai dan pintu.
Besarnya beban panas akan dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain :
jenis isolasi, struktur dinding, luas dinding luar, dan perbedaan temperature antara ruang pendingin
dengan temperature udara luar.
Besarnya beban panas yang mengalir melalui dinding, atap, lantai dan
pintu dapat dihitung dengan persamaan :
Q = A x U x (t 0 – t1) (Dossat
1961:147)
Keterangan :
Q = jumlah beban panas yang
mengalir melalui dinding (Btu/hr)
A = luas permukaan dinding
(ft²)
U = koefisien perpindahan
panas total dinding (Btu/hr.ft².°F)
t0 = temperature udara luar (°F)
t1 = temperature udara ruangan pendingin (°F)
untuk mencari harga U dapat dihitung dengan persamaan :
Keterangan,
x = tebal bahan
isolasi (inch)
k1,2,3…,n = konduktifitas
panas dari material (Btu.in/hr.ft².°F)
fi = koefisien konveksi
lapisan film udara pada dinding bagian dalam (Btu/hr.ft².°F)
fo = koefisien konveksi
lapisan film udara pada dinding bagian luar (btu/hr.ft².°F)
Untuk x/k dapat di ganti dengan I/C (Dossat 1978:193) dimana C adalah
panas spesifik dari material (BTU.in/hr.ft².°F).
0 komentar:
Posting Komentar