refrigerasi dan pengkondisian udara

Refrigerasi dan Pengkondisian UdaraDr.Ir.Dipl.-Ing.Berkah Fajar TK

Bab III Pschycrometry

•

Pschycrometry adalah ilmu yang mempelajari campuran udara dan uap air.

•

Pada pengkondisian udara ilmu ini penting, sebab proses pengkondisian udara merupakan pengurangan atau penambahan uap air untuk udara yang dikondisikan

•

Contoh : dehumidifier, humidifier, cooling tower.

PSYCHROMETRIC CHART

Garis Jenuh (khusus untuk air)

Garis jenuh yang diperoleh dari tabel jenuh udara-air (tabel A-2)

Tekanan uap air

Temperatur

Daerah udara-

air tidak jenuh

Garis jenuh yang diperoleh dari tabel jenuh air (tabel A-1)

Dew-point temperature

Didinginkan pada tekanan konstan

Catatan:

Tabel A-1: tabel jenuh air

Tabel A-2:tabel jenuh-udara air pada 1 atm

Kelembaban Relatif

Kelembaban relatif = perbandingan fraksi mol pada campuran udara-air dan fraksi mol uap air pada tekanan jenuh dan temperatur sama.

Dengan menganggap campuran udara dan uap air sebagai gas ideal, maka dehisi tersebut dapat ditulis:

samaPTpadamurniairuapjenuhtekanansamaPTpadaairuapparsialtekanan

,,

=φ

Ratio Kelembaban (Kelembaban Mutlak)

Udara kering dan uap air diasumsikan sebagai gas ideal, karena temperatur udara kering relatif tinggi terhadap temperatur jenuhnya dan tekanan uap air relatif rendah terhadap tekanan jenuhnya.

Ratio Kelembaban (Kelembaban Mutlak)

( )a

sts

s

aa

ss

RppR

p

TRVp

TRVp

ingudarakgairuapkgW

−===

ker

W = rasio kelembaban (kg uap air/kg udara kering)

V = volume sebarang campuran udara dan uap air dalam m3

Pt

= tekanan atmosfer = pa

+ps

, Pa

Pa

= tekanan parsial udara kering, Pa

Ra

= konstanta gas udara kering = 287 J/kg.K

Rs

= konstanta gas uap air = 461,5 J/kg.K

T = Temperatur absolut campuran uap air-udara, K

3-1

Ratio Kelembaban (Kelembaban Mutlak)

Harga Ra

dan Rs

disubtitusikan ke persamaan (3-1)

st

s

st

spp

ppp

pW−

=−

= 622,05,461

287

Ratio Kelembaban (Kelembaban Mutlak)

Contoh 3-1 :

Hitung kelembaban mutlak untuk kelembaban relatif 60 % ketika temperaturnya 300C. Tekanan atmosfer 101,3 kPa:

Jawab :

Dari tabel A-1 tekanan jenuh uap air pada 300

C = 4,241 kPa

Maka tekanan uap air = 60%.4,241 kPa = 2,545 k Pa.

Dari persamaan (3-2)

kgkgW /0160,0545,23,101

545,2622,0 =−

=

Tentukan dengan diagram psychrometric !

EntalpiEntalpi campuran udara-uap air = entalpi udara kering + entalpi uap air

Entalpi uap air = entalpi jenuh uap air pada temperatur konstan

kgkJtpadaairuapjenuhentalpihCairuapudaracampurancampurantemperaturt

kkgkJkonstekananpadaingudarajenispanasC

hWtch

g

p

gp

/,,

./0,1tanker

.

0

=−=

=

+=

Entalpi

H= Cp t+ W.hg

Volume Jenis

st

s

st

a

a

a

pppW

ppTR

pTRv

−=

−==

622,0

Kombinasi perpindahan panas dan massa

Penjenuhan Adiabatik dan Temperatur bola basah

fhWWhh )( 1221 −−=

Penjenuhan Adiabatik dan Temperatur bola basah

Bab II Perhitungan Beban Pemanasan/Pendinginan

Faktor Yang Mempengaruhi Kenyamanan Manusia

Katagori Beban Pendinginan

Outdoor Design

Indoor design

Pendinginan :•

Temperatur : 200

C sampai 220 C

•

RH : 55 % ±

5%

Indoor design

Beban Orang

Beban Orang

Beban Orang

Beban Orang

174

=−=

CLFlatenbebanUntukCLFxorangjumlahxtabeldariorangperbebanorangbeban

Infiltrasi

Ventilasi

Ventilasi

Ventilasi dan Infiltrasi

kgkgmutlakkelembabanWsLiltrasiventilasivolumealiranlajuQ

WWQq

ttQq

ilaten

isensible

/,)/(inf/

)(.3000

)(.23,1

0

0

==

−=

−=

&

&

&

Beban Lampu

FactorLoadCoolingCLFballastFaktorFpenggunaanFaktorF

CLFFFwattdalamlampuratingq

b

u

bu

===

==

2,1

))()()((

Heat Storage

CLF untuk Lampu

Beban dari Radiasi Matahari

Heat Storage

Beban Radiasi Matahari

FactorLoadCoolingCLFLuasA

tCoefficienShadingSCCLFASCSHGFq maks

===

= ).()..()(

Beban Pendinginan Melalui Dinding dan Atap

)( iew ttAUq −=

BAB V Sistem Pengkondisian Udara

Sistem Distribusi Termal:Sistem yang memindahkan panas dari ruangan ke mesin pendingin, atau sistem yang memindahkan panas dari pompa kalor/boiler ke ruangan.

Multiple-Zone

•

Air Systemsa. Terminal Reheatb. Dual-duct atau multizonec. Variable-air-volume

•

Water Systemsa. Two-pipeb.Four-pipe

Classic Single –zone System

Optional return-fan diperlukan untuk menghindari tekanan berlebihan di ruang yang dikondisikan

Heating and humidification Cooling and dehumidification with reheat

Outdoor Air ControlTemperatur di A diatur pada 130C-140C

Ventilasi : 10 %-

20 % total flow rate, kecuali penggunaan khusus seperti di r. operasi atau laboratorium

Enthalpy-Control Concept

Single Zone System

( )

( ) ic

Ls

icp

s

Ls

s

ic

icp

hhqq

ttcqw

qqq

hhttc

−+

=−

=

+=

−

−

Terminal Reheat System

Dual Duct or Multizone System

Variable-Air-Volume System

Water System

BAB VI Fan dan Duct

•

Menghitung hilang tekan udara yang melalui ducting dan fitting

•

Merancang sistem ducting•

Mempelajari karakteristik Fan yang berhubungan dengan sistem ducting

•

Merancang distribusi udara untuk ruang yang dikondisikan

Sistem Distribusi Udara

Ducting

Hilang Tekan di Cerobong Lurus

( )

μρ

εε

ρ

VD

fD

Df

VDLfp

=

⎪⎪⎪

⎭

⎪⎪⎪

⎬

⎫

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡+−+

=

=Δ

Re

Re3.91loglog214,1

1

22

2

Kekasaran Permukaan

Material Kekasaran ε, m

Riveted Stell 0,0009-0,009

Concrete 0,0003-0,003

Cast Iron 0,00026

Sheet Metal 0,00015

Commercial Steel 0,000046

Drawn tubing 0,0000015

Moody Diagram

Hilang Tekan Ducting Segiempat

baab

baba

perimeterpenampangluasxD

SegiempatPenampang

DD

D

perimeterpenampangluasxD

lingkaranpenampang

VDLfp

eq

eq

eq

+=

+==

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

==

=Δ

2)(2

.44

444

2

2

2

π

π

ρ

Hilang Tekan Ducting Segiempat

( ) ( )

( )( ) 25,0

625,0,

2

2,0

422,0

2

2,0

2

2

2,0

2

2,0

30,1

122

164

1

222

24

4

Re

baabD

ababbaba

DDD

abQ

baab

L

abba

abQ

Cp

abQV

DQ

DL

DQD

Cp

Cf

feq+

=

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+

=Δ

=

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=Δ

=

ππ

ρ

μ

ρ

ρπ

μπρ

Hilang Tekan untuk Ducting Segiempat

Hilang tekan di Fitting

2

2

12

1 12 ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

AAVPloss

ρ

22

2 )11(2

−=c

loss CVP

Bentuk 2ρV2

{

43421geometri

geometri

AAVPP

AA

VV

VPVP

VDLfp

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=−

=

+=+

=Δ

12

22

2

2

2

12

121

2

1

1

2

222

211

2

ρ

ρρ

ρ

Sudden Enlargement

( ) ( )

2

2

12

1

1112222221

222

211

12

:.

22

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

−=−

++=+

AAVP

BernoulliperskeikandisubtitusmomentumPersamaan

AVVAVVAPAPtekanhilanguntukmomentumPersamaan

PVPVP

direvisiyangBernoulliPersamaan

loss

loss

ρ

ρρ

ρρρ

Sudden Contraction

( )

222

1

2

2

'1

2

2

'1

21

112

12

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

==

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

Closs

C

loss

CVP

VV

AAC

AAVP

ρ

ρ

Hilang tekan di Belokan

Branch Takeoff

( )22

14,02 ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

u

ddloss V

VVP ρ

Velocity Methode•

Kecepatan udara di main duct 5-8 m/s

•

Kecepatan di duct cabang 4-6 m/s

Optimasi

Total Cost = Biaya Investasi+ Biaya Operasi

Biaya Investasi = (ketebalan)(πD)(L)(massa jenis duct)(biaya instalasi Rp/kg)

Biaya operasi = C H Δp Q

Fan

Karakteristik Fan

Hukum Fan

1.

Variasi ω, ρ

konstanQ~ω

SP~ω2

P~ω3

2. Q konstan, ρ

variasiSP~ρ

P~ρ

3. Ρ

variasi, SP konstanQ~ ω~ P~

ρ1

ρ1

ρ1

Distribusi Udara

Distribusi Udara

BAB VII Cooling and Dehumidifying Coils

Koil pendingin digunakan untuk menurunkan temperatur udara sekaligus untuk memisahkan sebagian uap air dari udara (50C –

350C)

Terminology

•

Face area of the coil: luas penampang melintang aliran udara pada udara masuk koil

•

Face velocity of the air : laju aliran volume udara dibagi dengan luas penampang

•

Surface area of the coil : luas perpindahan panas yang kontak dengan udara

•

Number of rows of tubes : jumlah baris dalam arah aliran udara

DX (direct expansion) Coil

Chilled Water Coil

Closed and Opened System

Closed System

Opened System

Kondisi udara melalui Koil (Ideal)

Heat and Mass Transfer

Heat and Mass Transfer

( )

)(

)(.)(.

.

.

riir

iapm

c

pm

c

iapmiac

ttdAhdq

hhC

dAhdq

CdAhm

ttCmttdAhdq

−=

−=

=

−=−=

&

&

Cpm

panas jenis campuran udara dan air

Hr

konduktansi permukaan basah, logam, fin dan tube dan lapis batas fluida di dalam tube

Heat and Mass Transfer

RAA

hCh

hhtt

irpm

c

ia

ri ==−−

Jika tr

, ha

dan R diketahui ti dan hi harus dicari

ti

digunakan untuk menentukan performance koil

Heat and Mass Transfer

32 00098855,001135,07861,13625,9 iiii ttth +++=

000098855,001135,07861,13625,9 32 =++++−− iiiari ttthRt

Rt

Entalpi jenuh fungsi temperatur jenuh dari tabel A-2 untuk temperatur 20C sampai 300C:

Disubtitusikan ke persamaan sebelumnya :

Moisture Removal

( )

( ) )22

(

)22

(

2,1,212121

2,1,2121

21

ii

pm

c

ii

pm

c

WWWWCAhWWG

WWWWCAhremovawaterofRate

WWGremovalwaterofRate

+−

+=−

+−

+=

−=

−

−

Actual Coil Condition Curves

Solving for Outlet Conditions

Solving for Outlet Conditions

( )

( )2,2,

2,1,21

2,1,2,1,21

2,1,

2/

22

ii

rii

i

r

iiaa

pm

c

aa

tfh

qttt

AAAh

qhhhh

CAh

qhhG

=

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

+

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +−

+

=−

−

−

Partially Dry Coil

Coil Performance from Manufacture

BAB 9 Pengaturan AC

Fungsi Kontrol/Pengaturan•

Mengatur sistem, sehingga kondisi nyaman dapat dicapai dan dijaga di ruang yang dikondisikan.

•

Untuk memperoleh kondisi operasi peralatan yang efisien

•

Untuk melindungi peralatan dan bangunan dari kerusakan dan penghuni dari cidera.

Dari fungsi sistem pengaturan dapat disimpulkan, bahwa sistem tersebut hanya dapat mengurangi kapasitasnya (idak dapat menambah kapasitas)

Elemen Pengaturan dasar

Pada pembahasan pengaturan ini hanya didasarkan pada logika dari pada pendekatan matematika dan pada pengaturan tunak (steady) dari pada pengaturan dinamik

Pengaturan Pneumatic, Elektrik dan Elektronika

•

Beberapa tipe sensor, actuator dan perangkat keras lain untuk pengaturan adalah pneumatic, elektrik dan elektronika.

•

Tidak ada yang jelas antara pengaturan elektrik dan elektronika. Pengaturan elektronika pasti elektrik

•

Pneumatic merupakan penggunaan standar di bangunan besar.

•

Pneumatik paling banyak digunakan di bangunan besar, karena : lebih alami, mudah dipahami oleh operator dan cocok untuk menggerakkan katub dan damper.

•

Jarang ditemui pengaturan yang secara murni hanya menggunakan satu tipe saja, biasanya hybrid

Sistem Pneumatic

Alat Pengaturan Pneumatic

1.

Valves for liquids( two-way, three-way mixing, three way by pass)

2.

Valves for control air (two way solenoid, three way solenoid)

3.

Dampers to restrict the flow of air4.

Manual pressure regulator for control air

5.

Pressure regulator for working fluids6.

Differential pressure regulators

Alat Pengaturan Pneumatic7. Velocity sensors8. Thermostats9. Temperature transmitters10. Receiver-controlers11. Humidistats12. Master and submaster controllers13. Reversing relays foe control pressure14. Pressure selectors15. Pneumatic electric switches16. Freezestats

Bimetal Sensor

Direct and Reverse-Acting Thermostats

A direct acting : kenaikkan tekanan di ruang yang bertekanan 1 kPA, karena kenaikkan temperatur, sehingga bimetal menutup port katub tertutup

Reverse acting : penurunan tekanan pada ruang kontrol karena penurunan tekanankatub terbuka

Actuator

Control Valve

Three-Way Valve

Damper

Temperature Transmitter with Receiver Controller

Throttling Valve

Two-way and Three-way Valves

Three-way valve

mixing Bypass

Harga two-way valve<three-way mixing<three-way bypass

Fail-Safe Design

Kehilangan tekanan suplai udara harus diantisipasi ketika merencana sebuah sistem kontrol.

•

Heating coils : normally open valves•

Cooling coils : not crucial, either normally open or normally closed valves

•

Humidification : normally closed valves•

Outdoor-air inlet and exhaust air : Normally closed dampers

ContohPada gambar disamping (reheat system), apakah termostats yang digunakan reverse atau direct-acting, apakah normally open atau closed?

Normally open

Direct-acting

Throttling Range

•

Throttling range : sebuah range pengaturan dari beban nol sampai beban maksimum

ContohTemperature transmitter range : 10-650

C, perubahan tekanan 20 sampai 100 kPa

Gain of Receiver-Controller : 10 to 1

Spring range hot water valve :60 to 90 kPa

Hot water valve normally open

Fully Open 60 kPa

Fully closed 90 kPa range (90-60)kPa = 30 kPa

Dengan gain of the receiver-controller: 10 to 1

Pressure range from the temperature transmitter =30/10 = 3 kPa

This pressure change in the temperature transmitter corresponds to a temperatur change of

(3kPa) (65-100C)/(100-20 kPa) = 2 K

BAB X Siklus Kompresi Uap

BAB X KOMPRESOR

Jenis Kompresor

Kompresor adalah jantung mesin pendingin yang bekerja berdasarkan SIKLUS KOMPRESI UAP

Jenis Kompresor :1.

Screw

2.

Reciprocating3.

Vane

4.

centrifugal

Reciprocating Kompresor

Reciprocating Kompresor

Kecepatan : rendah (2 sampai 6 r/s) ---

tinggi (60 r/s)

KOMPRESOR

(a) tipe terbuka (b) tipe hermetik

(c) semi hermetik

Pada mesin refrigerasi rumah tangga dan komersial jenis kompresor yang biasa digunakan adalah kompresor tipe hermetik

Performansi Kompresor

•

Performansi kompresor yang penting adalah : KAPASITAS PENDINGINAN dan DAYA KOMPRESOR

Efisiensi Volumetrik

•

Efisiensi volumetrik adalah dasar untuk mempridiksi performansi sebuah kompresor.

•

Actual volumetric efficiency :

%100/,

/,3

3x

smkompresornperpindahalajusmkompresormemasukivolumealiranlaju

va =η

Pressure-volume Diagram sebuah Kompresor Ideal

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−=

==

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

−−=

−−

−=

−−

+=

−−+−

=

−=

1100

100.1100

100.1100

100.100

100.100

%100.

%100.

1

1

1

3

3

1

3

1

3

13

3

dis

sucvc

dis

suct

ntdisplaceme

suction

C

Cvc

CC

Cvc

C

Cvc

C

Cvc

C

CCvc

C

C

vvm

isentropikkompresisetelahspesifikvolumevkompresormasukspesifikvolumev

vv

VV

VVm

VV

VVV

VVVVVVVV

VVVVVV

VVVm

η

η

η

η

η

η

Performansi Ideal Kompresor

suc

vc

vxnperpindahalajuw 100η

=

Screw Kompresor

Vane Kompresor