dasar psikrometrik
TRANSCRIPT
DASAR PSIKROMETRIK
Isi perkuliahan :Isi perkuliahan :Menjelaskan komposisi dan sifat-sifat
termodinamika udara.Menjelaskan konstruksi diagram
psikrometrik.Menjelaskan cara mencari propertis
termodinamika udara pada diagram psikrometrik.
Untuk apa Mempelajari PsikrometriUntuk apa Mempelajari Psikrometri• Psikrometrik mengkaji sifat-sifat termodinamika
udara atmosfer untuk mengendalikan kondisi udara ruangan.
• Udara terdiri dari campuran gas-gas di dalam udara (udara kering) dengan uap air.
• Temperatur dan kandungan uap air yang terdapat di dalam udara (kelembaban udara) mempunyai pengaruh yang signifikan tehadap kenyamanan bagi manusia dalam melakukan kegiatan, berpengaruh pada material dan juga berpengaruh pada kegiatan suatu proses serta produk yang dihasilkan
Untuk apa Mempelajari PsikrometriUntuk apa Mempelajari PsikrometriTemperatur , kelembaban udara , jumlah udara yang dipasok
ke ruangan pada sistem tata udara harus dikendalikan (dipertahankan pada kondisi tertentu).
Kalor dan kelembaban udara yang berlebihan, akibat dari kondisi udara ambien, pengaruh proses dan penghuni yang berada di dalam ruangan.
Kalor dan kelembaban udara yang berlebihan didalam ruangan yang harus dikeluarkan disebut dengan beban pendinginan.
Membuang kalor dan kelembaban udara yang berlebihan dalam upaya mempertahankan kondisi udara ruangan dianalisis dengan psikrometri untuk menentukan kondisi dan kapasitas koil.
Untuk apa Mempelajari PsikrometriUntuk apa Mempelajari Psikrometri
• Dari data kondisi (parameter psikrometri) dan kapasitas koil pendingin akan dipilih kapasitas mesin pendingin.
• Memilih sistem dan kontrol tata udara dimulai dari analisis psikrometri terhadap beban pendinginan parsial.
• Penyebab gangguan pada sistem tata udara dapat ditelusuri dengan analisis psikrometri.
• Dengan demikian tanpa penguasaan terhadap materi psikrometri akan mengalami kesulitan dalam mempelajari sistem tata udara berikutnya.
Contoh peralatan pengendali udara Contoh peralatan pengendali udara ruangan (Air Conditioning)ruangan (Air Conditioning)
ada unit pengolah udaraada chillerada cooling tower
Sistem Tata Udara Sistem Tata Udara
AC pada ruang pengolah dataAC pada ruang pengolah data
AC pada ruangan pemintalan benang AC pada ruangan pemintalan benang (Air Washer)(Air Washer)
AC untuk Proses pada Industri AC untuk Proses pada Industri
Suplai udara yang sudah dikondisikan Suplai udara yang sudah dikondisikan ke ruanganke ruangan
Konversi satuanKonversi satuan
1inchi1inchi1 foot1 foot1 foot1 foot1 yard1 yard1 cubic foot1 cubic foot1 quart1 quart1 gallon1 gallon1 ounce1 ounce1 pound1 poundCelciusCelcius1 kg1 kg1 pound force1 pound force1 psi1 psi1 lb/sq.ft1 lb/sq.ft1 kcal1 kcal1 btu1 btu1
25,425,40,30480,304812120,91440,91440,2830,2830,9460,9463,7853,78528,3528,350,45360,4536(F – 32)/1,8(F – 32)/1,89,807 9,807 4,448 4,448 6895689547,8847,883,973,972522521
mmmmmminchiinchimmm3m3literliterliterlitergrgrkgkg
NNN N PaPaPaPabtubtucalcal1
==
Konversi satuanKonversi satuan
1 in water1 in water1 feet water1 feet water1 in Hg1 in Hg1 lb/sq.ft.1 lb/sq.ft.1 btu1 btu1 btu/hr1 btu/hr1 HP1 HP1 TR1 TR1 TR1 TR1 in21 in21 ft21 ft21 ft/s1 ft/s1 ft/min1 ft/min1 gpm1 gpm1 btu/lb1 btu/lb
PaPaPaPaPaPaKg/m3Kg/m3JJWWWWbtu/hrbtu/hrWWmm2mm2m2m2m/sm/sm/sm/sl/sl/skJ/kgkJ/kg
249,1249,1298929893386338616,02.16,02.1,0551,0550,29310,293174674612000120003,5163,516654,2654,20,09290,09290,30480,30480,005080,005080,0630,0632,3262,326
==
Pada sistem tata udara , udara yang terdapat dalam atmosfir pada permukaan bumi khususnya dalam lingkungan di dalam ruangan menjadi fokus perhatian
Udara akan mengalami proses treatment secara termal dan sekaligus sebagai media pembawa panas
Diperlukan pengkajian terhadap sifat-sifat termal udara yang dikenal dengan istilah psikrometrik
Komposisi udaraKomposisi udara
Udara atmosfer terdiri atas• Udara kering• Kelembaban, dalam bentuk uap air• Partikel pengotor: debu, asap, gas
Komposisi udara kering• Nitrogen: 78%• Oksigen: 21%• Karbon diokside: 0.03% (variabel)• Gas lain: 0.96%
Temperatur dan tekanan udara atmosfer bervariasi terhadap ketinggian pada permukaan bumi ( altitude ).
Temperatur dan tekanan standart ( US standart atmosphere ) merujuk pada basis permukaan laut (sea level) dengan temperatur standar 15ºC, tekanan standar 101,325 kPa dan gravitasi 9,80665 m/s².
Pengaruh altitude (hingga ketinggian10.000 m) terhadap tekanan
p = 101,325Pengaruh altitude terhadap temperatur
(hingga ketinggian 10.000 m) t = 15 – 0,0065 Z p = tekanan barometrik ( kPa) t = temperatur ( ºC ) Z = altitude ( m )
1. Suatu tempat barada 500 m di atas permukan laut, hitung tekanan barometrik dan penurunan temperatur pada ketinggan tempat tersebut.
• Penyelesaian : p = 101,325 Z = 500 m p = 101,325 p = 95,46 kPa t = 15 - 0,00 65 Z t = 15 - 0,0065 ( 500) t = 15 - 3,9 ºC t = 11,1 ºC
Temperatur udaraTemperatur udara• Temperatur tabung kering (dry bulb
temperature, TDB ) didefinisikan sebagai temperatur udara yang terukur oleh termometer biasa dengan sensor kering.
• Temperatur tabung basah (wet bulb temperature,TWB) didefinisikan sebagai temperatur jenuh uap air dalam udara yang terukur oleh termometer biasa dengan sensor yang dibalut dengan kasa basah
• Untuk mengurangi pengaruh radiasi dari lingkungan pada pengukuran temperatur bola kering, dan temperatur bola basah, sensor bulb harus dialiri udara dengan kecepatan di atas 5 m/s. Aliran udara berfungsi untuk memperoleh temperatur jenuh penguapan pada permukaan sensor basah.
• Temperatur udara dinyatakan dalam C atau F⁰ ⁰
Peletakan termometer dalam satu wadah kompak untuk pengukuran temperatur bola kering dan temperatur bola basah yang dialiri udara berkecepatan dengan tuas yang dapat diputar disebut dengan sling psikrometer
Sling psikrometrikSling psikrometrik
Rasio keleRasio kelemmbabanbaban/ / kadar uap air kadar uap air (moisture(moisture content )content )// kelembaban absolut kelembaban absolut (absolute (absolute humdity) humdity) //kelembaban spesifik (specific kelembaban spesifik (specific humidity)humidity), , (kgω (kgω vv /kg /kgaa) )
didefinisikan sebagai perbandingan antara massa parsial uap air dengan massa udara kering yang terdapat dalam udara atmosfir.
ω = mv/ma
• untuk udara kering : Pa Va = ma Ra Ta,
• untuk uap air : Pv Vv = mv Rv Tv
• dari Hukum Dalton : Va = Vv dan Ta = Tv
atau mv = Pv / Rv dan ma = Pa / Ra
Nilai Ra = 287,055 J/ (kg K)
Nilai Rv = 461,520 J/( kg K),
ω = 0,622 pv/ pa
Hk. Dalton : p = pa + pv,
= 0,622 pω v/( p – pv)
Mencari Pv dengan rumus Carrier
Pv = pg,w –
p = tekanan udara barometrik
pv = tekanan parsial uap air
pgw = tekanan jenuh uap air pada temperatur Twb
Tdb = temperatur bola kering udara C atau F ⁰ ⁰
Twb = temperatur bola basah C atau F ⁰ ⁰
Kw = 2800 untuk temperatur pada F⁰ = 1537,8 untuk temperatur pada C⁰
Temperatur pengembunan ( dew point ) , Tdp
temperatur ketika uap air mulai mengembun jika udara didinginkan pada tekanan konstan atau temperatur jenuh pada tekanan parsial uap air,
Pengembunan air pada dinding Pengembunan air pada dinding soda cansoda can
Kelembaban relatif (Relative humidity), RH
Kelembaban relatif, RH ( %) didefinisikan sebagai perbandingan antara tekanan parsial uap air dengan tekanan uap air jenuh pada temperatur yang sama.
RH = pv / pg,db ]T x 100 % [%]
pv = tekanan parsial up air ( kPa )
pg,db = tekanan jenuh uap air ( kPa ) pada tabel uap jenuh
Mencari pg dengan rumus ln pg = C8 /T +C9 + C10T +C11T2 + C12T3 + +
C13 lnT C8 = -5.8002206 x 10 3
C9 = 1.3914993 C10 = -4.8640239 x 10-2
C11 = 4.1764768 x 10-5 C12 = -1.445 2093 x 10-8 C13 = 6.5459673 pg = tekanan jenuh uap air (kPa) T = temperatur uap air (K)
pg dapat dicari dari tabel uap jenuh pada temperatur jenuh
2. Diketahui : Tdb = 30 C ; P⁰ barometrik = 101,325 kPa Twb = 25 C⁰
Cari : a. pw,g
b. Pv
3. Diketahui : Tdb = 30 C dan T⁰ wb = 25 ⁰ Cari : a. Pv
b. RH
T⁰C 10 15 20 25 30 35
pg kPa 1,288 1,7055 2,3388 3,1692 4,246 5,6278
Entalpi spesifik udara, h Entalpi spesifik udara (kJ/kga ) adalah kandungan
energi kalor yang terdapat dalam udara dan merupakan penjumlahan entalpi udara kering, ha dengan entalpi uap air, hv .
H = Ha + Hv
H = m h h ma = ha ma + hv mv
h = ha + hv mv/ma
h = ha + hω v
ha = cp,a Tdb
hv = hg (T= 0 C)⁰ + cp,v Tdb
hv = 2501 + cp,v Tdb
cp,a = 1,006 kJ/kgK cp,v = 1,86 kJ/kgK
h = 1,006 Tdb + (2501 + 1,8ω 6 Tdb )
H = entalpi total udara (kJ/K) Ha = entalpi udara kering (kJ) Hv = entalpi total uap air (kJ)
h = entalpi spesifik udara (kJ/kg ) ha = entalpi spesifik udara kering (kJ/kg) hv = entalpi spesifik uap air (kJ/kgK cp,a = kalor spesifik udara = 1 (kJ/kgK) cp,v = kalor spesifik uap air (kJ/kgK) ω = rasio kelembaban udara (kgv/kga) Tdb = temperatur bola kering udara ( C)⁰ 2501= entalpi uap air jenuh kering pada 0 C (kJ/kg⁰ )
Volume spesifik udara, υ Volume spesifik udara didefinisikan sebagaiυ
volume udara dibagi dengan massa udara kering. hukum Dalton : volume udara, V = volume udara kering ,Va =
volume uap air, Vv
persaman gas ideal : = υ υa = =
Ra = konstanta gas udara kering = 287,055 J/ (kg K). T = temperatur udara (K) p = tekanan udara barometrik (kPa) pa = tekanan parsial udara kering (kPa) pv = tekanan parsial uap air (kPa) (pv pake rumus
carrier)
CONTOHTemperatur bola kering udara ruangan tdb adalah
30 C, temperatur bola basah 25⁰ 0C dan tekanan udara barometrik 100 kPa. Dengan mengunakan tabel uap jenuh , hitung :
tekanan jenuh uap air dalam udara, pg (kpa), pg.w
(kPa)tekanan parsial uap air,pv (kpa)temperatur pengembunan , tdp
rasio kelembaban udara, ωvolume spesifik udara, (mυ 3/kga)entalpi udara, h ( kJ/kga)
a. Temperatur bola kering udara, tdb = 30 ºC Temperatur bola basah twb = 250C Dari tabel uap air jenuh, untuk temperatur jenuh tg = 30 ºC, diperoleh pg,db = 4,24 kPa tg, w = 250C, diproleh pg,wb = 3,169 ka
b. Pv = pg,w –
= 3,169 – = 2,85 kPa
c. Dari tabel uap, untuk pv,g = 2,85 kPa, tg,pv = tdp = 23 0C
-
d. Rasio kelembaban udara, ω =ω =
= 0,0182 kgv/kga = 18,2 gv/kg
e. Volume spesifik udara, υ
=υ = 0,895 m3/kga
f. Entalpi udara h h = 1,006 t + ( 2500 + 1,805 t ω ) h = (1,006) 300 +0,0182 { 2501 + 1,805 ( 30º)} h = 77,43 kJ/kga
SOALTemperatur bola kering udara ruangan tdb adalah
30ºC, kelembaban relatip RH sebesar 50% dan tekanan udara barometrik 100 kPa. Dengan mengunakan tabel uap jenuh , hitung :◦ tekanan jenuh uap air dalam udara, pg (kpa)
◦ tekanan parsial uap air,pv (kpa)
◦ temperatur pengembunan , tdp
◦ rasio kelembaban udara, ω◦ volume spesifik udara, (mυ 3/kga)
◦ entalpi udara, h ( kJ/kga)
Konstruksi diagram psikrometrik
AIRAH (Australian Institut of Refrigeration, Air Conditioning and Heating ) memberikan contoh membuat diagram psikrometrik.
1. Data awal yang diperlukan tdb.
2. Cari nilai tekanan jenuh uap air (dari tabel uap air). 3. Hitungan harga rasio kelembaban udara pada kondisi jenuh, ωg.
4. Cari harga RH = 100% (kondisi jenuh). 5. Cari harga volume spesifik,ν dan entalpi , h untuk kondisi RH = 100 % . 6. Hitung ωg ,RH ν, Twb dan h untuk kondisi RH 50%,
Tabelkan.
Langkah ke 1 , plot temperatur tdb pada sumbu mendatar, buatkan skala 2 cm untuk setiap 5 C⁰ . Plot ω pada sumbu tegak pada sebelah kanan dengan menarik skala 2 cm untuk 5 gv/kga.
Langkah 2 : plot garis jenuh atau garis RH = 100% , merupakan pertemuan garis tdb dengan rasio kelembaban pada kondisi jenuh untuk semua titik Tdb.
Langkah 3 : plot pada setiap titik tdb
dengan masing- masing harga rasio kelembaban pada 50% RH untuk meperoleh garis RH = 50%
Langkah ke 4 : temperatur pengembunan, merupakan titik pertemuan antara garis horisontal dengan garis jenuh dan pertemuan antara garis horisontal dengan garis vertikal menunjukkan nilai tertentu rasio kelembaban.
Langkah ke 5 : plot gais Twb, dari temperatur jenuh menuju temperatur twb pada 50% RH hingga mencapai batas garis horisontal atau garis vertikal.
Langkah ke 6: tarik garis entalpi dari garis jenuh memotong garis 50% RH hingga ke batas garis horisontal dan garis vertikal. Pembuatan skala pembacaan entalpi spesifik berada di luar garis dan kurva diagram.
• Untuk memperoleh hasil yang lengkap dari diagram psikrometrik dibuat garis-garis skala Tdb, Twb, dan Tdp untuk setiap rentang 1ºC,
• buat garis skala kelembaban untuk setiap rentang 1 gv/kga,
• buat garis skala kelembaban relatif RH untuk setiap rentang 10%,
• buat garis skala entalpi spesifik untuk setiap rentang 1 kJ/kga
• uat skala volume spesifik untuk setiap rentang 0,25 m3/kg,
• petakan secara lengkap nilai-nilai menjadi diagram psikrometrik.
Diagram PsikrometriDiagram Psikrometri
Diagram PsikrometriDiagram Psikrometri
Cara membaca diagram psikrometriCara membaca diagram psikrometri
Psikromertik terdiri dari 7 (tujuh) variabel atau sifat-sifat udara yang dipetakan pada diagram pada tekanan udara standar : Tdb, Twb, Tdp, , RH, danω υ h.
Dibutuhkan masukan/ data dua variabel untuk mencari variabel lainnya.
Pertemuan antar kedua garis variabel yang diketahui menghasilkan suatu titik , disebut dengan titik kondisi.
Untuk mempermudah pembacaan diagram psikrometrik diurutkan cara membaca masing-masing garis variabel psikrometrik yang terdapat pada diagram.
1. G1. Garis aris kedudukan kedudukan temperatur bola kering temperatur bola kering TTdbdb
2. Garis kedudukan temperatur bola basah T2. Garis kedudukan temperatur bola basah Twwbb
3. G3. Garis aris kedudukan kedudukan rasio kelembaban ωrasio kelembaban ω
4. G4. Garis pengembunan aris pengembunan TTdpdp
5. K5. Kurva kelembaban relatiurva kelembaban relatiff RH RH
6. G6. Garis aris kedudukan kedudukan volume spesifik υvolume spesifik υ
7. G7. Garis aris kedudukan kedudukan entalpi spesifik h entalpi spesifik h
Membaca besaran pada diagram Membaca besaran pada diagram PsikrometrikPsikrometrik
Gunakan Karta Psikrometri1. Udara ruang memiliki temperatur 25⁰ CDB
dan 50% RH, tentukan : a. Kelembaban spesifik (rasio
kelembaban, ω b. Temperatur bola basah, Twb c. Temperatur (titik) embun, TDP
d. Volume spesifik, υ e. Entalpi, h
•
TDB = 25 C⁰
RH = 50%
TWB = ⁰C
?
TDP = ⁰C v = m³/kga h = kJ/kga
?
?
?
?
ω = gv/kga
•
TDB = 25⁰CRH = 50%
TWB = ⁰C
?
TDP = ⁰C v = m³/kga h = kJ/kga
?
?
?
?
ω = gv/kga
2. Temperatur tabung kering udara ruangan 35 C⁰ dan 27 C tabung basah, tentukan :⁰ a. Kelembaban relatip,RH b. Kelembaban spesifik, ω = gv/kga
c. Temperatur embun, TDP
d. Volume spesifik, ν e. Entalpi, h = kJ/kga
•
TDB = 35 C ⁰
TWB = 27 ⁰
Gunakan Karta PsikrometriGunakan Karta Psikrometri3. Kelembaban relatip udara ruangan 100%,
dan TDB = 30 C, cari :⁰ a. Temperatur tabung basah,TWB
b. Kelembaban spesifik, ω c. Temperatur embun, TDP
d. Volume spesifik, υ e. Entalpi, h
•
TDB =30⁰C
RH = 100%
