laporan tugas akhir 2012digilib.polban.ac.id/files/disk1/95/jbptppolban-gdl-santiaziza... · selain...

Laporan Tugas Akhir 2012

Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 11

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Sistem Tata Udara[sumber : 5. http://ridwan.staff.gunadarma.ac.id]

Sistem tata udara adalah proses untuk mengatur kondisi suatu ruangan sesuai dengan

keinginan sehingga dapat memberikan rasa nyaman bagi para penggunanya. Sistem tata udara

pada umumnya dibagi menjadi dua golongan utama, yaitu :

a. Penyegaran udara untuk kenyamanan

Menyegarkan udara ruangan untuk memberikan kenyamanan kerja bagi orang yang

melakukan kegiatan tertentu.

b. Penyegaran udara untuk industri

Menyegarkan udara ruangan karena diperlukan oleh proses, bahan, peralatan atau barang

yang ada di dalamnya.

Jika seseorang berada di dalam suatu ruangan tertutup untuk jangka waktu yang lama,

maka pada suatu ketika ia akan merasa kurang nyaman, begitu juga jika kita berada pada

ruang terbuka pada siang hari dengan sinar matahari mengenai tubuh kita akan merasa kurang

nyaman. Hal ini diakibatkan dua hal utama yakni temperatur dan kelembaban udara tersebut

tidak sesuai dengan yang dibutuhkan untuk tubuh.

Perkantoran

Penyegaran udara gedung kantor diperlukan untuk memberikan kenyamanan lingkungan

kerja bagi para karyawan. Dalam banyak hal penyegaran udara itu juga diadakan untuk

melindungi peralatan kantor, sebaiknya terdapat pengatur suhu dan kelembaban atau

penyegar udara untuk setiap kelompok ruangan dengan kegiatan yang sama.

Hotel

Hotel terdiri dari ruang tamu, ruangan umum seperti ruang duduk, ruang makan dan

sebagainya. Sistem penyegaran Ruang tamu sebaiknya dilengkapi dengan pengatur suhu

dan kelembaban, dengan demikian suhu dan kelembabannya dapat disesuaikan dengan

keperluan, seperti umur, jenis kelamin dari tamu dan sebagainya.

Industri

Sistem penyegaran udara untuk keperluan industri dibagi menjadi dua golongan, yaitu

penyegaran udara untuk kenyamanan, untuk memberikan kenyamanan lingkungan kerja

bagi karyawan; dan penyegaran udara industri untuk mengatur suhu dan kelembababan dari



udara yang dipergunakan dalam proses produksi, penyimpanan, lingkungan kerja mesin,

dan sebagainya.

Rumah Sakit

Rumah sakit berbeda dari jenis bangunan lainnya, kondisi lingkungan harus dijaga supaya

tetap bersih untuk mencegah penyebaran dan berkembangnya bakteri patogenik. Oleh

karena itu ruangan yang tersedia hendaknya dibagi menjadi beberapa daerah, sedemikian

rupa sehingga tidak terjadinya pencampuran udara yang mengandung kuman penyakit.

2.2 Sistem Tata Udara Mobil

Sistem tata udara pada mobil digunakan untuk memberikan kenyamanan pada

penumpangnya, juga sangat diperlukan karena sewaktu-waktu temperatur ruangan mobil

akan meningkat tergantung pada kapasitas penumpang ataupun faktor radiasi yang masuk ke

ruangan mobil. Selain itu, panas dapat juga timbul dari panas mesin mobil dan dari

lingkungan sekitar seperti kepadatan jalan. Untuk menjaga ruangan mobil agar tetap nyaman

maka diperlukan suatu pengkondisi udara yaitu AC (Air Conditioner). Berikut adalah salah

satu komponen AC mobil yang terpasang pada Isuzu Elf ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Evaporator yang terpasang pada Isuzu Elf

Proses pengkondisian udara pada AC mobil meliputi proses pendinginan dengan

pengurangan kandungan uap air dan proses pemanasan dengan penambahan uap air. Tetapi

untuk daerah tropis, AC mobil yang digunakan hanya untuk keperluan pendinginan dan

pengurangan kandungan uap air. Dibandingkan dengan gedung, interior mobil relatif kecil.



Walau begitu, bila mobil bergerak dengan kecepatan tinggi di hari yang panas, ia harus dapat

memberikan efek pendinginan yang cukup untuk mempertahankan suhu interior pada kondisi

yang nyaman. Demikian juga bila mobil bergerak lambat di jalanan yang ramai, AC mobil

juga harus dapat memberikan kenyamanan bagi penumpangnya. Inilah bagian yang paling

krusial yang harus dipertimbangkan pada aplikasi AC mobil.

Saat ini, mobil yang dilengkapi dengan AC sudah bukan menjadi barang langka

karena tidak hanya digunakan pada mobil-mobil mewah tetapi juga digunakan pada mobil-

mobil yang sederhana. AC mobil menggunakan sistem refrigerasi yang digerakkan oleh

mesin mobil atau engine, untuk mendapatkan kenyamanan interior, dengan mengatur suhu

dan mengurangi kelembabannya Dengan demikian banyak orang yang membutuhkan

kenyamanan dalam mobil dengan adanya AC tersebut karena fungsi AC yang terpenting

adalah :

1. Dapat mengatur dan menyesuaikan suhu di dalam ruangan

2. Dapat menjaga dan mengatur kelembaban udara

3. Dapat menyaring dan membersihkan udara

Agar diperoleh kenyamanan yang sesuai maka beban yang ada dalam ruangan

kendaraan tersebut haruslah dihitung. Perhitungan beban pendinginan adalah proses yang

sangat penting dalam melakukan suatu perancangan sistem tata udara pada suatu ruangan.

Pada perhitungan beban pendinginan terdapat pembagian beban secara umum, yaitu beban

eksternal yang terdiri dari beban melalui dinding, atap, lantai dan kaca, kemudian beban

internal yang terdiri dari beban manusia, peralatan/mesin, serta penerangan di ruangan

kendaraan tersebut. Selain beban eksternal dan internal, terdapat beban penting lainnya, yaitu

beban ventilasi dan beban infiltrasi.

2.3 Beban Pendinginan

2.3.1 Beban Eksternal

Beban eksternal adalah bagian beban ruangan yang timbul akibat adanya

pengaruh eksternal terhadap ruangan yang dikondisikan. Beban eksternal umumnya

berupa beban sensibel yang berasal dari luar ruangan, beban pendinginan sumber

eksternal terdiri atas beban kalor yang ditimbulkan oleh dinding, atap, kaca, dan lantai.



a. Beban kalor yang ditimbulkan oleh dinding

Qdinding = U x A x CLTDcorr (2.1)

CLTDcorr = (CLTD + LM) x k + (78 – Tr) + (To – 85) (2.2)

Keterangan:

Qdinding = Besarnya kalor dinding radiasi matahari (Btu/hr)

U = Koefisien perpindahan kalor untuk dinding (Btu/hr.ft².°F)

A = Luas dinding yang terkena radiasi matahari (ft²)

CLTD = Cooling Load Temperature Difference (°F)

LM = Latitude Month

k = Koefisien warna dinding

CLTDcorr = Cooling Load Temperature Difference Corrected (°F)

Tr = Temperatur rancangan (°F)

To = Temperatur udara luar (°F)

b. Beban kalor melalui atap

Qatap = U x A x CLTDcorr (2.3)


Keterangan:

Qatap = Besarnya kalor yang diterima atap akibat radiasi matahari (Btu/hr)

U = Koefisien perpindahan kalor untuk atap (Btu/hr.ft².°F)

A = Luas atap yang terkena radiasi matahari (ft²)


LM = Latitude Month







c. Beban kalor melalui lantai

Qlantai = U x A x TD (2.5)

Keterangan:

Qlantai = Besarnya kalor yang diterima lantai (Btu/hr)

U = Koefisien perpindahan kalor untuk lantai (Btu/hr.ft².°F)

A = Luas lantai (ft²)

TD = Beda temperatur antara temperatur luar dan dalam ruangan (°F)

d. Beban kalor melalui kaca

Qkaca = U x A x CLTDcorr (2.6)


Keterangan:

Qkaca = Besarnya kalor yang diterima kaca (Btu/hr)

U = Koefisien perpindahan kalor untuk kaca (Btu/hr.ft².°F)

A = Luas kaca yang terkena radiasi matahari (ft²)


LM = Latitude Month





e. Beban kalor melalui kaca secara radiasi

Qkr = A x SHGF x CLF x SC (2.8)

Keterangan:

Qkr = Besarnya kalor yang diterima kaca akibat radiasi matahari (Btu/hr)

A = Luas kaca yang terkena radiasi matahari (ft²)

SHGF = Maximum Solar Heat Gain Factor sun (Btu/hr.ft².°F)

CLF = Cooling Load Factor

SC = Shading Coefficient



2.3.2 Beban Internal

Beban internal adalah beban yang berasal dari dalam ruangan, beban pendinginan

sumber internal terdiri atas beban kalor yang ditimbulkan oleh manusia, peralatan/mesin,

dan penerangan. Diantara komponen beban internal tersebut, lampu adalah komponen

yang menghasilkan beban sensibel murni. Orang dapat menghasilkan beban sensibel dan

laten. Peralatan ruangan dan mesin dapat menghasilkan beban sensibel saja atau sensibel

dan laten, tergantung dari jenis alat dan mesinnya.

a. Beban kalor oleh manusia secara sensibel

Tubuh manusia menghasilkan kalor melalui proses metabolisme, melepaskannya

ke ruangan dengan cara radiasi dari kulit atau pakaian dan secara konveksi dan

evaporasi ersifat laten, lainnya bersifat sensibel. Beban kalor oleh manusia dapat

dihitung dengan :

Qms = CLF x n x SHG (2.9)

Keterangan :

Qms = Besarnya kalor yang dihasilkan oleh manusia (Btu/hr)

n = jumlah orang


SHG = Sensible Heat Gain

b. Beban kalor oleh manusia secara laten

Qml = n x LHG (2.10)

Keterangan

Qml = Besarnya kalor yang dihasilkan oleh manusia (Btu/hr)

n = jumlah orang

LHG = Laten Heat Gain

c. Beban kalor yang ditimbulkan oleh peralatan

Qpl = n x A x CLF (2.11)

Keterangan :

Qpl = Besarnya kalor yang dihasilkan oleh peralatan (Btu/hr)

n = jumlah peralatan

A = Heat Gain from Typical Electric Motors (Btu/hr)

CLF = Cooling Load FactorBeban kalor yang ditimbulkan oleh peralatan



d. Beban kalor yang dihasilkan dari penerangan

Energi listrik yang dicatukan ke lampu akan menghasilkan cahaya dan panas.

Sebagian energi ini akan mengalir secara konveksi ke dalam ruangan dan akan

menimbulkan beban sensibel. Beban kalor yang dihasilkan dari penerangan dapat

dihitung dengan :

Qlampu = 3.14 x n x P x CLF (2.12)

Keterangan :

Qlampu = Besarnya kalor yang dihasilkan oleh penerangan/lampu (Btu/hr)

n = Jumlah lampu

P = Daya total dari lampu (Watt)


2.3.3 Beban Ventilasi dan Infiltrasi

a. Beban Ventilasi

Beban ventilasi adalah beban yang disebabkan oleh masuknya udara luar ke

dalam ruangan dengan disengaja untuk mempertahankan kesegaran udara ruangan dan

menjaga agar ruangan tak berbau. Beban ventilasi dihitung dengan:

Qs = 1.10 x (CFM x jml.orang) x ∆T (2.13)

Ql = 4840 x (CFM x jml.orang) x ∆W (2.14)

Keterangan :

Qs = Kalor Sensibel yang dihasilkan (Btu/hr)

Ql = Kalor Laten yang dihasilkan (Btu/hr)

∆T = Perbedaan Temperatur Luar dengan Ruangan (0F)

∆W = Perbedaan rasio kelembaban udara luar dengan ruangan (lb/lb)

CFM = Debit udara yang dibutuhkan untuk setiap orang

b. Beban Infiltrasi

Beban infiltrasi adalah beban yang disebabkan oleh masuknya udara luar ke

dalam ruangan tanpa disengaja melalui celah-celah atau bukaan-bukaan yang ada pada

dinding jendela, pintu, dan lain-lain Beban infiltrasi didapat dengan :

Qs = 1.10 x CFM x ∆T (2.15)

Ql = 4840 x CFM x ∆W (2.16)



Keterangan :

Qs = Kalor Sensibel yang dihasilkan (Btu/hr)

Ql = Kalor Laten yang dihasilkan (Btu/hr)

∆W = Perbedaan rasio kelembaban udara luar dengan ruangan (lb/lb)

CFM = Debit udara yang dibutuhkan untuk setiap orang

2.3.4 Perhitungan Beban Total

Beban total yang didapatkan terdiri atas beban kalor sensibel ruangan (RSHG),

beban laten ruangan (RLHG), beban sensibel dan laten ventilasi, beban sensibel dan laten

infiltrasi, serta beban tambahan dari sistem pada setiap jam operasi.

Beban sensibel ruangan terdiri dari : RSHG = Kalor dinding + kalor atap + kalor kaca + kalor sensibel penghuni + kalor

penerangan + kalor sensibel peralatan + kalor sensibel infiltrasi (2.17) OASH = Kalor sensibel ventilasi (2.18) TSH = RSHG + OASH (2.19)

Beban laten ruangan terdiri dari : RLHG = Kalor laten orang + kalor laten peralatan + kalor laten infiltrasi (2.20) OALH = Kalor laten ventilasi (2.21) TLH = RLHG + OALH (2.22)

Beban total ruangan : GTH = TSH + TLH (2.23)

2.4 Komponen Utama Sistem AC Mobil

Komponen utama sistem refrigerasi pada AC mobil hampir sama dengan sistem

refrigerasi kompresi uap pada umumnya, yaitu terdiri dari kompresor, kondensor, evaporator,

katup ekspansi dan magnetic clutch. Gambar 2.2 menunjukkan sistem refrigerasi AC mobil

pada umumnya.



Gambar 2.2 Sistem Refrigerasi AC Mobil

(sumber : http://buslovers.com/air-conditioner/)

2.4.1 Kompresor

Kompresor merupakan komponen paling penting dalam sistem refrigerasi

kompresi uap. Fungsi kompresor tersebut adalah untuk menekan refrigeran sehingga

terjadi kenaikan tekanan di kondensor dan untuk mensirkulasikan refrigeran dalam

sistem.

Tenaga penggerak kompresor untuk mensirkulasikan refrigeran refrigeran

berasal dari tenaga mesin. Kompresor dapat berputar seirama dengan putaran mesin

lewat perantara belt, pulley dan magnetic clutch. Kompresor yang sering digunakan

untuk mesin mobil adalah tipe swash plate seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Kompresor Tipe Swash Plate

(sumber : http://kelaten.blogspot.com/2011/10/ac-mobil.html)



Pada kompresor jenis swash plate, gerakan piston diatur oleh swash plate pada

jarak tertentu dengan 6 atau 10 jumlah silinder. Ketika salah satu pada sisi piston

melakukan langkah tekan, maka sisi yang lainnya melakukan langkah hisap.

2.4.2 Kopling Magnet (Magnetic Clutch)

Kopling magnet digunakan untuk menghubungkan dan memutuskan hubungan

kompresor ke mesin. Komponen dari kopling magnet adalah :

Stator, berupa gulungan magnet yang dipasang pada housing kompresor

Rotor, yang menghubungkan crank shaft mesin dengan perantara v-belt

Pressure plate, yang dipasang secara fixed pada crank shaft kompresor

Gambar 2.4 merupakan contoh magnetic clutch yang biasa digunakan pada mobil

Isuzu Elf.

Gambar 2.4 Magnetic Clutch Isuzu Elf

(sumber : http://kelaten.blogspot.com/2011/10/ac-mobil.html)

Pada saat mesin beroperasi, puli berputar karena dihubungkan ke crank shaft

menggunakan belt, tetapi kompresor tidak bekerja sebelum magnetic clutch diberi arus

listrik. Ketika sistem AC on, amplifier memberi arus ke koil stator. Selanjutnya medan

elektromagnet yang terbentuk menarik pressure plate dan menekan permukaan gesek

pada puli. Hal ini menyebabkan pressure plate berputar mengikuti putaran puli lalu

memutar kompresor.



2.4.3 Kondensor

Fungsi dari kondensor adalah melepaskan kalor dari refrigeran sehingga refrigeran

berubah fasa dari uap menjadi cair. Kalor yang dilepas di kondensor berasal dari kalor

yang diserap di evaporator dan kalor akibat kompresi. Sejumlah besar panas dilepaskan

ke udara bebas melalui kondensor. Hal ini akan mempengaruhi efek pendinginan di

evaporator. Untuk itu kondensor dipasang di bagian depan untuk mendapatkan

pendinginan oleh radiator dan udara yang lewat saat kendaraan bergerak. Fungsi dari

kondensor mirip dengan radiator yang mendinginkan air pada mesin mobil. Kondensor

yang digunakan pada Isuzu Elf ditunjukkan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Kondensor pada AC Mobil

2.4.4 Evaporator

Evaporator merupakan tempat perpindahan kalor antara refrigeran dan ruang atau

bahan yang akan didinginkan. Di evaporator, terjadi proses evaporasi yakni refrigeran

mengalami perubahan fasa dari cair menjadi uap.

Panas udara di sekitar kabin di serap oleh evaporator saat melewati sirip-sirip

pipanya sehingga saat keluar udara berubah menjadi dingin.

Tipe-tipe evaporator yang digunakan di dalam sistem tata udara kendaraan ada 3

macam, yaitu :

Tipe plate fin

Tipe serpentine fin

Tipe drawn cup



Gambar 2.6 menunjukkan evaporator jenis plate fin type yang digunakan pada

mobil Isuzu Elf.

Gambar 2.6 Evaporator pada AC Mobil

2.4.5 Katup Ekspansi

Komponen ini berfungsi mengatur laju aliran refrigeran yang masuk ke evaporator

dari liquid line sehingga sesuai dengan laju penguapan refrigeran di evaporator dan juga

untuk menurunkan tekanan dan temperatur refrigeran sehingga menimbulkan efek dingin

pada evaporator sebelum di hembuskan ke ruang kabin. Gambar 2.7 merupakan contoh

katup ekspansi pada mobil.

Gambar 2.7 Katup Ekspansi pada AC Mobil

(sumber : http://teachintegration.wordpress.com)



Katup ekspansi yang banyak dipakai untuk AC mobil adalah katup ekspansi

termostatik dengan penyama tekanan dalam (external equalizer). Tekanan dari tabung

sensor termal menekan bagian atas diafragma dan berusaha membuka lubang katup. Dari

bagian bawah diafragma menekan pegas pengatur superheat dari tekanan refrigeran dari

bagian masuk evaporator yang berusaha menutup lubang katup ekspansi.

laporan tugas akhir 2012digilib.polban.ac.id/files/disk1/95/jbptppolban-gdl-santiaziza... · selain...

Documents