Psikometri

1. Prinsip Dasar Pengkondisian Udara

Untuk mencapai kenyamanan, kesehatan dan kesegaran hidup dalam rumah tinggal atau bangunan – bangunan bertingkat, khususnya di daerah beriklim tropis dengan udara yang panas dan tingkat kelembaban tinggi, diperlukan usaha untuk mendapatkan udara segar baik udara segar dari alam dan aliran udaran buatan. Udara yang nyaman mempunyai kecepatan tidak boleh lebih dari 5 km/jam dengan suhu/ temperatur kurang dari 30°C dan banyak mengandung O2.

Daerah di Indonesia kebanyakan kurang memberikan kenyamanan karena udaranya panas (23 -34°C), kotor (berdebu, berasap) dan angin tidak menentu, khususnya pada bangunan tinggi dimana angin mempunyai kecepatan tinggi. Karena keadaan alam yang demikian, maka diperlukan suatu cara untuk mendapatkan kenyamanan dengan menggunakan alat penyegaran udara (air condition).

Pengkondisian udara adalah perlakuan terhadap udara untuk mengatur suhu, kelembaban, kebersihan dan pendistribusiannya secara serentak guna mencapai kondisi nyaman yang diperlukan oleh orang yang berada di dalam suatu ruangan. Atau dapat didefinisikan suatu proses mendinginkan udara sehingga mencapai temperatur dan kelembaban yang ideal. Sistem pengkondisian udara pada umumnya dibagi menjadi 2 golongan utama :

• Pengkondisian udara untuk kenyamanan kerja

• Pengkondisian udara untuk industri

Sistem pengkondisian udara untuk industri dirancang untuk memperoleh suhu, kelembaban dan distribusi udara yang sesuai dengan yang dipersyaratkan oleh proses serta peralatan yang dipergunakan di dalam ruangan. Dengan adanya pengkondisian udara ini, diharapkan udara menjadi segar sehingga karyawan dapat bekerja dengan baik, pasien di rumah sakit menjadi lebih nyaman dan penghuni rumah tinggal menjad

1.b. Komposisi utama sistem pengkondisian udara

Gambar 9.1. Sistem pengkondisian udara

Gambar 9.1. memperlihatkan komponen utama dari skema sistem pengkondisian. Komponen sistem pengkondisian udara adalah: sistem pembangkit kalor, mesin refrigerasi, menara pendingin dan ketel uap sistem pipa: pipa air dan pipa refrigerasi dan pompa pengkondisian udara: saringan udara, pendingin udara, pemanas udara dan pelembab udara sistem saluran udara: kipas dan saluran udara

Komponen AC yang dilalui sirkkulasi udara

• Fan (kipas udara) menggerakkan udara dari atau ke dalam ruangan. Udara yang dialirkan fan dapat berupa udara luar, udara ruangan atau gabungan dari udara luar dan udara ruangan. Jumlah aliran udara dan kecepatan udara harus diatur, agar memperoleh sirkulasi udara yang baik
• Supply Duct (saluran udara keluar): untuk saluran udara dingin dari fan ke dalam ruangan
• Supply out let (lubang keluar): untuk megatur arah aliran udara dari fan, sehingga udara terdistribusi ke seluruh ruangan. Untuk kenyamanan, jumlah out let turut menentukan
• Ruangan yang didinginkan: ruangan harus tertutup, sehingga udara dingin dalam ruangan tidak terbuang keluar dan udara luar tidak masuk ke dalam ruangan.

Gambar 9.2 Diagram sistem pengkondisian udara

Prinsip pengkondisian udara adalah kondisi udara dalam ruangan dapat dalam keadaan sangat dingin, panas, lembab, kering, kecepatan udara tinggi atau tidak ada gerakan udara. Udara dingin digerakkan oleh Fan masuk reducting (saluran udara) dan melalui out let (lubang keluar) udara masuk ke dalam ruangan. Udara dari dalam ruangan kembali ke return out let (grile/ lubang isap) masuk ke ducting return (saluran kembali) dan melalui filter untuk pembersihan udara masuk melewati celah-celah/ permukaan coil evaporator (koil pendinginan) dan kemb

1.b. Komposisi utama sistem pengkondisian udara

Gambar 9.1. Sistem pengkondisian udara Proses yang terjadi pada udara dapat diganbarkan dalam bagan psikrometrik guna menjelaskan perubahan sifat-sifat udara yang penting seperti suhu, asio kelembaban dan entalpi dalm proses-proses tersebut. Beberapa proses dasar dapat ditunjukkan sebagai berikut a. Proses Pemanasan dan pendinginan Proses pemanasan dan pendinginan diartikan sebagai laju perpindahan kalor yang hanya disebabkan oleh perubahan suhu bola kering. Gambar 9.4. menunjukkan suatu perubahan suhu bola kering tanpa ada perubahan rasio kelembaban. Gambar 9.4. Pemanasan dan pendinginan sensibel b. Pelembaban adiabatik dan non adiabatik Gambar 9.5. menunjukkan proses pelembaban yang dapat bersifat adiabatik (proses 1-2) atau dengan penambahan kalor (proses 1-3). Gambar 9.5. Proses pelembaban udara c. Pendinginan dan pengurangan kelembaban Proses ini menurunkan suhu bola kering dan rasio kelembaban (Gambar 9.6). Proses ini terjadi pada koil pendingin atau alat penurun kelembaban. Gambar 9.6. Pendinginan dan penurunan kelembaban d. Pengurangan kelembaban kimiawi Pada proses kimiawi (Gambar 9.7), uap air dari udara diserap atau diadsorbsi oleh suatu bahan higroskopik. Jika proses tersebut diberi penyekat kalor, sehingga entalpinya tetap, dan karena kelembabannya turun maka suhu udara tersebut harus naik. Gambar 9.7. Proses penurunan kelembaban kimiawi e. Pencampuran Udara Campuran dua aliran udara adalah proses yang umum di dalam pengkondisian udara. Gambar 9.8 menunjukkan pencampuran udara antara w1 kg/detik udara dari keadaan 1 dengan w2 kg/detik udara dari keadaan 2. Hasilnya adalah kondisi 3, terlihat pada grafik psikrometrik dalam Gambar 9.9. Gambar 9.8. Skema pencampuran udara Gambar 9.9. Proses pencampuran udara pada kurva psikrometrik Persamaan dasar untuk proses pencampuran ini adalah persamaan kesetimbangan energi dan keseimbangan massa. Persamaan keseimbangan energi adalah: ......................................................................................... 9-1 Dan persamaan kestimbangan massa air adalah: ......................................................................................... 9-2 Persamaan 9.1 dan 9.2 menunjukkan bahwa entalpi dan rasio kelembaban akhir adalah rata-rata dari entalpi dan rasio kelembaban udara saat masuk. Suatu pendekatan yang dilakukan oleh para ahli adalah bahwa suhu dan rasio kelembaban merupakan harga rata-rata udara masuk. Dengan pendekatan ini, titik yang terdapat pada grafik psikrometrik di atas menyatakan hasil dari suatu proses pencampuran yang terletak pada garis lurus yang menghubungkan titik-titik dari kondisi-kondisi pemasukan. Selanjutnya perbandingan jarak pada garis 1-3 dan 2-3 sama dengan perbandingan laju aliran w2 dan w1. Dasar perhitungan beban pendinginan dilakukan dengan dua cara, yaitu: perhitungan beban kalor puncak untuk menetapkan besarnya instalasi perhitungan beban kalor sesaat, untuk mengetahui biaya operasi jangka pendek dan jangka panjang serta untuk mengetahui karakteristik dinamik dari instalasi yang bersangkutan. Beban pendinginan merupakan jumlah panas yang dipindahkan oleh suatu sistem pengkondisian udara. Beban pendinginan terdiri dari panas yang berasal dari ruang pendingin dan tambahan panas dari bahan atau produk yang akan didinginkan. Tujuan perhitungan beban pendinginan adalah untuk menduga kapasitas mesin pendingin yang dibutuhkan untuk dapat mempertahankan keadaan optimal yang diinginkan dalam ruang. Aspek-aspek fisik yang harus diperhatikan dalam perhitungan beban pendingin antara lain : 1. Orientasi gedung dengan mempertimbangkan pencahayaan dan pengaruh angin 2. Pengaruh emperan atau tirai jendela dan pantulan oleh tanah 3. Penggunaan ruang 4. Jumlah dan ukuran ruang 5. Beban dan ukuran semua bagian pembatas dinding 6. Jumlah dan aktivitas penghuni 7. Jumlah dan jenis lampu 8. Jumlah dan spesifikasi peralatan kerja 9. Udara infiltrasi dan ventilasi Beban pendinginan suatu ruang berasal dari dua sumber, yaitu melalui sumber eksternal dan sumber internal. a. Sumber panas eksternal antara lain : Radiasi surya yang ditransmisikan melaui kaca Radiasi surya yang mengenai dinding dan atap, dikonduksikan kedalam ruang dengan memperhitungkan efek penyimpangan melalui dinding Panas Konduksi dan konveksi melalui pintu dan kaca jendela akibat perbedaan temperatur. Panas karena infiltrasi oleh udara akibat pembukaan pintu dan melalui celah-celah jendela. Panas karena ventilasi. b. Sumber panas internal antara lain : Panas karena penghuni Panas karena lampu dan peralatan listrik Panas yang ditimbulkan oleh peralatan lain Beban pendinginan total merupakan jumlah beban pendinginan tiap ruang. Beban ruang tiap jam dipengaruhi oleh perubahan suhu udara luar, perubahan intensitas radiasi, surya dan efek penyimpanan panas pada struktur/dinding bagian luar bangunan gedung. Dalam sistem pendingin dikenal dua macam panas atau kalor yaitu panas sensible (panas yang menyebabkan perubahan temperatur tanpa perubahan fase). Setiap sumber panas yang dapat menaikkan suhu ruangan ditandai dengan naiknya temperatur bola kering (Tdb) akan menambah beban panas sensible. Panas laten yaitu : panas yang menyebabkan perubahan fase tanpa menyebabkan perubahan temperatur misalnya : kalor penguapan. Setiap sumber panas yang dapat menambah beban laten. Udara yang dimasukkan kedalam ruangan harus mempunyai kelembaban rendah agar dapat menyerap uap air (panas laten) dan temperatur yang rendah agar dapat menyerap panas dari berbagai sumber panas dalam ruangan (panas sensible), agar kondisi ruangan yang diinginkan dapat dipercepat. Beban ini dapat diklasifikasikan sebagai berikut : a. Penambahan beban sensible Transmisi panas melalui bahan bangunan, melewati atap, dinding, kaca, partisi, langit-langit dan lantai Radiasi sinar matahari Panas dari penerangan atau lampu-lampu Pancaran panas dari penghuni ruangan Panas dari peralatan tambahan dari ruangan Panas dari elektromotor b. Penambahan panas laten Panas dari penghuni ruangan Panas dari peralatan ruangan c. Ventilasi dan infiltrasi Penambahan panas sensible akibat perbedaan temperatur udara dalam dan luar Penambahan panas laten akibat kelembaban udara dalam dan luar Beban pendinginan puncak (total heat load) adalah total panas yang harus diambil oleh suatu sistem pendingin. Secara umum terdiri dari a. Panas konduksi (Q1) Gambar 9.11. Skema perpindahan panas melalui dinding Beban panas yang melalui dinding disebut sebagai beban kebocoran dinding, yaitu banyaknya panas yang bocor menembus dinding ruang dari bagian luar ke dalam. Karena tidak ada insulasi yang sempurna, maka akan selalu ada beban panas yang berasal dari luar ke dalam ruangan, karena suhu di dalam ruangan lebih rendah dari pada suhu di luar ruangan. Gambar 9.11. menunjukkan skema perpindahan panas melalui dinding.. Panas yang masuk melalui dinding dan atas: ....................................................................................... 9-3 dimana Q = jumlah panas (W) U = koefisien perpindahan panas total (W/m2 K) A = luas permukaan (m2) 　(to-ti) = perbedaan suhu dalam dan luar ruang pendingin (K) koefisien perpindahan panas total (U) dihitung dengan persamaan: .......................................... 9-4 dimana x = tebal bahan insulasi (m) k = konduktivitas termal bahan (W/m K) h = koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2 K) b. Field heat (Q2) Beban kalor yang dibawa oleh produk yang akan didinginkan atau disimpan: ..................................................................................... 9-5 dimana Q = jumlah panas (KJoule) m = berat dari produk yang didinginkan (kg) Cp= panas jenis dari produk di atas titik beku (KJoule/kg K) ΔT= perubahan suhu produk (K) c. Panas Respirasi (Q3) Panas yang diperoleh dari produk sebagai akibat dari proses respirasi. ....................................................... 9-6 d. Beban lampu (Q4) .................................................................................... 9-7 e. Service load (Q5) Service load adalah panas lain yang timbul dalam proses operasi pendinginan seperti kipas, operator, udara luar ketika pintu dibuka, motor listrik dan panas infiltrasi dari penyekat dan rak pendingin. Diperkirakan besarnya adalah sekitar 10% dari total konduksi panas, field heat dan panas respirasi. Contoh soal: 1. Suatu campuran udara-uap bersuhu bola kering 30 °C dan rasio kelembaban 0.015. Hitunglah pada dua tekanan barometrik yang berbeda, 85 dan 101 kPa: a. entalpi udara campuran b. suhu pengembunanrasio 2. Dalam suatu unit pengkondisian udara, dimasukkan 3.5 m3/detik udara dengan suhu 27°C bola kering, kelembaban relatip 50 persen dan tekanan atmosfir standar. Udara keluar dengan keadaan suhu bola kering 13°C dan kelembaban relatif 90 persen. Dengan menggunakan sifat-sifat udara yang terdapat dalam kurva psikrometrik: a. hitung kapasitas refrigerasi dengan satuan kilowatt b. tentukan laju pemisahan air dan udara 3. Suatu aliran udara luar dicampur dengan aliran udara balik dalam suatu sistem pengkondisian udara yang bekerja pada tekanan 101 kPa. Laju aliran udara luar 2 kg/detik bersuhu bola kering 35°C dan suhu bola basah 25°C. Laju udara balik 3 kg/detik dengan suhu 24°C dan kelembaban relatif 50 persen. Tentukan: a. entalpi udara campuran b. rasio kelembaban udara campuran c. suhu bola kering udara campuran yang ditentukan dari sifat-sifat yang ditunjukkan dalam bagian a dan b d. suhu bola kering dengan mengukur suhu bola kering rata-rata arus masuk 4. Udara di dalam suatu ruangan bersuhu 30 oC dan RH 80%. Ukuran ruangan adalah 2 m x 3 m x 3 m. Dengan menggunakan diagram psikrometri tentukan: Suhu bola basah ruangan. Suhu titik embun ruangan. Kelembaban mutlak ruangan. Tekanan uap air di dalam ruangan. Jumlah panas yang harus dipindahkan dari ruangan tersebut (hint. Tentukan volume j

Gambar 9.1. memperlihatkan komponen utama dari skema sistem pengkondisian. Komponen sistem pengkondisian udara adalah: sistem pembangkit kalor, mesin refrigerasi, menara pendingin dan ketel uap sistem pipa: pipa air dan pipa refrigerasi dan pompa pengkondisian udara: saringan udara, pendingin udara, pemanas udara dan pelembab udara sistem saluran udara: kipas dan saluran udara

katup expansi-expansion valve

KATUP EXPANSI - EXPANSION VALVE

Katup expansi berfungsi untuk mengatur refrigeran yang masuk ke evaporator. Katup expansi dilengkapi pegas katup, bola thermal, dan diafragma. Katup ditekan oleh pegas agar selalu menutup sedangkan bola thermal selalu berusaha mendorong katup untuk membuka. Diafragma terletak di atas katup expansi dan berhubungan dengan pena penggerak katup. Jika pena katup turun, maka katup akan membuka dan sebaliknya apabila kompresor hidup, maka aliran refrigeran cair yang bertekanan tinggi masuk dan katup jarum akan membuka lebar. Ketika kevakuman pada saluran masuk, besar tekanan dalam bola thermal sangat tinggi , kemudian tekanan ini diteruskan oleh diafragma lewat pipa kapiler. Tekanan bola thermal dalam diafragma melawan tekanan pegas katup dan tekanan pipa equalizer sampai diafragma melengkung. Lengkungan diafragma tersebut diteruskan ke katup dengan perantaraan pena penggerak. Katup membuka dan refrigeran dalam evaporator naik karena dipanasi oleh udara hangat yang melewati evaporator, akibatnya refrigeran mendidih dan menjadi gas. Gas refrigeran tersebut mengalir menuju saluran pemasukan pemasukan ke kompresor. Walau sedang mendidih suhunya tetap dingin dan membantu mendinginkan bola thermal sehingga akan mengurangi tekanan pada diafragma.

Ketika refrigeran melewati evaporator, tekanan saluran hisap naikdan tekanan ini mendorong diafragma. Jika tekanan dalam bola thermal turun sama dengan kenaikan tekanan dalam saluran hisap, pegas akan menutup katup. Apabila katup tertutup, refrigeran tidak mengalir ke evaporator, tekanan saluran masuk turun dan suhu naik.Turunnya tekanan mengurangi kenaikan equlizer pada diafragma. Bersamaan dengan tekanan bola thermal naik karena suhu saluran masuk naik.Hal ini membuat diafragma melengkung ke bawah dan membuka katup sehingga refrigeran lebih banyak masuk ke evaporator.

Bekerjanya katup expansi diatur sedemikian rupa agar membuka dan menutupnya katup tersebut sesuai dengan temperatur evaporator atau tekanan di dalam sistem.

Ada 2 tipe katup expansi yang sering d pergunakan:

1.Katup Expansi bentuk Siku / Kapiler

2.Katup Expansi bentuk Blok / Kotak

meggenal bagian2 ac

Kompresor

Merupakan bagian yang paling penting dari mesin pendingin, kompresor menekan bahan pendingin kesemua bagian dri system. Pada system refrigerasi kompresor bekerja membuat perbedaan tekanan pada masing – masing bagian. Karena dengan adanya perbedaan antara sisi tekanan tinggi dan tekanan rendah, maka bahan pendingin cair dapat melalui alat pengatur aliran ke evaporator.

Fungsi kompresor sendiri adalah menghisap gas refrigerant dari evaporator yang bertekanan dan bertemperatur rendah kemudian memampatkan gas tersebut menjadi gas yang bertekanan dan bertemperatur yang tinggi.

Kondensor

Kondensor adalah alat untuk membuat kondensasibahan pendingin gas dari kompresor dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Untuk penempatanya sendiri, kondensor ditempatkan diluar ruangan yang sedang didinginkan, agar dapat membuang panasnya keluar. Kondensor merupakan jaringan pipa yang berfungsi sebagai pengembunan. Refrigerant yang yang dipompakan dari kompresor akan mengalami penekanan sehingga mengalir ke pipa kondensor, kemudian mengalami pengembunan. Dari sini refrigerant yang sudah mengembun dan menjadi zat cair akan mengalir menuju pipa evaporator.

Evaporator

Evaporator merupakan jaringan pipa yang berfungsi sebagai penguapan. Zat cair yang berasal dari pipa kondensor masuk ke evaporator lalu berubah wujud menjadi gas dingin karena mengalami penguapan. Selanjutnya udara tersebut mampu menyerap kondisi yang ada dalam ruangan mesin pendingin. Selanjutnya gas yang ada dalam evaporator akan mengalir menuju kompresor karena terkena tenaga hisapan.

Pengering

Pengering terdiri dari sebuah silinder yang beriai desikan. Desikan tersebut dibungkus dengan maksud untuk mempermudah saat penggantiannya. Fungsilain dari pembungkus desikan tersebut agar serbuk desikan yang halus tidak keluar dari pengering dan ikut larut bersama refrigerant. Sedangkan pengering sendiri berfungsi untuk menghilangkan uap air dari refrigerant.

Pipa kapiler atau ekspansi

Pipa kapiler adalah suatu pipa pada mesin pendinginyang mempunyai diameterpaling kecil jika dibandingkan dengan pipa – pipa yang lainya. Pipa kapiler ini biasanya berukauran diameter 0,8 – 2,0 mm dengan panjang kurang lebih 1 meter. Permasalahan yang sering timbul pada pipa kapiler ini adalah karena kebocoran atau tersumbat. Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekananan mengatur cairan refrigerant yang mengalir di pipa kapiler. Sebelum gas mengalir ke pipa kapiler harus melalui alat yang disebut dried stainer atau saringan.

Ekspansiberfungsi sama seperti pipa kapiler. Ekspansi disini sebagai pengontrol refrigerant yang mengalir dari pipa ke pipa lainya.

Refrigeran dan aspek lingkungan

REFRIGERAN DAN ASPEK LINGKUNGAN

Refrigeran kelompok halokarbon merupakan refrigeran sintetik karena tidak terdapat di alam secara langsung. Refrigeran ini mempunyai satu atau lebih atom dari golongan halogen; khlorin, fluorin dan bromin.Meskipun dari segi teknik refrigeran ini mempunyai sifat yang baik, seperti kestabilan yang tinggi, tidak mudah terbakar dan tidak beracun, refrigeran ini termasuk ODS. Jika gas CFC yang memiliki dua atom khlorin terlepas ke udara dan terkena sinar ultraviolet akan terurai. Atom khlorin (Cl) akan terlepas dan bereaksi dengan ozon (O₃) mengambil satu atom oksigen dari ozon untuk membentuk khlorin monoksida dan oksigen. Khlorin monoksida akan bereaksi dengan atom oksigen lainnya membentuk molekul oksigen dan atom khlorin membentuk oksigen. Atom khlorin hanya beraksi sebagai katalis dalam reaksi. Oleh karena itu satu atom khlorin mampu terus menerus mengubah ozon menjadi oksigen melalui ribuan reaksi sejenis. Proses perusakan ozon ini ditunjukkan pada Gambar 1 dan 2.

Gambar 1 Proses penguraian CFC [1]

Gambar 2 Pemecahan ozon [1]

Dengan menipisnya lapisan ozon, lapisan pelindung yang terletak pada ketinggian sekitar 15-50 km di atas permukaan bumi, radiasi ultraviolet dari matahari akan langsung sampai ke bumi yang dapat menyebabkan gangguan kesehatan dan gangguan keseimbangan ekosistem. Ringkasan perbandingan dampak refrigeran terhadap lingkungan CFC-12, HCFC-22, HCFC-134a dan hidrokarbon ditunjukkan pada Tabel 1. Terlihat bahwa hidrokarbon adalah refrigeran yang ramah lingkungan, karena tidak merusak ozon (ODP nol) dan tidak menyebabkan pemanasan global (GWP diabaikan).

Tabel 1 Perbandingan dampak terhadap lingkungan [2]

Refrigeran	Formula	Usia aktif (tahun)	ODP	GWP
CFC-12	CCl2F2	120	1.0	4000
HCFC-22	CHClF2	13.3	0.055	1700
HFC-134a	CH2FCF3	14.6	0	1300
Hidrokarbon	CnHm	<1	0	-

Efaporator

TNJM03 Triple-Effect Forced Circulating Evaporator

TNJM06 Six-effect falling film evaporator

TNJM05 five-effect falling film evaporator

TNJM04 four-effect falling film evaporator

TNJM03 Triple-effect falling film evaporator

TNJM02 double-effect falling film evaporator

Triple-effect falling film evaporator

Triple-effect falling film evaporator

JN series of multi-functional alcohol recycling contractor

Circular tube vacuum concentrating pot

TNH series mini multiple-function distillation, concentration, deposition and recycle machine-group