BAB II LANDASAN TEORI Gambar 2.1. Sistem AC Sentral Ruangan TEORI AIR HANDLING UNIT (AHU

BAB II

LANDASAN TEORI

A. AIR CONDITIONING ( AC ) SENTRAL

Sistem AC Sentral (Central) merupakan suatu sistem AC dimana proses pendinginan udara terpusat pada satu lokasi yang kemudian didistribusikan/dialirkan ke semua arah atau lokasi (satu outdoor dengan beberapa indoor). Sistem ini memiliki beberapa komponen utama yaitu unit pendingin atau chiller, Unit pengatur udara atau Air Handling Unit (AHU), Cooling Tower, sistem pemipaan, dan sistem saluran udara.

B. TEORI AIR HANDLING UNIT (AHU)

Gambar 2.2. Air Handling Unit (AHU)

AHU (Air Handling Unit)merupakan seperangkat alat yang dapat mengontrol suhu, kelembaban, tekanan udara, tingkat kebersihan (jumlah partikel/mikroba), pola aliran udara, jumlah pergantian udara dan sebagainya, di ruang produksi sesuai dengan persyaratan ruangan yang telah ditentukan. Unit/sistem yang mengatur tata udara ini disebut AHU (Air Handling Unit). Di sebut “unit”, karena AHU terdiri dari beberapa alat yang masing-masing memiliki fungsi yang berbeda. Pada dasarnya AHU terdiri dari :

a. Cooling Coil. Cooling coil sering disebut juga evaporator berfungsi untuk mengontrol suhu (temperature/t) dan kelembaban relatif (Relative Humidity/RH) udara yang akan didistribusikan ke ruangan produksi. Hal ini dimaksudkan agar dapat dihasilkan output udara, sesuai dengan spesifikasi ruangan yang telah ditetapkan. Proses pendinginan udara sendiri dilakukan dengan mengalirkan udara yang berasal dari campuran udara balik (return air) dan udara luar (fresh air) melalui kisi-kisi (coil) evaporator yang bersuhu rendah. Proses tersebut menyebabkan terjadinya kontak antara udara dan permukaan kisi evaporator yang akan menghasilkan udara dengan suhu yang lebih rendah. Proses ini juga akan menyebabkan kalor yang berada dalam

uap air akan mengalami kondensasi. Hal ini menyebabkan kelembaban udara yang keluar dari evaporator juga akan berkurang. Evaporator harus dirancang sedemikian rupa sehingga kisi-kisinya memiliki luas permukaan kontak yang luas, sehingga proses penyerapan panas dari udara di dalam evaporator dapat berlangsung dengan efektif.

Gambar 2.3. Letak Cooling Coil / Evaporator

b. Static Pressure Fan (Blower). Blower adalah bagian dari AHU yang berfungsi untuk menggerakkan udara di sepanjang sistem distribusi udara yang terhubung dengannya. Blower yang digunakan dalam AHU berupa blower radial yang memiliki kisi-kisi penggerak udara yang terhubung dengan motor penggerak blower. Motor ini berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Energi gerak inilah yang kemudian disalurkan ke kisi-kisi penggerak udara hingga kemudian dapat menggerakkan udara. Blower ini dapat di atur agar selalu menghasilkan frekuensi perputaran yang tetap, hingga akan selalu menghasilkan output udara dengan debit yang tetap. Dengan adanya debit udara yang tetap tersebut maka tekanan dan pola aliran udara yang masuk ke dalam ruang produksi dapat dikontrol.

Gambar 2.4. Letak Blower

c. Filter. Filter merupakan bagian dari AHU yang berfungsi untuk mengendalikan dan mengontrol jumlah partikel dan mikroorganisme (partikel asing) yang mengkontaminasi udara yang masuk ke dalam ruang produksi. Filter, biasanya ditempatkan di dalam rumah filter(filter house) yang didesain sedemikian rupa agar mudah untuk dibersihkan dan/atau diganti. Hal penting yang harus diperhatikan dalam pemasangan filter ini adalah penempatan posisi filter harus diatur sedemikian rupa sehingga dapat “memaksa” seluruh udara yang akan didistribusikan tersebut melewati filter terlebih dahulu. Filter yang digunakan untuk AHU dibagi menjadi beberapa jenis/tipe, tergantung efisiensinya, yaitu (a) pre-filter (efisiensi penyaringan: 35%); (b) medium filter (efisiensi penyaringan: 95%); dan (c) High Efficiency Particulate Air (HEPA) filter (efisiensi penyaringan: 99,997%). Hal penting yang perlu diperhatikan dalam pemasangan filter ini adalah posisi penempatan filter harus diatur berdasarkan jenis dan efisiensi penyaringan filter yang akan menentukan kualitas udara yang dihasilkan.

Gambar 2.5. Letak Filter

d. Ducting. Ducting adalah bagian dari AHU yang berfungsi sebagai saluran tertutup tempat mengalirnya udara. Secara umum, ducting merupakan sebuah sistem saluran udara tertutup yang menghubungkan blower dengan ruangan produksi, yang terdiri dari saluran udara yang masuk (ducting supply) dan saluran udara yang keluar dari ruangan produksi dan masuk kembali ke AHU (ducting return). Ducting harus didesain sedemikian rupa sehingga dapat mendistribusikan udara ke seluruh ruangan produksi yang membutuhkan, dengan hambatan udara yang sekecil mungkin. Desain ducting yang tidak tepat akan mengakibatkan hambatan udara yang besar sehingga akan menyebabkan inefisiensi energi yang cukup besar. Ducting juga harus didesain agar memiliki insulator di sekeliling permukaannya, yang berfungsi untuk menahan penetrasi panas dari udara luar yang memiliki suhu yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan suhu di dalam ducting.

Gambar 2.6. Letak ducting

e. Dumper. Dumper adalah bagian dari ducting AHU yang berfungsi untuk mengatur jumlah (debit) udara yang dipindahkan ke dalam ruangan produksi. Besar kecilnya debit udara yang dipindahkan dapat diatur sesuai dengan pengaturan tertentu pada dumper. Hal ini amat berguna terutama untuk mengatur besarnya debit udara yang sesuai dengan ukuran ruangan yang akan menerima distribusi udara tersebut.

Gambar 2.7. Letak dumper berada di jet nozzle

C. TEORI MOTORIZED VALVE

Gambar 2.8. Blok diagram sistem motorized valve

Pada blok diagram diatas terlihat bahwa proses rancang bangun terletak pada sistem Motorized Valve dimana bahasan teori dasar dari Motorized Valve tersebut meliputi :

- Rotary Encoder

- Motor DC dengan gearbox - Valve manual

1)

Rotary Encoder

Rotary Encoder adalah sebuah sensor untuk mengubah gerakan berputar atau posisi ke suatu kode yang berupa pulsa – pulsa elektronik. Hasil yang diukur adalah posisi sudut putar dan kecepatan sudut putar.

Tipe Rotary encoder

- Rotary encoder inkremental gerakan suhu relatip - Rotary encoder absolute gerakan suhu absolut

Rotary encoder inkremental umumnya digunakan pada sistem motor listrik. Ada 2 tipe dari rotary encoder inkremental yaitu :

- Rotary encoder optik: mengukur gerakan sudut menggunakan varian dari pola kode disk. - Rotary encoder magnetik: mengukur gerakan sudut menggunakan varian dari fluk

magnetik.

-Gambar 2.9. prinsip kerja rotary encoder

Rotary encoder optik merupakan encoder yang mempunyai : - Output : phasa A, B, dan I (Z).

- Phasa A, B : Satu pulsa untuk satu celah cahaya dan berfungsi untuk menyensor sudut putar dan kecepatan sudut putar. Antara pulsa A dan B berbeda phasa 90 derajat.

- Phasa I (Z) : berfungsi untuk sensing arah, dimana satu pulsa untuk satu putaran, menyensor berapa banyak putaran yang terjadi.

Gambar 2.10. bentuk phisik dari rotary encoder

2)

Motor DC dengan sistem transmisi gearbox

Motor DC merupakan komponen utama yang berfungsi untuk mengontrol bukatutup valve. Diperlukan torsi yang cukup besar agar motor dapat menggerakkan valve pada posisi

membuka dan posisi menutup. Motor DC yang digunakan adalah motor DC magnit permanen yang dilengkapi dengan gearbox dengan pertimbangan bahwa motor DC ini mudah didapat dipasaran bebas, serta mudah untuk dikontrol.

Gambar 2.11. Konstruksi motor DC magnit permanen

3)

Jenis – jenis valve

Ada banyak sekali jenis – jenis valve, antara lain yang sering digunakan adalah :

Gambar 2.12. Jenis – jenis valve manual yang dapat di modifikasi menjadi motorized valve

C.3.1 Valve kupu – kupu

Merupakan valve yang dikonstruksi dengan casing yang didalamnya terdapat piringan yang berputar pada suatu poros dengan gerakan 0 – 90 derajat. Valve ini

kerja yang rendah. Keuntungan dari penggunaan valve ini adalah tekanan jatuhnya rendah dan secara phisik cukup ringan. Sedangkan kerugiannya adalah tingkat kebocoran yang cukup tinggi.

C.3.2 Valve gerbang

Merupakan valve dengan piringan geser yang dapat bergerak naik-turun, dan tegak lurus terhadap gerakan aliran. Umumnya digunakan sebagai pemberhenti aliran (stop valve), mampu bekerja pada tekanan dan temperatur yang tinggi, dapat bekerja dengan aliran cairan yang kental. Keuntungan dari penggunaan valve ini adalah pada kondisi buka penuh jatuh tekanannya sangat rendah, dan tertutup dengan sangat rapat bila dalam kondisi tertutup penuh, bebas dari terbentuknya kontaminasi. Sedangkan kerugiannya adalah akan terjadi vibrasi pada bukaan sebagian, respon gerakan buka tutup rendah/lambat.

C.3.3 Valve bola

Merupakan valve yang dikemas dalam suatu casing yang didalamnya terdapat bola yang diberi lobang untuk saluran keluar, pengoperasiannya dilakukan dengan gerakan berputar 0 – 90 derajat, dimana pada posisi 0 derajat lobang saluran akan terbuka, pada posisi gerakan 90 derajat lobang saluran akan tertutup. Digunakan untuk aplikasi kontrol aliran, kontrol tekanan, pemberhenti aliran, untuk aliranaliran yang korosif, untuk gas dan mampu bekerja pada tekanan tinggi. Keuntungan dari penggunaan valve ini adalah jatuh tekanan rendah, kebocoran rendah, konstruksi yang relatip kecil dan gerakan membuka dan memutupnya cukup cepat. Sedang kerugiannya adalah perlu dudukan yang kuat bila digunakan dengan dicekek (Throttling), gerakan membuka yang cepat dapat menyebabkan palu air.

C.3.4 Valve globe

Ada tiga tipe dari valve ini yaitu tipe bola (Globe), tipe sudut dan tipe Y, piringan atau plug bergerak secara tegak lurus terhadap aliran dan akan menutup pada suatu dudukan cincin, dapat digunakan dengan bukaan yang dicekek (Throttling), merupakan sebuah kontrol valve untuk aplikasi umum. Keuntungan dari penggunaan valve ini adalah gerakan buka tutupnya lebih cepat dari valve gerbang, tidak memerlukan dudukan tambahan pada teknis pemasangannya, dan untuk kontrol tekanan akan menghasilkan jatuh tekanan yang tinggi. Sedangkan kerugiannya adalah jatuh tekanan yang tinggi, diperlukan daya yang cukup besar bila digunakan dengan sistem motorized, konstruksi valve cukup berat.

D. TEORI KALOR

Kalor (panas) selalu berpindah dari substansi yang lebih hangat ke substansi yang lebih dingin. Dalam kenyataan, molekul yang getarannya lebih cepat memindahkan sebagian dari energi mereka ke molekul yang getarannya lebih lambat. Maka molekul yang getarannya cepat sedikit melambat dan molekul yang lebih lambat menjadi lebih cepat. Secara sederhana, ini berarti jika diluar panas, maka panas dari luar cenderung untuk memasuki ruangan yang lebih sejuk didalam bangunan.

Panas dapat dipindahkan dari suatu benda ke benda lain melalui metode sebagai berikut: a. Radiasi

Melalui gerakan gelombang (serupa dengan gelombang cahaya) dimana energi dipindahkan dari suatu benda ke benda lain tanpa ada persentuhan.

b. Konduksi

Melalui aliran panas diantara bagian dari suatu bendaatau dari suatu benda ke benda lain melalui sentuhansecara langsung.

c. Konveksi

Melalui perpindahan fluida atau udara.

Hukum fisika dan thermodinamika yang digunakan dalam proses refrigerasi:

- “Entropi dari sistem tertutup yang tidak berada dalam kesetimbangan akan cenderung bertambah, mendekati nilai maksimalnya dalam kesetimbangan” = Panas tidak akan berpindah (heat transfer) dengan sendirinya dari substansi/tempat yang temperaturnya lebih tinggi ke substansi lain yang temperaturnya lebih rendah. Untuk memindahkan panas perlu dilakukan kerja terhadap sistem tersebut (hukum thermodinamika).

- Sebaliknya panas akan berpindah dengan sendirinya dari substansi yang lebih tinggi temperaturnya ke substansi yang lebih rendah temperaturnya.

- Tekanan dan temperatur fluida berkaitan erat. Setiap fluida akan naik temperaturnya (titik didihnya) bila tekanannya dinaikan demikian pula sebaliknya.

E. PRINSIP DASAR SIKLUS REFRIGERASI

Proses – proses yang terjadi:

1. Kompresor sebagai alat yang memompa zat pendingin dalam sistem, adalah jantung dari sistem AC. Sebelum masuk ke kompresor, zat pendingin adalah zat yang bertekanan rendah. Oleh kompresor zat tersebut gas tersebut ditekan menjadi gas bertekanan tinggi, menjadi panas dan mengalir ke kondensor.

2. Di dalam Kondensor, gas bertemperatur dan bertekanan tinggi tersebut melepaskan panasnya ke udara luar dan menjadi cairan “subcool” bertekanan tinggi.

3. Cairan bertekanan tinggi itu melalui Expansion Valve, yang menurunkan tekanan dan sekaligus temperaturnya dibawah temperatur dari ruangan atau materi yang didinginkan. Proses ini menghasilkan cairan zat pendingin yang dingin dan bertekanan rendah.

4. Zat pendingin cair bertekanan rendah mengalir ke Evaporator dimana zat itu menyerap panas dari udara ruangan melalui proses penguapan dan menjadi gas bertekanan rendah. Gas tersebut mengalir ke kompresor dimana siklusnya akan berulang kembali seperti awalnya.

Untuk pompa kalor, siklusnya berputar terbalik.

Gambar 2.13. prinsip dasar siklus refrigerasi Sifat kimia ideal zat pendingin:

- Mempunyai titik didih rendah. - Memiliki latent heat yang tinggi.

- Mudah mencair pada tekanan dan temperatur yang relatif rendah. - Tidak bersifat korosif terhadap logam.

Gambar 2.9. prinsip kerja rotary encoder

Rotary encoder optik merupakan encoder yang mempunyai : - Output : phasa A, B, dan I (Z).

- Phasa A, B : Satu pulsa untuk satu celah cahaya dan berfungsi untuk menyensor sudut putar dan kecepatan sudut putar. Antara pulsa A dan B berbeda phasa 90 derajat.

- Phasa I (Z) : berfungsi untuk sensing arah, dimana satu pulsa untuk satu putaran, menyensor berapa banyak putaran yang terjadi.

Gambar 2.10. bentuk phisik dari rotary encoder

2)

Motor DC dengan sistem transmisi gearbox

Motor DC merupakan komponen utama yang berfungsi untuk mengontrol bukatutup valve. Diperlukan torsi yang cukup besar agar motor dapat menggerakkan valve pada posisi

membuka dan posisi menutup. Motor DC yang digunakan adalah motor DC magnit permanen yang dilengkapi dengan gearbox dengan pertimbangan bahwa motor DC ini mudah didapat dipasaran bebas, serta mudah untuk dikontrol.

Gambar 2.11. Konstruksi motor DC magnit permanen

3)

Jenis – jenis valve

Ada banyak sekali jenis – jenis valve, antara lain yang sering digunakan adalah :

Gambar 2.12. Jenis – jenis valve manual yang dapat di modifikasi menjadi motorized valve

C.3.1 Valve kupu – kupu

Merupakan valve yang dikonstruksi dengan casing yang didalamnya terdapat piringan yang berputar pada suatu poros dengan gerakan 0 – 90 derajat. Valve ini dapat dikonstruksi dengan diameter yang cukup besar dan mempunyai tekanan

kerja yang rendah. Keuntungan dari penggunaan valve ini adalah tekanan jatuhnya rendah dan secara phisik cukup ringan. Sedangkan kerugiannya adalah tingkat kebocoran yang cukup tinggi.

C.3.2 Valve gerbang

Merupakan valve dengan piringan geser yang dapat bergerak naik-turun, dan tegak lurus terhadap gerakan aliran. Umumnya digunakan sebagai pemberhenti aliran (stop valve), mampu bekerja pada tekanan dan temperatur yang tinggi, dapat bekerja dengan aliran cairan yang kental. Keuntungan dari penggunaan valve ini adalah pada kondisi buka penuh jatuh tekanannya sangat rendah, dan tertutup dengan sangat rapat bila dalam kondisi tertutup penuh, bebas dari terbentuknya kontaminasi. Sedangkan kerugiannya adalah akan terjadi vibrasi pada bukaan sebagian, respon gerakan buka tutup rendah/lambat.

C.3.3 Valve bola

Merupakan valve yang dikemas dalam suatu casing yang didalamnya terdapat bola yang diberi lobang untuk saluran keluar, pengoperasiannya dilakukan dengan gerakan berputar 0 – 90 derajat, dimana pada posisi 0 derajat lobang saluran akan terbuka, pada posisi gerakan 90 derajat lobang saluran akan tertutup. Digunakan untuk aplikasi kontrol aliran, kontrol tekanan, pemberhenti aliran, untuk aliranaliran yang korosif, untuk gas dan mampu bekerja pada tekanan tinggi. Keuntungan dari penggunaan valve ini adalah jatuh tekanan rendah, kebocoran rendah, konstruksi yang relatip kecil dan gerakan membuka dan memutupnya cukup cepat. Sedang kerugiannya adalah perlu dudukan yang kuat bila digunakan dengan dicekek (Throttling), gerakan membuka yang cepat dapat menyebabkan palu air.

C.3.4 Valve globe

Ada tiga tipe dari valve ini yaitu tipe bola (Globe), tipe sudut dan tipe Y, piringan atau plug bergerak secara tegak lurus terhadap aliran dan akan menutup pada suatu dudukan cincin, dapat digunakan dengan bukaan yang dicekek (Throttling), merupakan sebuah kontrol valve untuk aplikasi umum. Keuntungan dari penggunaan valve ini adalah gerakan buka tutupnya lebih cepat dari valve gerbang, tidak memerlukan dudukan tambahan pada teknis pemasangannya, dan untuk kontrol tekanan akan menghasilkan jatuh tekanan yang tinggi. Sedangkan kerugiannya adalah jatuh tekanan yang tinggi, diperlukan daya yang cukup besar bila digunakan dengan sistem motorized, konstruksi valve cukup berat.

D. TEORI KALOR

Kalor (panas) selalu berpindah dari substansi yang lebih hangat ke substansi yang lebih dingin. Dalam kenyataan, molekul yang getarannya lebih cepat memindahkan sebagian dari energi mereka ke molekul yang getarannya lebih lambat. Maka molekul yang getarannya cepat sedikit melambat dan molekul yang lebih lambat menjadi lebih cepat. Secara sederhana, ini berarti jika diluar panas, maka panas dari luar cenderung untuk memasuki ruangan yang lebih sejuk didalam bangunan.

Panas dapat dipindahkan dari suatu benda ke benda lain melalui metode sebagai berikut: a. Radiasi

Melalui gerakan gelombang (serupa dengan gelombang cahaya) dimana energi dipindahkan dari suatu benda ke benda lain tanpa ada persentuhan.

b. Konduksi

Melalui aliran panas diantara bagian dari suatu bendaatau dari suatu benda ke benda lain melalui sentuhansecara langsung.

c. Konveksi

Melalui perpindahan fluida atau udara.

Hukum fisika dan thermodinamika yang digunakan dalam proses refrigerasi:

- “Entropi dari sistem tertutup yang tidak berada dalam kesetimbangan akan cenderung bertambah, mendekati nilai maksimalnya dalam kesetimbangan” = Panas tidak akan berpindah (heat transfer) dengan sendirinya dari substansi/tempat yang temperaturnya lebih tinggi ke substansi lain yang temperaturnya lebih rendah. Untuk memindahkan panas perlu dilakukan kerja terhadap sistem tersebut (hukum thermodinamika).

- Sebaliknya panas akan berpindah dengan sendirinya dari substansi yang lebih tinggi temperaturnya ke substansi yang lebih rendah temperaturnya.

- Tekanan dan temperatur fluida berkaitan erat. Setiap fluida akan naik temperaturnya (titik didihnya) bila tekanannya dinaikan demikian pula sebaliknya.

E. PRINSIP DASAR SIKLUS REFRIGERASI

Proses – proses yang terjadi:

1. Kompresor sebagai alat yang memompa zat pendingin dalam sistem, adalah jantung dari sistem AC. Sebelum masuk ke kompresor, zat pendingin adalah zat yang bertekanan rendah. Oleh kompresor zat tersebut gas tersebut ditekan menjadi gas bertekanan tinggi, menjadi panas dan mengalir ke kondensor.

2. Di dalam Kondensor, gas bertemperatur dan bertekanan tinggi tersebut melepaskan panasnya ke udara luar dan menjadi cairan “subcool” bertekanan tinggi.

3. Cairan bertekanan tinggi itu melalui Expansion Valve, yang menurunkan tekanan dan sekaligus temperaturnya dibawah temperatur dari ruangan atau materi yang didinginkan. Proses ini menghasilkan cairan zat pendingin yang dingin dan bertekanan rendah.

4. Zat pendingin cair bertekanan rendah mengalir ke Evaporator dimana zat itu menyerap panas dari udara ruangan melalui proses penguapan dan menjadi gas bertekanan rendah. Gas tersebut mengalir ke kompresor dimana siklusnya akan berulang kembali seperti awalnya.

Untuk pompa kalor, siklusnya berputar terbalik.

Gambar 2.13. prinsip dasar siklus refrigerasi Sifat kimia ideal zat pendingin:

- Mempunyai titik didih rendah. - Memiliki latent heat yang tinggi.

- Mudah mencair pada tekanan dan temperatur yang relatif rendah. - Tidak bersifat korosif terhadap logam.