Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan

(1)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

TUGAS SARJANA

TEKNIK PENDINGIN

PERENCANAAN UNIT MESIN PENDINGIN UNTUK KEBUTUHAN PENGKONDISIAN UDARA

PADA BANGUNAN KANTOR ADPEL DI MEDAN

Oleh :

Madi Margoyungan (030401010)

J U R U S A N T E K N I K M E S I N

F A K U L T A S T E K N I K

U N I V E R S I T A S S U M A T E R A U T A R A

M E D A N

(2)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan berkat-Nyalah penulis dapat menyelesaikan penulisan tugas sarjana ini dengan baik.

Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat kelulusan mahasiswa sebagai Sarjana S-1 Jurusan Teknik Mesin FT-USU.Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. Adapun judul dari tugas sarjana ini adalah “PERENCANAAN UNIT MESIN PENDINGIN UNTUK PENGKONDISIAN UDARA DI SEBUAH BANGUNAN KANTOR ADPEL DI BELAWAN”. Penulis menyadari bahwa skripsi ini mungkin masih jauh dari sempurna, maka penulis sangat mengharapkan adanya saran dan kritik yang membangun dari para pembaca.

Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih kepada:

1. Bapak Ir. H. M. Yahya Nasution selaku dosen pembimbing yang telah banyak membantu dalam penulisan dan penyelesaian skripsi ini.

2. Bapak Dr.Ir.Farel H. Napitupulu,DEA dan Bapak Bapak Ir. Zamanhuri, MT selaku dosen pembanding I dan II yang telah bersedia meluangkan waktu dan membimbing selama proses perbaikan hasil seminar.

3. Bapak Dr-Ing Ir.Ikhwansyah Isranuri , selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara

4. Bapak Tulus Burhanuddin ST, MT, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

5. Seluruh anggota keluarga terutama kedua orang tua saya yang telah banyak memberikan dorongan semangat dan mendampingi dalam penyelesaikan skripsi ini.

6. Bapak Joner dari PT. Seltech Utama yang telah memberikan bantuan atas Tugas Sarjana ini.

7. Seluruh staf dan karyawan PT. Seltech Utama yang telah banyak membantu dalam proses penyelesaian skripsi ini.

(3)

teman-Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

teman lain yang tidak dapat disebutkan di sini satu-persatu yang telah banyak memberikan bantuan, support dan inspirasi khususnya angkatan 2003 baik selama masa kuliah maupun dalam penyelesaian skripsi ini.

Semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas budi baik mereka atas bantuan yang telah diberikan dan akan selalu diberkahi oleh-Nya.

Medan, Maret 2008 Penulis

Madi Margoyungan 030401010

(4)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

DAFTAR ISI

Kata Pengantar ... i

... Daftar Isi ... iii

Nomenklatur (Daftar Simbol) ... vii

Daftar Tabel ... xii

Daftar Lampiran ... xiii

BAB 1. PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan Perencanaan ... 1

1.3. Batasan Masalah ... 1

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ... 4

2.1. Definisi Mesin Pendingin dan Komponennya ... 4

2.2. Klasifikasi Sistem Pengkondisian Udara ... 7

2.2.1.All-Air System ... 7

2.2.2.All-Water System ... 10

2.2.3.Air-Water System ... 12

2.3. Kondisi Kenyamanan ASHRAE ... 13

2.4. Pertimbangan dan Perencanaan Awal ... 14

2.4.1. Perencanaan Sistem ... 18

2.4.2. Modifikasi Bangunan ... 19

2.4.3. Penempatan Mesin Pendingin ... 19

BAB 3. BEBAN PENDINGIN DAN SIKLUS PENGKONDISIAN UDARA .. 21

3.1. Definisi Beban Pendingin dan Kondisi Perencanaan ... 21

3.2. Perhitungan Cooling Load ... 21

3.2.1. Perhitungan Cooling Load Dinding ... 21

3.2.2. Perhitungan Cooling Load Atap... 26

3.2.3. Perhitungan Cooling Load Kaca ... 29

3.2.4. Perhitungan Cooling Load Lantai ... 32

(5)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

3.2.6. Perhitungan Cooling Load Manusia ... 35

3.2.7. Perhitungan Cooling Load Infiltrasi ... 37

3.2.8. Perhitungan Cooling Load Ventilasi ... 40

3.2.9. Total Cooling Load ... 42

3.3. Siklus Pengkondisian Udara ... 43

3.2.1. Analisa Grafik Psikometri (Psychometric Chart) ... 43

BAB 4. ANALISA TERMODINAMIKA... 47

4.1. Analisa Termodinamika Sistem Pendingin ... 47

4.2. Pemilihan Refrijeran ... 48

4.3. Analisa Termodinamika Siklus Kompresi Uap ... 49

BAB 5. KOMPONEN UTAMA SIKLUS KOMPRESI UAP ... 53

5.1. Kompresor ... 53

5.2. Evaporator ... 55

5.2.1. Perpindahan Panas Konveksi Aliran Eksternal ... 56

5.2.2. Perpindahan Panas Konveksi Aliran Internal ... 57

5.2.3. Faktor Pengotoran ... 58

5.2.4. Tahanan Kontak ... 59

5.2.5. Perpindahan Panas Pada Sirip ... 59

5.2.6. Perpindahan Panas Global ... 61

5.3. Kondensor... 65

5.3.1. Perpindahan Panas Konveksi Aliran Eksternal ... 67

5.3.1.1. Perpindahan Panas Konveksi Aliran Eksternal Yang Terjadi Ketika Refrigeran Mengalami Proses Desuperheating ... 69

5.3.1.2. Perpindahan Panas Konveksi Aliran Eksternal Yang Terjadi Ketika Refrigeran Mengalami Proses Kondensasi ... 70

5.3.2. Perpindahan Panas Konveksi Aliran Internal ... 72

5.3.2.1. Perpindahan Panas Konveksi Aliran Internal Yang Terjadi Ketika Refrigeran Mengalami Proses Desuperheating ... 72 5.3.2.2. Perpindahan Panas Konveksi Aliran Internal Yang

(6)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

Kondensasi ... 73

5.3.3. Perpindahan Panas Global ... 74

5.3.3.1. Perpindahan Panas Global Tube Yang Mengalami Proses Desuperheating ... 74

5.3.3.2. Perpindahan Panas Global Tube Yang Mengalami Kondensasi ... 75

5.3.3. Perencanaan Geometri dari Kondensor ... 77

5.4. Katup Ekspansi ... 80

5.5 Penukar Kalor Pipa Hisap dan Pipa Cair ... 81

BAB 6. COOLING TOWER ... 86

6.1. Pengertian Menara Pendingin ... 86

6.2. Fungsi Menara Pendingin ... 87

6.3. Prinsip Kerja Menara Pendingin ... 87

6.4. Konstruksi Menara Pendingin ... 87

6.5. Analisa Perhitungan Pada Cooling Tower... 94

6.5.1. Kalor Yang Dibuang Kondensor ... 94

6.5.2. Massa Aliran Air ... 95

6.5.3. Volume Aliran Air... 95

6.5.4. Kondisi Udara dan Air pada Cooling Tower ... 96

6.5.4.1. Kondisi Udara ... 96

6.5.4.2. Temperatur Air pada Menara Pendingin ... 98

6.5.5. Massa Air per Satuan Massa Udara Kering ... 98

6.5.6. Kebutuhan Udara Pada Menara Pendingin ... 100

6.5.7. Total Kebutuhan udara Luar ... 101

6.5.8. Air Tambahan Pada Menara Pendingin ... 102

6.5.8.1. Kerugian Akibat Penguapan ... 102

6.5.8.2. Kerugian Akibat Hanyutan(Drift) ... 102

6.5.8.3. Banyaknya Pemakaian Air Tambahan ... 103

6.5.9. Perhitungan Dimensi Menara Pendingin ... 103

6.5.9.1. Diameter dan Tinggi Menara Pendingin ... 103

6.5.9.2. Luas dan Tinggi Lubang Udara ... 104

(7)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

6.5.9.4. Diameter Pipa Sprinkler ... 106

6.5.9.5. Diameter Lubang Sprinkler ... 106

6.5.9.6. Kipas ... 107

6.6. Analisa Psikometrik Pada Cooling Tower... 107

BAB 7. SISTEM PEMIPAAN AIR DAN UDARA ... 109

7.1. Sistem Pemipaan Air ... 109

7.1.1. Kerugian Head Pada Pemipaan Air ... 109

7.1.2. Perencanaan Diameter Pipa Air ... 111

7.1.3. Layout Sistem Pemipaan Air untuk Kondensor dan Cooling Tower ... 113

7.1.3.1. Sistem Pemipaan Air pada Kondensor ... 113

7.1.3.2. Sistem Pemipaan Air pada Cooling Tower ... 122

7.1.4. Pemilihan Pompa untuk Cooling Tower ... 124

7.1.4.1. Head Pompa ... 124

7.1.4.2. Daya Pompa... 127

7.2. Sistem Distribusi Udara... 128

7.2.1. Package Unit ... 128

7.2.2. Pemilihan Package Unit ... 129

7.2.3. Perencanaan Saluran Udara ... 130

BAB 8. KESIMPULAN ... 135

LAMPIRAN

(8)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

DAFTAR SIMBOL (NOMENKLATUR)

Ac,b Luas permukaan dinding dari tube yang ditutupi oleh sirip ft2(m2)

Af Luas penampang atas dan bawah permukaan sirip ft2(m2)

Ai Luas permukaan dalam tube alat penukar kalor ft2(m2)

Ao Luas permukaan luar tube alat penukar kalor ft2(m2)

At Luas pemaparan panas dinding luar tube kondensor bersirip m2

BF Faktor balast untuk lampu incandescent ---

BF Faktor bypass untuk udara melalui coil Fan Coil Unit ---

Cfm)inf Laju aliran udara infiltrasi yang memasuki gedung ft3/min

CLF Faktor beban pendingin untuk kaca ---

Cl Clearance untuk silinder kompressor in.(mm)

COP Koefisien performansi dari suatu siklus kompressi uap --- cp,l Kalor jenis refrigeran pada fasa cair jenuh kJ/kg K

cp,s Kalor jenis refrigeran pada pipa hisap kJ/kg K

cp,v Kalor jenis refrigeran pada fasa uap jenuh kJ/kg K

cp,w Kalor jenis air kJ/kg K

D Diameter luar dari tube tembaga pada evaporator dan kondensor in.(mm)

Db Diameter baffle in.(mm)

Ds Diameter shell evaporator in.(mm)

d Diameter dalam dari tube tembaga pada evaporator dan kondensor in.(mm) Fc Faktor koreksi perpindahan panas evaporator dan kondensor ---

f Koefisien gesekan air karena kekasaran dinding pipa --- G Faktor koreksi untuk jumlah dinding luar gedung --- GSHF Faktor beban pendingin sensibel untuk mesin pendingin --- GTH Beban pendingin untuk mesin pendingin (Grand Total Heat) Btu/h

(9)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

H Tinggi gedung ft

Hp Head pompa m(ft)

h1 Entalpi refrigeran masuk ke evaporator siklus kompressi uap kJ/kg

h2 Entalpi refrigeran keluar evaporator siklus kompressi uap kJ/kg

h3 Entalpi refrigeran masuk ke kondensor siklus kompressi uap kJ/kg

h4 Entalpi refrigeran keluar ke kondensor siklus kompressi uap kJ/kg

h3 Entalpi udara memasuki coil pendingin pada Fan Coil Unit Btu/lb

h4 Entalpi udara keluar dari coil pendingin pada Fan Coil Unit Btu/lb

hf Kerugian head mayor m

hi,dspht Koefisien konveksi panas aliran internal proses desuperheating W/m·K

hi,eva Koefisien konveksi panas aliran internal karena proses evaporasi W/m·K

hi,kond Koefisien konveksi panas aliran internal karena proses kondensasi W/m·K

hi Koefisien konveksi panas aliran internal kondensor dan evaporator W/m·K

Koefisien konveksi panas aliran eksternal evaporator dan

kondensor W/m·K

K Faktor koreksi untuk warna dinding ---

k Konduktivitas panas dari material W/m2K

kf Konduktivitas panas refrigeran pada fasa cair jenuh W/m2K

ks Konduktivitas panas refrigeran pada pipa hisap W/m2K

kv Konduktivitas panas refrigeran pada fasa uap jenuh W/m2K

L Panjang tube untuk evaporator dan kondensor ft (m)

L Panjang gedung ft (m)

Lt Panjang total tube kondensor dan evaporator ft (m)

LMTD Rata-rata beda suhu logaritmik oC

l Panjang pipa air ft (m)

lb Jarak antar baffle in

m r Laju aliran massa refrigeran kg/s

m r’ Laju aliran massa refrigeran pada tiap tube kondensor kg/s

N Banyaknya sirip di sepanjang tube kondensor ---

Nt Jumlah total tube pada evaporator ---

NuD Bilangan Nusselt ---

(10)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

P Daya pompa kW(hp)

Psiklus Daya yang dibutuhkan kompressor per satuan laju aliran massa kW

Pr Bilangan Prandtl dengan fluida dievaluasi pada suhu film --- Prw Bilangan Prandtl fluida dievaluasi pada suhu permukaan tube ---

Q Kapasitas air m3/s

Qlantai Beban pendingin dari lantai Btu/h

Qkaca Beban pendingin dari kaca Btu/h

Qlaten Beban pendinginan laten Btu/h

Qpenerangan Beban pendingin dari penerangan Btu/h

Qsensible Beban pendinginan sensibel Btu/h

Qrej Kalor yang dibuang oleh kondensor ke lingkungan kJ/kg

Qatap Beban pendingin dari atap Btu/hr

Qdinding Beban pendingin dari dinding Btu/hr

Q coolingload Beban pendingin total Btu/hr

R Tahanan panas dari material ft2oF/Btu

RE Efek pendinginan yang dihasilkan karena penguapan refrigeran kJ/kg

Re Bilangan Reynold ---

Rf Tahanan termal maksimum dari konfigurasi sirip m2K/W

Rf,i” Faktor pengotoran dari refrigeran di dalam tube m2K/W

R”t,c Tahanan akibat adanya kontak persinggungan m2K/W

RH Kelembaban relatif %

RSHF Faktor beban pendingin sensibel untuk ruangan --- ro Jari-jari luar tube evaporator dan kondensor in.(mm)

ri Jari-jari dalam tube evaporator dan kondensor in.(mm)

SC Koefisien faktor koreksi yang bergantung pada jenis kaca ---

SHF Faktor beban pendingin sensibel ---

SHGF Faktor koreksi akibat radiasi sinar matahari pada kaca --- Sn Jarak vertikal tube di dalam evaporator dan kondensor in.(mm)

Sp Jarak horizontal tube di dalam evaporator dan kondensor in.(mm)

s Ukuran panjang sirip in.(mm)

TETD Total perbedaan temperatur ekivalen dinding oF(oC) TETD Total perbedaan temperatur ekivalen atap oF(oC)

(11)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

TD Beda suhu ruangan yang dikondisikan dengan suhu tanah oF(oC)

Tf Suhu film oF(oC)

Tground Suhu rata-rata permukaan tanah oF(oC)

Tr,i Suhu refrigeran memasuki evaporator dan kondensor oF(oC)

Tr,o Suhu refrigeran keluar evaporator dan kondensor oF(oC)

Tcoil Suhu rata-rata permukaan tube evaporator dan kondensor oF(oC)

Tsat Suhu saturasi refrigeran pada tekanan evaporasi dan kondensasi oF(oC)

Tw,i Suhu air memasuki evaporator oF(oC)

Tw,o Suhu air keluar evaporator oF(oC)

tadp Suhu pengembunan pada coil di Fan Coil Unit oF(oC)

T,o Suhu udara (DB) di luar ruangan oF(oC)

T,r Suhu udara (DB) di dalam ruangan yang dikondisikan oF(oC)

U Koefisien pindahan panas global untuk material Btu/ft2 oF Uo Koefisien pindahan panas global untuk evaporator dan kondensor W/m2K

W Daya total lampu untuk penerangan dalam gedung W

w Lebar sirip pada kondensor in.(mm)

wi’ Kelembaban udara di dalam ruangan yang dikondisikan gr/lb

wo’ Kelembaban udara di luar ruangan gr/lb

Dn Diameter nominal pipa air (steel pipe) in.

Dn Diameter nominal pipa refrigeran (copper tube) in.

Nilai kekasaran pipa m(ft)

o Nilai keefektifan total sirip ---

f Nilai keefektifan sirip yang bergantung kepada konfigurasi sirip ---

Viskositas dinamik untuk udara atau air Pa·s

l Viskositas dinamik R-134a pada fasa cair jenuh Pa·s s Viskositas dinamik R-134a pada pipa hisap Pa·s

Viskositas kinematik untuk air dan udara m2/s(ft2/s)

v Viskositas kinematik dari R-134a pada fasa uap jenuh m 2

/s(ft2/s)

l Viskositas kinematik dari R-134a pada fasa cair jenuh m 2

/s(ft2/s)

Massa jenis air atau udara kg/m3

l Massa jenis R-134a pada fasa cair jenuh kg/m

s Massa jenis R-134a pada pipa hisap kg/m

(12)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

u Massa jenis udara pada tekanan 1 bar kg/m

v Massa jenis R-134a pada fasa uap jenuh kg/m

l Volume jenis refrigeran pada fasa cair jenuh m 3

/kg

v Volume jenis refrigeran pada fasa uap jenuh m

/kg

f Koefisien tahanan termal maksimum pada sirip kondensor ---

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Tabel Total Equivalent Temperatur Different untuk dinding sebelum dikoreksi

Tabel 3.2 Tabel nilai tahanan panas untuk berbagai material

Tabel 3.3 Tabel Total Equivalent Temperatur Different untuk dinding setelah dikoreksi

Tabel 3.4 Tabel luas dinding luar lantai 1,2, dan 3 dari gedung. Tabel 3.5 Tabel Cooling Load dinding pada Lantai 1,2, dan 3.

Tabel 3.6 Tabel Total Equivalent Temperature Differentials untuk atap konstruksi berat dengan bahan beton 6 inci dan isolasi 2 inci, sebelum dikoreksi Tabel 3.7 Tabel Total Equivalent Temperature Differentials untuk atap konstruksi

berat dengan bahan beton 6 inci dan isolasi 2 inci, setelah dikoreksi Tabel 3.8 Perhitungan Cooling Load Atap

Tabel 3.9. Nilai SHGF untuk 4oLU Tabel 3.10 Tabel SC untuk kaca Tabel 3.11 Nilai CLF untuk kaca

Tabel 3.12 Tabel perhitungan Luas kaca berdasarkan arah pada Lantai 1,2, dan 3 Tabel 3.13. Tabel Cooling Load kaca untuk Lantai 1,2, dan 3

(13)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

Tabel 3.15 Tabel Cooling Load penerangan dan alat elektronik untuk Lantai 1,2,dan 3

Tabel 3.16 Tabel panas yang dihasilkan manusia

Tabel 3.17 Tabel Cooling Load manusia untuk Lantai 1,2,dan 3 Tabel 3.18 Tabel Cooling Load infiltrasi untuk Lantai 1,2,dan 3 Tabel 3.19 Tabel kebutuhan udara untuk ventilasi

Tabel 3.20 Tabel Cooling Load ventilasi untuk Lantai 1,2,dan 3 Tabel 3.21 Tabel Cooling Load Total Lantai 1 s/d. Lantai 3

Tabel 4.1 Tabel Perbandingan titik beku, titik didih, dan tekanan evaporator dan kondensor berbagai refrigeran

Tabel 4.2 Tabel Nilai P, h, dan T untuk R134 A

Tabel 5.1 Bagian-bagian Alat Penukar Kalor Shell and Tube berdasarkan standar TEMA

Tabel 5.2 Tebal pelat Baffle

Tabel 5.3 Tabel clearance antara shell dengan baffle (TEMA Standard)

Tabel 5.4 Tabel ukuran diameter baffle (TEMA Standard)

Tabel 5.5 Standar jumlah ukuran tie-rods alat penukar kalor

Tabel 5.6 Tabel tebal shell

Tabel 7.1 Tabel kekasaran Pipa Berbagai Material Tabel 7.2 Tabel sifat fisik air

Tabel 7.3 Harga C untuk berbagai jenis pipa Tabel 7.4 Tabel perhitungan head pompa

Tabel 7.5 Tabel kecepatan maksimum udara dalam duct system kecepatan rendah Tabel 7.6 Tabel perhitungan Ukuran ducting pada lantai 1

Tabel 7.7 Tabel perhitungan Ukuran ducting pada lantai 2 Tabel 7.8 Tabel perhitungan Ukuran ducting pada lantai 3

(14)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

DAFTAR LAMPIRAN

L.1. Tabel Temperatur Kota Medan pada bulan Januari s.d Maret 2007 L.2. Tabel RH kota Medan pada bulan Januari s.d Maret 2007

L.3. Tabel Saturasi R-134 A

L.4. Tabel Equivalent Temperature Difference untuk atap beserta koreksinya L.5. Tabel Total Equivalent Temperature Difference untuk dinding

L.6. Tabel Total Equivalent Temperature Differentials untuk atap L.7. Tabel Cooling Load Factor untuk kaca tanpa Interior Shading L.8. Tabel C dan m untuk korelasi Zhukaukas

L.9. Faktor koreksi untuk korelasi Zhukaukas L.10. Tabel sifat air pada saturasi

L.11. Tabel data tube copper

L.12. Tabel sifat udara pada tekanan 1 atm L.13. Tabel faktor pengotoran

L.14. Tabel tahanan kontak L.15. Grafik nilai f

L.16. Tabel data pipa baja

L.17. Tabel panjang ekivalen aksesoris pipa L.18. Katalog Liang Chi Industry Co., LTD L.19. Jalur ducting Lantai 1

(15)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

L.20. Jalur ducting Lantai 2 L.21. Jalur ducting Lantai 3

L.22. Jalur pemipaan air di lantai 1,2,3 L.23. Katalog Package Unit Model 50BJ054 L.24. Katalog Kelly and Lewis Pump

L.25. Denah bangunan kantor ADPEL L.26. Tabel sifat termodinamika air jenuh L.27. Gambar teknik Cooling Tower L.28. Tabel sifat fisik berbagai material

L.29. Tabel uap air pada tekanan atmosfer 14,696 psia ( 29,92 in Hg)

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dewasa ini, penggunaan mesin pengkondisian udara semakin marak sejak pertama kali ditemukan oleh Carrier pada tahun 1902. Teknologi mesin pengkondisian udara telah berkembang pesat sejak saat itu, dan mengalami perbaikan dari waktu ke waktu. Berbagai sistem pengkondisian udara telah dikembangkan mulai dari direct ekspansion sampai water chiller dan telah menjadi bagian yang tidak terpisahkan dalam kehidupan manusia saat ini. Mesin pendingin menjadi kebutuhan utama untuk tempat-tempat umum seperti gedung perkantoran, hotel, rumah sakit, mal, supermarket, restoran, bar, dsb yang ditempati banyak orang dimana kenyamanan udara menjadi sangat penting. Pada beberapa tahun terakhir ini, kurang lebih setengah dari seluruh biaya pembangunan sarana yang diperlukan suatu bangunan, misalnya untuk sistem mekanikal dan elektrik dan sebagainya, kira-kira 30 sampai 50 persen dihabiskan untuk sistem penyegaran udara saja. Dan seorang ahli kesehatan Frugge pada tahunn 1905 mengatakan jika seseorang berada di dalam suatu ruangan tertutup untuk jangka waktu yang lama, maka pada suatu ketika ia akan merasa kurang nyaman. Manusia dapat diibaratkan seperti sebuah motor bakar. Manusia harus mengeluarkan panas yang dihasilkannya sebagai akibat dari kerja yang dilakukannya. Jika panas tersebut tidak dapat keluar dari badan manusia, misalnya

(16)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

karena temperatur dan kondisi udara di sekelilingnya tidak memungkinkan hal tersebut untuk terjadi dengan baik, maka ia akan merasakan suatu keadaan yang tidak menyenangkan. Dan hasil penelitian tentang lingkungan kerja menunjukkan bahwa di dalam ruang kerja yang berudara segar, karyawan dapat bekerja lebih baik dan jumlah kesalahan dapat dikurangi, sehingga efisiensi kerja dapat ditingkatkan.

Sesuai dengan judul tugas sarjana ini, perencanaan mesin pendingin yang akan dibahas adalah pada bidang perkantoran, yaitu pada proyek pembangunan kantor berlantai 3 di Medan, tepatnya di daerah Belawan. Kantor ini merupakan Kantor Administrator Pelayaran (ADPEL) yang bergerak di bidang Pelayaran dan Kelautan.

1.2. Tujuan Perencanaan

Tujuan perencanaan sistem penyegaran udara yang dirancang pada bangunan Kantor Administrator Pelayaran ini adalah untuk memperoleh temperatur, kelembaban serta distribusi udara sesuai dengan persyaratan yang diperlukan serta untuk memberikan kenyamanan kepada pengunjung (tamu-tamu) dan karyawan-karyawan kantor agar mereka dapat bekerja secara maksimal.

1.3. Pembatasan Masalah

Adapun pembatasan masalah pada tugas sarjana ini adalah hanya pada perhitungan termodinamika dan perpindahan panas yang diasumsikan dalam keadaan

steady state. Untuk perhitungan termodinamika, dibatasi hanya pada analisa siklus

kompresi uap ideal dimana semua penurunan tekanan yang terjadi pada siklus diabaikan karena keterbatasan data survei dan referensi pendukung. Perhitungan perpindahan panas didasarkan pada metode empiris berdasarkan korelasi Zhukaukas dan Pethukov. Perhitungan perpindahan panas dengan metode beda hingga maupun metode elemen hingga tidak dibahas karena faktor keterbatasan.

Perencanaan mesin pendingin dibatasi pada komponen utama yaitu evaporator, kompresor, kondensor, katup ekspansi dan cooling tower. Adapun komponen pendukung seperti alat kontrol tidak dibahas karena keterbatasan. Khusus untuk kondensor, perhitungan dibatasi pada dimensi utama yaitu ukuran sirip, tube dan susunannya. Untuk evaporator, perhitungan dibatasi pada dimensi utama yaitu ukuran sirip, tube dan susunannya. Untuk kompresor, perhitungan dibatasi sampai daya kompresor dan volume displacement. Sedangkan untuk cooling tower,

(17)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

perhitungan meliputi dimensi utama yaitu diameter dan tinggi menara, luas dan tinggi lubang udara, diameter kepala, pipa dan lubang sprinkle. .Perhitungan dimensi lain dari kompresor dan analisa kinematika serta dinamika pada kompresor tidak diuraikan lagi.

Untuk sistem pemipaan air dingin dibatasi pada perencanaan jalur pemipaan, perencanaan diameter pipa berdasarkan kerugian head dan kapasitasnya, perencanaan pompa berdasarkan kerugian head. Perencanaan package unit didasarkan pada pemilihan package unit berdasarkan katalog Carrier.

Satuan yang digunakan dalam tugas sarjana ini terdiri dari satuan British, metrik, dan SI. Penggunaan satuan yang bervariasi dalam tugas sarjana ini disebabkan bervariasinya satuan yang digunakan pada literatur, grafik, dan tabel empiris yang menjadi dasar perhitungan penulis.

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

Mesin pendingin adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari dalam ruangan ke luar ruangan. Adapun sistem mesin pendingin yang paling banyak digunakan adalah sistem kompresi uap. Secara garis besar komponen sistem pendingin siklus kompresi uap terdiri dari:

• Kompresor, berfungsi untuk mengkompresi refrijeran dari fasa uap tekanan rendah evaporator hingga ke tekanan tinggi kondensor.

• Kondensor, berfungsi untuk mengkondensasi uap refrijeran panas lanjut yang keluar dari kompresor.

• Katup ekspansi, berfungsi untuk mencekik (throttling) refrijeran bertekanan tinggi yang keluar dari konsensor dimana setelah melewati katup ekspansi ini tekanan refrijeran turun sehingga fasa refrijeran setelah keluar dari katup ekspansi ini adalah berupa fasa cair + uap.

• Evaporator, berfungsi untuk menguapkan refrijeran dari fasa cair + uap menjadi fasa uap

(18)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

Secara garis besar, diagram alir dan diagram P-h untuk siklus kompresi uap dapat dilihat pada gambar 2.1 di bawah.

(a)

(b)

Gambar 2.1. (a) Diagram alir siklus kompresi uap (b) Diagram P-h

Proses-proses yang membentuk siklus kompresi uap antara lain :

1-2. Penambahan kalor reversibel pada tekanan tetap di evaporator, yang menyebabkan penguapan menuju uap jenuh.

2-3. Kompressi adiabatik dan reversibel di kompresor, dari uap jenuh menuju tekanan kondensor.

(19)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

3-4. Pelepasan kalor reversibel pada tekanan konstan di kondensor, menyebabkan penurunan panas-lanjut (desuperheating) dan pengembunan refrijeran.

4-1. Ekspansi tidak reversibel pada entalpi konstan di katup ekspansi, dari cairan jenuh menuju tekanan evaporator.

Besaran-besaran yang penting untuk diketahui dari suatu siklus kompresi uap antara lain:

- Kerja kompresi yaitu perubahan entalpi pada proses 2-3 yaitu dari h2 – h3

- Dampak Refrijerasi (Refrigerating Effect) atau RE yaitu kalor yang dipindahkan pada proses 1-2 atau h2 – h1 yang dapat dirumuskan:

RE = h2 – h1...(2.1)

(literatur : Jordan, Richard C., “Refrigeration and Air Conditioning” ,hal 69)

- Koefisien prestasi (COP) dari siklus kompressi uap ideal adalah dampak refrijerasi dibagi dengan kerja kompressi :

2 3

1 2

h h

h h COP

−−

= ...(2.2)

(literatur : Jordan, Richard C., “Refrigeration and Air Conditioning” ,hal 71) - Laju alir massa refrijeran (mr

•

) dapat dihitung dengan membagi kapasitas

refrijerasi dengan dampak refrijerasi :

1 2 h

h Q RE

Q mr

− = =

•

( kg/s)...(2.3)

(literatur : Stocker, Wilbert F., and William C. Jerold., “Air Conditioning and Refrigeration” ,hal 189)

- Daya Per Kilowatt Refrijerasi (P ) yaitu daya untuk setiap kilowatt refrijerasi

merupakan kebalikan dari koefisien prestasi dan dapat dihitung sebagai berikut :

(

)

Q h h m

P= × 3 − 2

•

(kW/kW)...(2.4)

(literatur : Stocker, Wilbert F., and William C. Jerold., “Air Conditioning and Refrigeration” ,hal 189)

Sistem refrijerasi berdasarkan siklus kompresi uap kadang-kadang dilengkapi dengan penukar kalor jalur cair-ke-hisap (liquid-to-suction), yang menurunkan suhu

(20)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

(subcools) cairan dari kondensor dengan uap isap (suction vapor) yang datang dari evaporator yang dapat dilihat pada gambar 2.2 di bawah.. Membawahdinginkan (subcooling) cairan dari kondensor dilakukan untuk menjamin bahwa seluruh refrijeran yang memasuki alat ekspansi dalam keadaan 100 persen cair. Pemanasan lanjut uap dari evaporator disarankan sebagai pencegah cairan agar tidak memasuki kompressor.

Gambar 2.2. Diagram alir siklus kompresi uap yang dilengkapi penukar kalor.

Dalam aplikasinya, sistem pengkondisian udara (AC) yang pada prinsipnya berdasarkan pada sistem kompresi uap, dilengkapi dengan berbagai peralatan

pendukung tambahan dan menggunakan fluida kerja tambahan selain refrijeran untuk meningkatkan efisiensi dan performansinya. Berbagai sistem pengkondisian udara beserta keuntungan dan kerugiannya akan dibahas lebih lanjut pada subbab berikut :

2.2 Klasifikasi Sistem Pengkondisian Udara

Secara umum, sistem pengkondisian udara dapat diklasifikasikan menjadi 3 bagian yaitu:

1. All Air Systems

(21)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

3. Air-Water Systems

2.2.1. All Air Systems

Sistem ini merupakan sistem pengkondisian udara yang paling banyak dipergunakan. Di dalam sistem ini yang menjadi media pendingin adalah udara yang bertukar panas langsung dengan coil yang didalamnya mengalir refrijeran. Campuran udara luar dan udara ruangan difilter dengan saringan udara, lalu didinginkan dengan koil pendingin dan dilembabkan (udara dapat juga dipanaskan dengan koil pemanas) melalui mesin pendingin, kemudian dialirkan kembali ke dalam ruangan dengan kipas atau blower melalui saluran udara (duct) menuju beberapa bagian ruangan.

All Air Systems dapat dilihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.3. All Air Systems

Keuntungan dari sistem ini adalah:

a. Sederhana, mudah perancangan, pemasangan, pemakaian dan perawatannya. b. Biaya awalnya relatif murah.

(22)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

Sedangkan kerugian dari sistem ini adalah:

a. Kesulitan pengaturan temperatur dan kelembaban dari ruangan yang dikondisikan, karena beban kalor dari setiap ruangan tersebut mungkin berbeda satu sama lain. b. Saluran utama berukuran besar sehingga makan tempat.

Adapun jenis dari All Air Systems adalah:

(a) Window System

Pada window system kondensor, kompresor dan evaporator terletak pada satu unit mesin. Dimana letak dari evaporator akan dihadapkan pada ruangan yang dikondisikan, sedangkan letak kondensor dan kompresor akan dihadapkan keluar ruangan yang tidak dikondisikan., seperti Gambar 2.4 berikut

Gambar 2.4. Window System

(b) Split System

Unit ini hampir sama seperti halnya window system, hanya saja pada split system ini unit kondensor beserta kompresor dan unit evaporator dan katup ekspansi diletakkan secara terpisah, dimana evaporator dan katup ekspansi diletakkan dalam ruangan dan kondensor serta kompresor diletakkan di luar ruangan yang dikondisika, seperti gambar 2.5. berikut

(23)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

Gambar 2.5. Split System

(c) Package System

Pada package system unit kondensor, kompresor, evaporator, dan katup ekspansi semuanya “dipaketkan” dalam satu unit mesin pendingin. Kondensor dapat diletakkan didalam ruangan beserta dengan evaporator. Siklus kerjanya sama seperti tipe windo w system dan split system. Hanya saja kondensor yang dipakai umumnya berupa water-cooled condensor (kondensor pendinginan air) dimana panas dari refrijeran di dalam kondensor akan diserap oleh air pendingin. Air pendingin ini yang telah mengalami kenaikan suhu akan didinginkan di dalam

(24)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

Gambar 2.6. Package System

2.2.2. All Water Systems

Pada All Water Systems, udara dikondisikan oleh air dingin sebagai media pendingin yang dialirkan melalui Fan Coil Unit. Mesin pendingin yang digunakan sistem ini dikenal dengan water chiller. Air yang telah menjadi panas setelah menyerap panas udara ruangan yang dikondisikan, dialirkan ke evaporator untuk didinginkan oleh refrijeran menjadi air dingin yang untuk selanjutnya dialirkan kembali ke Fan Coil Unit di tiap ruangan yang dikondisikan.

All Water Systems untuk penggunaan komersial dapat dipertimbangkan karena

lebih murah dan membutuhkan tempat yang lebih sedikit dibandingkan All Air

Systems, tapi tidak sama halnya bila untuk pengguna perumahan.

Air memiliki kalor jenis yang lebih tinggi dan massa jenis yang lebih besar dibandingkan dengan udara. Yang berarti kebutuhan akan air lebih sedikit untuk disirkulasikan untuk perpindahan panas yang sama besarnya. Hasil akhirnya adalah luas daerah pengerjaan dibagian pemipaan akan lebih kecil jika dibandingkan dengan pemasangan ducting.

All Water Systems sangat berguna sekali ketika tempat yang tersedia

benar-benar terbatas. Contoh yang terpenting adalah instalasi sistem pendingin udara di gedung-gedung besar yang telah dibangun lama yang pada dasarnya tidak didesain untuk dikondisikan.

Kejelekan dari pengerjaan ducting dan peralatan pengendali udara sentral, dan dalam rangka menghemat tempat yang berharga pada bangunan, maka hasil akhir menunjukkan bahwa All Water Systems pada dasarnya sering lebih murah

dibandingkan All Air Systems untuk pekerjaan skala besar, terutama di gedung-gedung yang menjulang tinggi.

(25)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

a. Banyaknya fan coil unit yang berarti membutuhkan banyak biaya perawatan dan biaya-biaya lainnya.

b. Pengontrolan dari jumlah udara ventilasi tidak dapat diperhitungkan dengan tepat apabila pada fan coil unit tersebut menggunakan kipas kecil.

c. Pengontrolan dari kelembaban sangat terbatas.

All Water Systems sangat populer dengan sistem sentral dengan biaya rendah

untuk multi ruangan terutama pada gedung-gedung yang menjulang tinggi.

All Water Systems dapat dilihat pada gambar 2.7.

(26)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

2.2.3. Air-Water Systems

Sistem ini adalah kombinasi dari All Air System dan All Water System dimana sistem ini menggunakan media udara primer yang didinginkan dan media air

pendingin yang didistribusikan dari sistem sentral ke unit terminal di tiap ruangan individu.

Air-Water Systems menggunakan yang terbaik dari All Air Systems dan All Water Systems. Kebanyakan energi diserap oleh air. Dan biasanya jumlah udara yang

terdistribusi hanya cukup untuk ventilasi. Oleh karena itu, besarnya ruangan ceiling yang dibutuhkan juga kecil. Sebagai tambahan, udara biasanya dimasukkan dengan kecepatan tinggi.

Fan coil unit dapat digunakan sebagai terminal unit dalam ruangan, diatur

untuk menerima distribusi udara dari sentral, atau udara dapat disuplai secara

langsung ke dalam ruangan. Biasanya terminal unit yang digunakan dalam All Water

Systems adalah Unit Induksi. Udara sentral yang sampai ke tiap unit disebut udara

primer. Udara dengan kecepatan tinggi melalui unit tersebut, maka menginduksi udara di dalam ruangan (udara sekunder) melalui coil air. Oleh sebab itu tidak dibutuhkan kipas atau fan atau motor untuk tipe unit seperti ini, yang tentunya mengurangi biaya perawatan yang besar.

Unit induk si sistem Air-Water Systems sangat populer di gedung-gedung bertingkat yang menjulang tinggi.Biaya awalnya juga relatif lebih tinggi.

Jumlah udara primer dalam sistem induksi mungkin sekitar 25 persen atau kurang dari total penggunaan udara pada sistem All Air Systems yang konvensional. Karena sebab itu sering tidak cukup udara luar mendinginkan, bahkan sekalipun pada musim dingin. Maka pada saat demikian air dingin perlu dialirkan ke dalam unit coil di dalam ruangan.

(27)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

Gambar 2.8. Air-Water Systems

2.3. Kondisi Kenyamanan ASHRAE

Tujuan sistem pengkondisian udara adalah menghasilkan lingkungan yang nyaman dan sehat bagi manusia yang berada di dalamnya. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi kenyamanan tersebut adalah:

a. Temperatur Udara

Temperatur udara yang terlalu tinggi akan mengurangi konveksi panas tubuh ke udara sekitar, sehingga suhu tubuh tidak dapat terbuang ke udara dan tubuh akan terasa tidak nyaman. Temperatur udara yang terlalu rendah juga akan

mengakibatkan kehilangan panas tubuh yang sangat besar, yang juga menyebabkan tidak nyaman.

b. Kelembaban Udara

Kelembaban yang tinggi akan menyebabkan evaporasi pendingin menjadi terhalang dari perspirasi.

c. Kecepatan Udara

Kecepatan udara yang terlalu tinggi juga akan menyebabkan konveksi yang bertambah dan evaporasi, dimana udara ruangan akan memperbesar kehilangan panas yang terjadi. Sehingga pada akhirnya akan menyebabkan tubuh kehilangan panas tubuh yang berlebihan.

(28)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

melakukan beberapa tes terhadap manusia untuk menentukan kondisi udara yang nyaman berdasarkan kombinasi dari ketiga kondisi diatas, dan hasilnya digambarkan dalam bentuk ASHRAE Comfort Chart. Kondisi suhu dan kelembaban relatif dalam suatu perencanaan harus berdasarkan ASHRAE Comfort Chart seperti gambar 2.9 di bawah.

Gambar 2.9. ASHRAE Comfort Chart

2.4. Pertimbangan dan Perencanaan Awal

Dalam merencanakan sistem pendingin, hendaknya juga harus memperhatikan banyak aspek antara lain masalah biaya dan dari segi arsitektur bangunan, agar seni bangunan tidak menjadi rusak. Oleh karena itu, perencanaan sistem refrijerasi dan pengkondisian udara pada bangunan kantor ini didasarkan pada gambar denah bangunan kantor yang diberikan yaitu gambar 2.10, 2.11, dan 2.12 berikut, dan disertakan pada Lampiran secara lengkap.

(29)

M adi M a rg oy u n g an : P e renc an

aan U

t M

in P

e n di ng in U nt uk K ebut uh

an P

eng k on di s ian U d a ra Pa da B a n guna n K a n to r AD PE L D i M ed an, 20 08 . U S U R e p os itor y © 20 09 G a m ba r 2. 10. D ena h L a nt a i 1 Bid. KPLP Toilet Kabid BAK TANAMAN BAK TANAMAN R. Arsip Kabid. KPLP Kasi Keamanan R.Senjata Kasi Penyelamatan Kasi Kesyahbandaraan Toilet Pria Toilet Wanita Janitor LOBBY MEE Pantry Umum R.Istirahat Ka.Adpel RSG R.Persiapan Pantry Ruang Tidur Penjaga Keamanan/Informasi Smoking Area Ruang Serbaguna/AULA

(30)

M adi M a rg oy u n g an : P e renc an

aan U

t M

in P

e n di ng in U nt uk K ebut uh

an P

eng k on di s ian U d a ra Pa da B a n guna n K a n to r AD PE L D i M ed an, 20 08 . U S U R e p os itor y © 20 09 G a m ba r 2. 11. D ena h L a nt a i 2 Bag. Pembukuan Bag. Keuangan Ruang Kontrol R. Fotocopy KORIDOR Kantin Ruang Perawatan dan Obat-Obatan Toilet Kabid Ruang Istirahat Smoking Area Kabid. Adminitrasi Bid. Administrasi Ruang Arsip R. Peralatan Toilet Umum Toilet Pria Toilet Wanita Janitor VOID VOID

DENAH LANTAI 2

(31)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

Gambar 2.12. Denah Lantai 3

2.4.1. Perencanaan Sistem

Sistem refrijerasi yang

akan dipilih adalah

sistem kompresi uap dengan kompresor

bolak-balik (reciprocating

compressor) dan kondensor tipe shell

and tube. Adapun jenis

evaporator yang direncanakan tergantung

pada sistem pengkondisian udara

yang dipilih apakah akan menggunakan sistem AC sentral atau terpisah.

Dalam perencanaan sistem pengkondisian udara, ada 2 alternatif yang dapat dipertimbangkan yaitu All-Water Systems atau All-Air Systems. Adapun Air-Water

T o il e t K abi d K a s i P e n g u k u ra n K a s i K e p e la u ta n K a si K e s e la m a ta n K a p a l B id . K e la ik la u ta n K a p a l R u a n g A rs ip I I K a b id . K e la ik la u ta n K a p a

l Toi

let K ab id . V O ID S mo k in g A re a R . A IS R u a n g A rsi p K a si W a s. F a s il it a s K a s i P e n u m p a n g A n g la & T K B M K a s i L a li n & A n g la R.Wudhu R .S h o la t J a n it o

r To

il e t W a n it a T o il e t P ri a K a b .L a la & K e p e la b u h a n B id .L a la & K e p e la b u h a n

D

E

N

A

H

L

A

N

T

A

I

3

(32)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

System tidak menjadi pertimbangan karena terdapat kesulitan dalam pemasangan dan

pengontrolan sistem tersebut.

Pada All-Water Systems terdapat dua metode dalam pengkondisian udara dengan yaitu dengan menggunakan AHU atau Fan Coil Unit. Bila menggunakan AHU, maka air dingin hanya dialirkan ke ruangan AHU untuk mengkondisikan udara ruangan yang dialirkan ke AHU melalui ducting (saluran udara). Sedangkan bila menggunakan Fan Coil Unit, air dingin dialirkan ke setiap Fan Coil Unit yang ditempatkan di setiap kamar yang dikondisikan dan langsung digunakan untuk mengkondisikan udara di setiap kamar tersebut. Sehingga dalam hal ini, tidak diperlukan ducting. Dalam perencanaan unit pendingin untuk gedung perkantoran, pemasangan fan coil unit akan membutuhkan biaya dan waktu perawatan sedangkan gedung perkantoran digunakan setiap jam kerja sehingga akan mengganggu aktivitas kerja yang menyebabkan keefektifan dan produktivitas kerja menurun. Selain fan coil

unit, berdasarkan gambar denah bangunan kantor ini, tidak disediakan ruangan khusus

untuk AHU.

Jadi, menggunakan All-Water System tidak menjadi pertimbangan yang bagus dalam perencanaan ini. Sistem ini dinilai tidak cocok dari segi biaya, pemasangan, performansi, maupun pengontrolan dan pengawasannya. Pada sistem ini, mesin pendingin tidak dapat diletakkan terpisah dari ruangan yang dikondisikan dimana air dingin sebagai media pendingin dalam sistem ini dihasilkan dari evaporator dan dialirkan melalui jalur perpipaan untuk mengkondisikan udara di setiap ruangan kantor. Di samping itu, tidak terhitung berapa biaya listrik yang dihabiskan dalam mengkondisikan ruangan-ruangan yang relatif besar dalam gedung ADPEL ini tetapi pemakaiannya relatif tidak sering dan ruang pemasangan yang relatif lebih besar jika dibandingkan dengan All-Air System. Karena kesulitan-kesulitan itu, sistem pendingin

All-Water System tidak cocok digunakan dalam perencanaan ini.

Pada All-Air System, terdapat dua pilihan yang dapat menjadi pertimbangan yaitu apakah akan menggunakan split system atau package unit. Split system tidak cocok untuk bangunan kantor yang terdiri dari banyak tingkat dan ruangan. Hal ini disebabkan akan terdapat bagian dari split system yaitu condensing unit (kompresor dan kondensor) yang dipasang pada sisi bangunan sebelah luar. Hal ini tentu saja akan merusak seni arsitektur dari bangunan.

(33)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

kantor ADPEL ini. Package unit untuk aplikasi kantor ditempatkan pada setiap lantai untuk memenuhi kebutuhan udara dingin pada tiap lantai. Hal yang menjadi pertimbangan dalam pemilihan package unit karena adanya ruangan tertentu yang digunakan jika terdapat acara (event) tertentu saja seperti yang telah disinggung. Adapun evaporator yang akan digunakan adalah jenis fin-coil air cool evaporator.

2.4.2. Modifikasi Bangunan

Sebelum merencanakan dan menempatkan mesin pendingin di bangunan kantor ini, ada beberapa bagian dari bangunan yang perlu dimodifikasi. Adapun modifikasi yang perlu dilakukan adalah:

 Pada gedung ADPEL, direncanakan suatu shaft yang melalui tiap-tiap lantai sehingga membentuk satu garis dari lantai 1 hingga ke lantai 3. Shaft tersebut direncanakan akan diletakkan di depan tangga utama Lobby Lantai 1. Demikian juga dengan Lantai 2 dan 3 gedung perkantoran ini.

2.5. Penempatan Mesin Pendingin

Penempatan perlengkapan mesin pendingin berdasarkan gambar denah bangunan adalah sebagai berikut:

 Package Unit untuk Lantai 1 dan Lantai 2 diletakkan pada Lantai 1-Mezanine,

sedangkan mesin pendingin untuk lantai 3 diletakkan pada Lantai 3, di samping ruang arsip.

 Pompa air untuk memompakan air dingin dari kondensor ke cooling tower. Pompa ini diletakkan bersama-sama dengan mesin pendingin pada masing-masing lantai.

 Pipa air dari kondensor dilewatkan dari shaft menuju ke cooling tower melewati bagian atas langit-langit.

 Menara pendingin diletakkan di atap lantai 3.

BAB 3

ESTIMASI BEBAN PENDINGIN DAN

SIKLUS PENGKONDISIAN UDARA

(34)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

3.1. Definisi Beban Pendingin dan Kondisi Perencanaan

Beban pendingin adalah total seluruh kalor yang harus dikeluarkan dari sebuah ruangan agar temperatur dan kelembaban udara dalam ruangan dapat dipertahankan pada tingkat kenyamanan tertentu.

Komponen-komponen yang mengkonstribusikan kalor yang diserap oleh ruangan dapat dituliskan sebagai berikut:

a. Transmisi kalor melalui struktur bangunan b. Radiasi panas matahari

c. Infiltrasi atau kebocoran udara yang masuk ke dalam ruangan d. Kalor yang masuk dikarenakan oleh kebutuhan ventilasi e. Emisi kalor dari manusia yang berada didalam ruangan f. Kalor dari lampu dan barang elektronik

g. Kalor yang bersumber dari dalam ruangan, seperti halnya komputer, pemanas air dan sebagainya.

h. Kalor yang berasal dari material atau barang yang dibawa masuk ke dalam ruangan yang dikondisikan, yang berasal dari temperatur yang lebih tinggi.

Kondisi perencanaan meliputi:

• Kondisi suhu dalam ruang direncanakan (T,r) adalah 75,2oF (24oC) dengan

kelembaban relatif (RH) berdasarkan perhitungan grafik Psychometric Chart.

• Suhu udara luar direncanakan dari suhu udara maksimum berdasarkan tabel data statistik suhu dan kelembaban udara kota Medan pada Lampiran [L.1] yaitu T,o =

35,6 º C DB dengan RH = 77%. Hal ini didasarkan atas Data Badan Meteorologi dan Geofisika (BMG)

3.2. Perhitungan Cooling Load

3.2.1. Perhitungan Cooling Load dari dinding

Besarnya panas yang diserap oleh dinding bangunan karena radiasi matahari dihitung dengan:

Qdinding = U × A × TETD…………(3.1)

(literatur : Jordan, Richard C., “Refrigeration and Air Conditioning” ,hal 225)

(35)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

A = luas permukaan dinding luar yaitu dinding yang menerima sinar matahari secara langsung.

TETD = Total equivalent temperature diference adalah total perbedaan temperatur ekivalen yang ditampilkan pada tabel 3.1 berikut yang terdapat pada Lampiran [L.4]

Tabel 3.1 TETD untuk dinding 4 in Brick, warna terang

ARAH Waktu

8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00

N -4 -3 -2 1 4 5 6 8 10 11 12

E 0 7 14 15 16 15 14 13 12 13 14

S -4 -3 -2 5 12 14 16 17 18 17 16

W -2 -1 0 3 6 7 8 13 18 23 28

SE -2 4 10 14 18 17 16 15 14 14 14

SW -2 -2 -2 1 4 3 2 15 22 24 26

NE -4 4 12 11 10 8 6 8 10 12 14

NW -4 -3 -2 1 4 5 6 9 12 17 22

Sumber : Jordan, Richard C.,Refrigeration and Air Conditioning ,hal 224

Adapun material dinding pada bangunan kantor ini dengan tahanan panasnya masing-masing berdasarkan Tabel 3.1.1 adalah sbb :

- 4 in common brick dengan tahanan termal (R1) adalah 0,8 oF hr ft2 / Btu.

- 1 in cement plaster dengan tahanan termal (R2 =R3) adalah 0,2oF hr ft2 / Btu.

- Tahanan konveksi di luar ruangan untuk udara bergerak dengan kecepatan 7,5mph (Ro) adalah 0,25 oF hr ft2 / Btu.

- Tahanan konveksi di luar ruangan untuk udara bergerak menurut Jordan [L. 4] dengan kecepatan angin berkisar antara 7,5 - 15 mph. Sedangkan dari hasil pengukuran diperoleh kecepatan angin di Medan berkisar antara 10 - 12 km/jam dan dipilih kecepatan maksimumnya yaitu 12 km/jam atau sekitar 7,5 mph. Sehingga tahanan konveksi di luar ruangan (Ro) = 0,25 oF.hr.ft2/Btu - Maka U =

o R

R R R

R₁+ ₂ + ₃ + +

68 , 0 25 , 0 2 , 0 2 , 0 8 , 0

+ + +

+ =0,47

Btu/ft2hroF

(36)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

(37)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

Gambar (3.1). Konstruksi dinding

Menurut Jordan , nilai TETD pada tabel 3.1 harus dikoreksi terlebih dahulu dengan faktor pertimbangan koreksi sebagai berikut:

• Berdasarkan perbedaan temperatur udara luar dengan temperatur udara ruangan yang dikondisikan.

a. Jika perbedaan temperatur lebih besar dari 15 derajat, tambahkan kelebihannya ke nilai TETD pada tabel 3.1.

b. Jika perbedaan temperatur lebih kecil dari 15 derajat, kurangkan kekurangannya ke nilai TETD pada tabel 3.1.

• Berdasarkan daily range temperatur udara luar.

a. Jika daily range lebih kecil dari 20 derajat, tambahkan 1 derajat setiap penurunan 2 derajat daily range ke nilai TETD pada tabel 3.1.

b. Jika daily range lebih besar dari 20 derajat, kurangkan 1 derajat setiap naiknya 2 derajat daily range ke nilai TETD pada tabel 3.1.

Sehingga faktor koreksi dapat dihitung sbb:

- Daily range yang diperoleh dari hasil pengolahan data temperatur dan kelembaban kota Medan secara statistik pada Lampiran [L.2] yaitu 8,12oF < 20oF, maka koreksi yang perlu ditambahkan adalah :

= (20oF – 8,12oF) / 2 = 5,94oF ≈ 6 oF

- Perbedaan temperatur udara luar maksimum dengan temperatur udara ruangan yang dikondisikan adalah:

To - Tr = 96,08oF – 76oF = 20,08oF > 15oF

maka koreksi yang perlu ditambahkan adalah : = 20,08oF – 15oF = 5,08oF

Maka total koreksi yang perlu ditambahkan adalah = 5,94 + 5,08 = 11,02oF

Adapun nilai TETD yang telah dikoreksi dapat dilihat pada tabel 3.3 berikut ini.

(38)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

Tabel 3.3 Nilai TETD setelah dikoreksi

ARAH Waktu

8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 N 8.04 9.04 9.02 12.02 15.02 16.02 17.02 19.02 21.02 22.02 23.02

E 12.04 19.04 25.02 26.02 27.02 26.02 25.02 24.02 23.02 24.02 25.02

S 8.04 9.04 9.02 16.02 23.02 25.02 27.02 28.02 29.02 28.02 27.02

W 10.04 11.04 11.02 14.02 17.02 18.02 19.02 24.02 29.02 34.02 39.02

SE 10.04 16.04 21.02 25.02 29.02 28.02 27.02 26.02 25.02 25.02 25.02

SW 10.04 10.04 9.02 12.02 15.02 14.02 13.02 26.02 33.02 35.02 37.02

NE 8.04 16.04 23.02 22.02 21.02 19.02 17.02 19.02 21.02 23.02 25.02

NW 8.04 9.04 9.02 12.02 15.02 16.02 17.02 20.02 23.02 28.02 33.02 Berdasarkan gambar 3.3, luas dinding arah utara lantai 1 dapat dihitung sbb:

Qdinding = U × A × TETD

= 0,47 x 2619,4194 x (8,04) =9898,262

Dengan cara yang sama, arah dan luas dinding luar dari lantai 1 sampai 3 dapat dihitung dan ditampilkan pada tabel 3.4 berikut.

Tabel 3.4 Arah dan luas dinding luar dari lantai 1 sampai 3

Arah dan luas dinding

Dinding M2 ft2

Lantai 1

Luas sebelah TIMUR = 165.85 1785.2094

Luas sebelah BARAT = 159 1711.476

Luas sebelah UTARA = 243.35 2619.4194

Luas sebelah SELATAN = 283.2 3048.3648

TOTAL Adinding Lt.1 851.4 9164.4696

Lantai 2

Luas sebelah TIMUR = 0 0

Luas sebelah BARAT = 36 387.504

Luas sebelah UTARA = 93.6 1007.5104

Luas sebelah SELATAN = 58.55 630.2322

TOTAL Adinding Lt.2 188.15 2025.2466

Lantai 3

Luas sebelah TIMUR = 0 0

Luas sebelah BARAT = 36 387.504

Luas sebelah UTARA = 57.6 620.0064

Luas sebelah SELATAN = 60.75 653.913

(39)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

Dengan cara yang sama, cooling load dari dinding untuk tiap arah di lantai 1 sampai lantai 3 mulai dari pukul 08.00-18.00 dapat dihitung dan ditampilkan pada tabel 3.5 berikut. Adapun besar cooling load dari dinding untuk tiap lantai yang diperhitungkan adalah cooling load maksimum yaitu yang ditandai dengan tulisan cetak tebal.

Tabel 3.5 Cooling load dari dinding untuk semua lantai mulai pukul 08.00-18.00

Lantai Arah Waktu

dinding 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00

1 N 9898 11129 11104 14798 18491 19722 20953 23416 25878 27109 28340

S 11519 12951 12923 22952 32981 35846 38712 40145 41577 40145 38712

E 10102 15975 20992 21832 22671 21832 20992 20153 19314 20153 20992

W 8076 8880 8864 11277 13690 14495 15299 19321 23343 27365 31387

Total Lt.1 39595 48937 53885 70860 87834 91896 95958 103036 110114 114773 119433

2 N 3807 4280 4271 5691 7112 7585 8059 9006 9953 10427 10900

S 2381 2677 2671 4745 6818 7411 8003 8299 8595 8299 8003

E 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

W 1828 2010 2007 2553 3099 3281 3464 4374 5285 6195 7106

Total Lt.2 8017 8969 8950 12990 17030 18279 19527 21681 23834 24922 26010

3 N 2342 2634 2628 3502 4376 4668 4959 5542 6125 6416 6708

S 2471 2778 2772 4923 7074 7689 8304 8611 8918 8611 8304

E 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

W 1828 2010 2007 2553 3099 3281 3464 4374 5285 6195 7106

Total Lt.3 6642 7423 7407 10979 14551 15639 16728 18528 20329 21224 22118

TOTAL 54255 65329 70243 94830 119417 125815 132213 143246 154279 160921 167563

Sehingga dapat disimpulkan bahwa untuk Cooling Load Dinding yang terbesar (Maksimum) adalah pada waktu Pukul 18:00 dengan Total Cooling Load Dinding sebesar 167563 Btu/Hour.

3.2.2. Perhitungan Cooling Load dari Atap

Besarnya panas yang diserap oleh atap bangunan karena radiasi matahari dihitung dengan:

Qatap = U × A × TETD……. (3.2)

(literatur : Jordan, Richard C., “Refrigeration and Air Conditioning” ,hal 222) Dimana: U = koefisien perpindahan panas menyeluruh dari atap

A = luas proyeksi horizontal dari atap

TETD = Total equivalent temperature difference adalah total perbedaan temperatur ekivalen atap.

(40)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

Gambar (3.2). Konstruksi Atap

Adapun jenis material atap untuk bangunan kantor ini berdasarkan gambar3.2 yaitu untuk ruangan yang dikondisikan beserta tahanan panasnya masing-masing berdasarkan Lampiran [L.4] adalah sbb:

- Concrete 6 inci dengan R1 = 0,91oF.hr.ft2/Btu

- Air space 40 inci dengan C = 1,1oF.hr.ft2/Btu - Gypsum inci dengan R2 = 0,32oF.hr.ft2/Btu

- Tahanan konveksi di luar ruangan untuk udara bergerak berdasarkan Lampiran [L.4] dengan kecepatan angin berkisar antara 7,5 - 15 mph. Sedangkan dari hasil pengukuran diperoleh kecepatan angin di Medan berkisar antara 10 - 12 km/jam dan dipilih kecepatan maksimumnya yaitu 12 km/jam atau sekitar 7,5 mph. Sehingga tahanan konveksi di luar ruangan (Ro) = 0,25 oF.hr.ft2/Btu - Tahanan konveksi di dalam ruangan untuk udara diam (Ri) adalah 0,92

F.hr.ft2/Btu Maka U =

o C R R R

R + + ₁ + ₂ +

92 , 0 32 , 0 91 , 0 1 , 1 25 , 0

+ + +

+ = 0,285

Btu/ft2hroF

Perbedaan temperatur ekivalen total untuk atap dapat dilihat pada tabel 3.5 berikut berdasarkan tabel 10.6 Jordan pada Lampiran [L.5]

Tabel 3.6. Total Equivalent Temperature Differentials untuk atap konstruksi berat dengan bahan beton 6 inci ,terbuka ke matahari

Deskripsi Konstruksi

atap

Waktu

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

6”

concrete 6 6 6 13 20 27 34 38 42 43 44

Sumber : Jordan, Richard C., Refrigeration and Air Conditioning ,hal 222

Adapun faktor koreksinya adalah sama dengan faktor koreksi seperti pada tabel 3.7 sehingga memberikan hasil yang sama yaitu 11,02oF. Dengan penambahan

(41)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

faktor koreksi tersebut, perbedaan temperatur ekivalen totalnya dapat ditampilkan sbb:

Tabel 3.7 Total Equivalent Temperature Differentials setelah dikoreksi

Deskripsi Konstruksi atap

Waktu

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

6” concrete 17.02 17.02 17.02 24.02 31.02 38.02 45.02 49.02 53.02 54.02 55.02

Berdasarkan gambar 2.12, luas proyeksi horizontal atap dapat dihitung dan diperoleh sbb:

Aatap = 1221,42 m2= 13147,36488 ft2

Maka Cooling Load Atap pada pukul 08:00 dapat dihitung dengan cara sbb: Qatap = U × A × TETD

= 0,285 x 13147,36488 x (17,02) = 63773 Btu/Hour

Dengan cara yang sama, Cooling Load untuk atap dari Pukul 08:00 sampai Pukul 18:00 dapat ditabelkan pada Tabel 3.8 berikut :

Tabel 3.8. Perhitungan Cooling Load Atap

Lantai 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00

3 63773 63773 63773 90002 116231 142460 168689 183677 198665 202412 206159 TOTAL Aatap 63773 63773 63773 90002 116231 142460 168689 183677 198665 202412 206159

Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa cooling load Atap paling besar (Maksimum) adalah pada pukul 18:00 sebesar 206159 Btu/Hour

2.4.2. Perhitungan Cooling Load dari Kaca

Energi radiasi matahari yang dipantulkan dan juga yang diserap oleh kaca jendela ataupun kaca pintu akan masuk ke dalam ruangan dan menjadi beban mesin pendingin. Besarnya panas yang diserap oleh kaca dapat dihitung dengan rumus :

Qkaca = SHGF × A × SC × CLF…..(3.3)

(42)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

Dimana: SHGF = Solar Heat Gain Factor yaitu panas matahari maksimum yang diserap pada waktu , orientasi , dan garis lintang tertentu dalam satuan Btu/hr-ft2

A = luas permukaan kaca, ft2

SC = shade coefficient yaitu suatu koefisien untuk faktor koreksi yang bergantung pada jenis kaca

CLF = cooling load factor yaitu faktor koreksi beban pendingin dari kaca yang bergantung pada waktu.

SHGF untuk daerah Medan pada posisi 4oLU.. Dari Interpolasi nilai SHGF untuk 0oLU dan 8oLU, diperoleh nilai SHGF untuk berbagai arah yang ditampilkan pada tabel 3.9 berikut

Tabel 3.9. SHGF maksimum untuk kaca pada garis lintang 4o LU

Arah 0o LU 8o LU 4ºLU N 75 47 61

E 212 216 214

S 38 41 39.5

W 212 216 214

SE 112 128 120

SW 112 128 120

NE 187 179 183

Sumber : Pita, Edward G., Air Conditioning Systems, hal 102

Adapun shading coefficient (SC) untuk kaca jenis reflective glass, no interior

shading dari tabel 3.10 berikut bernilai 0,4.

Tabel

3.10. SC untuk

(43)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

Sumber : Pita, Edward G., Air Conditioning Systems, hal 104

Untuk harga cooling load factor (CLF), dapat diambil dari tabel 3.11 untuk tipe konstruksi kaca medium berdasarkan Lampiran [L.7]

Tabel 3.11. CLF untuk kaca tanpa Interior Shade (termasuk Reflective Glass) untuk tipe konstruksi kaca medium

Arah 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 N 0.46 0.52 0.59 0.65 0.7 0.73 0.75 0.76 0.74 0.75 0.79

E 0.44 0.5 0.51 0.45 0.39 0.35 0.32 0.29 0.26 0.23 0.21

S 0.14 0.21 0.31 0.42 0.52 0.57 0.58 0.53 0.47 0.41 0.36

W 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.19 0.29 0.4 0.5 0.56 0.55

SE 0.38 0.48 0.54 0.55 0.51 0.45 0.4 0.36 0.33 0.29 0.25

SW 0.12 0.13 0.15 0.17 0.23 0.33 0.44 0.53 0.58 0.59 0.53

NE 0.44 0.45 0.4 0.36 0.33 0.31 0.3 0.28 0.26 0.23 0.21 (Sumber : Pita, Edward G., Air Conditioning Systems, hal 105)

Luas dan Arah Bangunan Kantor ini dapat dihitung dan ditabelkan pada Tabel 3.12 sbb:

Tabel 3.12. Perhitungan Luas Kaca pada berbagai arah

Kaca m2 ft2

Lantai 1

Luas Sebelah TIMUR = 36.15 389.1186

Luas Sebelah BARAT = 43 462.852

Luas Sebelah UTARA = 47.65 512.9046

Luas Sebelah SELATAN = 43.8 471.4632

TOTAL Akaca Lt.1 170.6 1836.3384

Lantai 2

(44)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

Luas Sebelah BARAT = 105.6 1136.6784

Luas Sebelah UTARA = 168 1808.352

Luas Sebelah SELATAN = 203.05 2185.6302

TOTAL Akaca Lt.2 594.25 6396.507

Lantai 3

Luas Sebelah TIMUR = 141.6 1524.1824

Luas Sebelah BARAT = 129.6 1395.0144

Luas Sebelah UTARA = 204 2195.856

Luas Sebelah SELATAN = 201.65 2170.5606

TOTAL Akaca Lt.3 676.85 7285.6134

Dengan menggunakan rumus (3.3), cooling load dari kaca untuk tiap lantai dari lantai 1 sampai lantai 3 mulai dari pukul 08.00-18.00 dapat dihitung dan ditampilkan pada tabel berikut. Sama halnya seperti cooling load dari dinding dan atap, besar cooling load dari kaca untuk tiap kamar yang diperhitungkan adalah

cooling load maksimum yang ditandai dengan tulisan cetak tebal

Tabel 3.13.Cooling load dari kaca untuk lantai 1 mulai pukul 08.00-18.00

Lantai Arah Waktu

Kaca 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 1 N 5756 6507 7383 8134 8760 9135 9386 9511 9261 9386 9886 S 1042 1564 2309 3128 3873 4245 4320 3948 3501 3054 2681 E 14655 16654 16987 14988 12990 11657 10658 9659 8660 7660 6994 W 3962 4358 4754 5150 5546 7527 11489 15848 19810 22187 21791

Total Lt.1 25417 29084 31434 31402 31171 32567 35855 38966 41232 42288 41354

2 N 20296 22944 26033 28680 30886 32210 33092 33534 32651 33092 34857 S 4834 7251 10705 14503 17957 19683 20029 18302 16230 14158 12431 E 47676 54178 55261 48760 42259 37924 34674 31423 28172 24921 22754 W 9729 10702 11675 12648 13621 18486 28216 38919 48649 54487 53514

Total Lt.2 82538 95077 103676 104593 104724 108305 116012 122179 125704 126661 123559

3 N 24646 27861 31611 34826 37505 39112 40184 40719 39648 40184 42327 S 4801 7201 10631 14403 17833 19548 19891 18176 16118 14060 12346 E 57406 65235 66539 58711 50883 45664 41750 37836 33922 30008 27398 W 11941 13135 14329 15523 16717 22688 34629 47765 59706 66871 65677

Total Lt.3 98795 113433 123112 123465 122939 127013 136455 144497 149395 151124 147749

TOTAL 206751 237595 258223 259461 258835 267887 288323 305644 316332 320074 312663

Dengan demikian,dapat disimpulkan bahwa Cooling Load kaca terbesar (maksimum)adalah pada pukul 17:00 sebesar 320074 Btu/Hour.

3.2.4. Perhitungan Cooling Load dari Lantai

(45)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

Qlantai = U × A × TD…..(3.4)

(literatur : Pita, Edward G., “Air Conditioning Systems”, hal 101)

Dimana: U = koefisien perpindahan panas menyeluruh dari lantai A = luas lantai, ft2

TD = Temperature difference: Ttanah – Tdesain ruangan

Ttanah = 28oC = 82,4oF

TD = (82,4 – 75)oF TD = 7,4 oF

Adapun material lantai bangunan kantor beserta tahanan panasnya masing-masing berdasarkan Tabel 3.2. adalah sbb:

- Ceramic Tile 1 inci memiliki R1 = 0,08 hr.ft2.oF/Btu

- Concrete 5 inci memiliki R2 = 0,81 hr.ft2.oF/Btu

- Cement Plaster 2 inci memiliki R3 = 0,4 hr.ft2.oF/Btu

Gambar 3.3. Konstruksi lantai Maka U =

3 2 1

R R

R + + =0,08 0,81 0,4

(46)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

Berdasarkan gambar 2.10, luas lantai 1 dapat dihitung dengan hasil sebagai berikut:

Alantai = 1540 m2 = 16576.56 ft2

Adapun cooling load dari lantai lantai 1 dapat dihitung sebagai berikut: Qlantai = U × Alantai × TD

= 0,77 × 16576,56 × 7,4 = 94453,23 Btu/hr

3.2.5. Perhitungan Cooling Load dari Lampu / Penerangan dan Alat Elektronik

Besarnya beban pendingin yang dihasilkan oleh penerangan / lampu dapat dihitung dengan rumus :

Qpenerangan = 3,4 × W × BF…..(3.5)

(literatur : Pita, Edward G., “Air Conditioning Systems”, hal 108) Dimana : W = total daya lampu keseluruhan

BF = Balast Factor

Untuk lampu fluorescent BF = 1,25 Untuk lampu incandescent BF = 1,0

Adapun daya lampu yang dibutuhkan untuk penerangan pada bangunan Kantor dipilih sebesar 30 Watt/m2 untuk daya lampu daerah komputer berdasarkan

Tabel 3.14, dengan jenis

lampu incandescent

dengan BF = 1,0.

Sedangkan alat elektronik

yang diperkirakan

ada sesuai standar hotel

hanyalah TV dengan

200Watt dan computer

dengan 125 Watt.

Tabel 3.14. Estimasi Beban

(47)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

(Sumber : Tangoro, Dwi, Utilitas Bangunan, hal 76)

Dengan cara tabulasi sebagai berikut, cooling load dari lampu dan alat elektronik untuk tiap ruangan mulai dari lantai 1 sampai lantai 3 dapat dilihat pada tabel 3.15.

Tabel 3.15. Cooling load dari Penerangan/Lampu dan TV untuk tiap ruangan dari lantai 1 sampai 3

Lantai Ruang Daya/Luas Alat Elektronik Luas Q lampu Q elektronik Q lampu &

(Watt/m2₎ _TV _Komputer _Ruang(m2₎ _(Btu/h) _(Btu/h) _{Elektronik (Btu/h)}

1 Lobby 30 1 2 595.6 75939 2231.25 78170.25

Ruang Serbaguna/Aula 30 1 2 331.8 42304.5 2231.25 44535.75 Ruang Istirahat Ka.Adpel 30 1 1 50.4 6426 1381.25 7807.25

Kabid.KPLP 30 1 2 36 4590 2231.25 6821.25 Kasi Kesyahbandaraan 30 - 1 13 1657.5 850 2507.5

Kasi Penyelamatan 30 - 1 13 1657.5 850 2507.5 Kasi Keamanan 30 0 1 11.4 1453.5 127.5 1581

Ruang Senjata 30 - - 11.4 1453.5 - 1453.5 Ruang KPLP 30 1 5 330.4 42126 4781.25 46907.25

TOTAL LANTAI 1 1393 177607.5 14683.75 192291.25 2 Bid.Lala & Kepelabuhan 30 1 5 311.8 39754.5 4781.25 44535.75

(1)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

A-Cond.1 & B-Cond.1 0.265 0.070225 2.7594 3.068 3 Sch 40 10.83 A-F 0.265 0.070225 2.7594 3.068 3 Sch 40 9.16 E-Pump1 & H-Pump2 0.1325 0.01755625 3.243 3.548 3 1/2 Sch 40 12.36 E-Pump2 & F-Pump1 0.1325 0.01755625 3.243 3.548 3 1/2 Sch 40 19.86 B-Sh.3b 0.265 0.070225 2.7594 3.068 3 Sch 40 162.3 E-Sh.3a 0.265 0.070225 2.7594 3.068 3 Sch 40 135 Sh.3a-T 0.834 0.695556 4.27069 5.047 5 Sch 40 60.8 Sh.3b-Q 0.834 0.695556 4.27069 5.047 5 Sch 40 44.1

Sistem pemipaan air Cooling Tower meliputi:

SIRKUIT Q (ft3/s) Q2(ft3/s) (in) in (in) Ukuran pipa Schedule No. L (ft)

Q-CT2 0.417 0.173889 2.7594 3.548 Sch 40 3 1/2 65.7

Q-CT1 0.417 0.173889 2.7594 3.548 Sch 40 3 1/2 38.2

T-CT1 0.417 0.173889 4.27069 3.548 Sch 40 3 1/2 94.83

T-CT2 0.417 0.173889 4.27069 3.548 Sch 40 3 1/2 122.3

8.6. Pompa untuk Cooling Tower



Head untuk tiap pompa = 27,65 m (92,16 ft)

• Daya pompa = 2,1 HP (1,5 kW)

8.7. Package Unit



Untuk Lantai 1

cfm

x

h

(

30

19 )

60

0 ,

07 17332

,

98 800783,93

07 ,

0

60 )

4

3 (

800783,93

cfm

=

−

=

−

=

untuk 43 diffusor

Jadi setiap difusor melepaskan 403,1 CFM ke ruangan pada Lantai 1.

Sehingga perhitungan saluran udara atau ducting dapat dilihat pada tabel tabel di

bawah.

Sirkuit

Cfm

Friction Loss/100ft (in.w) Ukuran Ducting (in2)

X – 2 182.33 0.17 12 x 12

1 ke 2 182.33 0.17 12 x 12

2 ke 3 182.33 0.17 12 x 12

3 ke 4 182.33 0.17 12 x 12

2 ke 6 182.33 0.17 12 x 12

5 ke 6 182.33 0.17 12 x 12

5 ke 7 182.33 0.17 12 x 12

7 ke 8 182.33 0.17 12 x 12

X – Y 105.3 0.17 8 x 8

(2)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

X – V 182.33 0.17 5,5 x 5.5

V – W 99.6 0.17 12 x 12

V – T 67.47 0.17 5,5 x 5,5

T – U 99.6 0.17 7,5 x 7,5

S – T 64.71 0.17 5,5 x 5,5

R – S 657.35 0.17 40 x 40

Q – 9 657.35 0.17 40 x 40

P – N 657.35 0.17 40 x 40

N – O 657.35 0.17 40 x 40

L – N 657.35 0.17 40 x 40

L – M 114.93 0.17 7,5 x 7,5

L – D 114.93 0.17 7,5 x 7,5

D – I 127.03 0.17 7,5 x 7,5

I – J 127.03 0.17 7,5 x 7,5

J – K 127.03 0.17 7,5 x 7,5

C – D 127.03 0.17 7,5 x 7,5

B – C 127.03 0.17 7,5 x 7,5

B – E 127.03 0.17 7,5 x 7,5

C – F 127.03 0.17 7,5 x 7,5

F – G 127.03 0.17 7,5 x 7,5

G – H 127.03 0.17 7,5 x 7,5

A – B 127.03 0.17 7,5 x 7,5

Packg.1 - A 127.03 0.17 7,5 x 7,5

P – 13 657.35 0.17 40 x 40

P – 16 657.35 0.17 40 x 40

P – 15 657.35 0.17 40 x 40

R – 9 657.35 0.17 40 x 40

S – 13 657.35 0.17 40 x 40

13 ke 14 657.35 0.17 40 x 40

13 ke 12 657.35 0.17 40 x 40

12 ke 11 657.35 0.17 40 x 40

11 ke 10 657.35 0.17 40 x 40

Ukuran ducting inch x inch

Dengan menyesuaikan keadaan dan ukuran ruangan tempat Package Unit, dari

catalog Package Unit pada buku Carrier dipilih Model 50BJ054 yang memiliki

kapasitas 15 - 60 Ton.



Untuk Lantai 2

cfm

x

h

(

26 ,

4

18 ,

2 )

60

0 ,

07 12063

,

44 415464,87

07 ,

0

60 )

4

3 (

415464,87

cfm

=

−

=

−

=

untuk 25 diffusor

Jadi setiap difusor melepaskan 482,53 CFM ke ruangan pada Lantai 2.

Sehingga perhitungan saluran udara atau ducting dapat dilihat pada tabel tabel

dibawah ini:

(3)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

Sirkuit

Cfm

Friction Loss/100ft (in.w) Ukuran Ducting (in2)

Packg.2 - A 509.62 0.17 35 x 35

A – B 509.62 0.17 35 x 35

A – C 53.04 0.17 4 x 4

C – D 53.04 0.17 4 x 4

C – E 186.54 0.17 12 x 12

E – F 186.54 0.17 12 x 12

F – G 160.77 0.17 12 x 12

G – H 160.77 0.17 12 x 12

F – K 186.54 0.17 12 x 12

K – I 186.54 0.17 12 x 12

I – J 186.54 0.17 12 x 12

K – L 123.62 0.17 7,5 x 7,5

L – M 149.6 0.17 11 x 11

L – O 123.6 0.17 7,5 x 7,5

N – O 75.56 0.17 5,5 x 5,5

0 – Z 238.88 0.17 16 x 16

Z – P 135.91 0.17 7,5 x 7,5

P – Q 135.91 0.17 7,5 x 7,5

Z – S 238.88 0.17 16 x 16

R – S 238.88 0.17 16 x 16

S – T 238.88 0.17 16 x 16

T – U 238.88 0.17 16 x 16

S – W 238.88 0.17 16 x 16

V – W 238.88 0.17 16 x 16

W – X 238.88 0.17 16 x 16

X – Y 238.88 0.17 16 x 16

Ukuran ducting inch x inch

Dengan menyesuaikan keadaan dan ukuran ruangan tempat Package Unit, dari

catalog Package Unit pada buku Carrier dipilih Model 50BJ054 yang memiliki

kapasitas 15 - 60 Ton.



Untuk Lantai 3

cfm

x

h

(

25 ,

2

17 ,

6 )

60

0 ,

07 21332

,

12 680921,36

07 ,

0

60 )

4

3 (

680921,36

cfm

=

−

=

−

=

untuk 42 diffusor

Jadi setiap difusor melepaskan 507,9 CFM ke ruangan pada Lantai 3.

Sehingga perhitungan saluran udara atau ducting dapat dilihat pada tabel tabel

dibawah ini:

Sirkuit

Cfm

Friction Loss/100ft (in.w) Ukuran Ducting (in2)

Packg.3 - E 575.05 0.17 38 x 38

E – F 575.05 0.17 38 x 38

(4)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

A – B 575.05 0.17 38 x 38

B – C 575.05 0.17 38 x 38

C – D 575.05 0.17 38 x 38

F – 14 575.05 0.17 38 x 38

F – 15 575.05 0.17 38 x 38

E – F 389.99 0.17 24 x 24

F – G 275.37 0.17 18 x 18

G – H 275.37 0.17 18 x 18

F – I 524.69 0.17 35 x 35

I – J 186.65 0.17 12 x 12

J – K 220.61 0.17 16 x 16

K – L 220.61 0.17 16 x 16

L – M 220.61 0.17 16 x 16

M – N 145.98 0.17 11 x 11

N – O 145.98 0.17 11 x 11

K – P 220.61 0.17 16 x 16

P – Q 220.61 0.17 16 x 16

Q – S 220.61 0.17 16 x 16

R – S 203.01 0.17 14 x 14

S – T 586.33 0.17 38 x 38

T – U 586.33 0.17 38 x 38

S – V 328.96 0.17 22 x 22

V – W 328.96 0.17 22 x 22

W – X 127.6 0.17 7,5 x 7,5

X – Y 127.6 0.17 7,5 x 7,5

W – Z 328.96 0.17 22 x 22

Z – 3 259.15 0.17 23 x 23

Z – 10 328.96 0.17 22 x 22

Z – 7 328.96 0.17 22 x 22

10 ke 11 328.96 0.17 22 x 22

11 ke 12 328.96 0.17 22 x 22

12 ke 13 328.96 0.17 22 x 22

7 ke 8 328.96 0.17 22 x 22

8 ke 9 328.96 0.17 22 x 22

3 ke 4 328.96 0.17 22 x 22

4 ke 5 328.96 0.17 22 x 22

5 ke 6 328.96 0.17 22 x 22

3 ke 2 260.08 0.17 23 x 23

2 ke 1 241.24 0.17 23 x 23

Ukuran ducting inch x inch

Dengan menyesuaikan keadaan dan ukuran ruangan tempat Package Unit, dari

catalog Package Unit pada buku Carrier dipilih Model 50BJ054 yang memiliki

kapasitas 15 - 60 Ton.

(5)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.

DAFTAR PUSTAKA

1. Jordan, Richard C., Refrigeration and Air Conditioning, Prentice-Hall, New

Jersey, 1964.

2. Incropera, Frank P. and David P.DeWitt, Fundamental of Heat and Mass Transfer,

Fourth Edition, John Wiley and Son, New York, 1996.

3. Wang, Shan K., Handbook of Air Conditioning and Refrigeration, Mc-Graw Hill,

New York, 1993.

4. Pita, Edward G., Air Conditioning System, Mc-Graw Hill, New York, 1982.

5. Stocker, Wilbert F., and William C. Jerold, Air Conditioning and Refrigeration,

Second Edition, Mc-Graw Hill, New York, 1978.

6. Dossat, Roy J., Principles of Refrigeration, Second Edition, John Wiley and Son,

New York, 1982.

7. Holman, Jack P., Heat Transfer, Tenth Edition, Mc-Graw Hill, New York, 2001.

8. Cengel, Junus A., Engineering Thermodynamics, An Engineering Approach,

(6)

Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008.