PERANCANGAN SISTEM PENGKONDISIAN UDARA UNTUK HYPERMARKET CARREFOUR DI PLAZA AMBARRUKMO YOGYAKARTA TUGAS AKHIR - Perancangan sistem pengkondisian udara untuk hypermarket Carrefour di Plaza Ambarukmo Yogyakarta - USD Repository

  

PERANCANGAN SISTEM PENGKONDISIAN UDARA

UNTUK HYPERMARKET CARREFOUR DI PLAZA

AMBARRUKMO YOGYAKARTA

TUGAS AKHIR

  No: 702 / TA / FT-USD / TM / September / 2006 Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S1

  Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

  Yoyakarta 2006

  Diajukan Oleh : YOHANES NIM : 035214006

  JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2007

AIR CONDITIONING SYSTEM DESIGN OF CARREFOUR HYPERMARKET IN AMBARRUKMO PLAZA YOGYAKARTA

  No: 702 / TA / FT-USD / TM / September / 2006 Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S1

  Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

  Yoyakarta 2006

  Diajukan Oleh : YOHANES NIM : 035214006

  JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2007

  

PERNYATAAN

  Dengan ini penulis menyatakan bahwa Tugas Akhir ini belum pernah ada dan belum pernah diajukan di suatu Perguruan Tinggi manapun. Penulis dapat mempertanggung jawabkan bahwa Tugas Akhir ini merupakan hasil karya penulis yang otentik dan belum pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, Januari 2007 Penulis

  

HALAMAN PERSEMBAHAN

Tugas Akhir ini saya persembahkan untuk ...

  Tuhan Yesus Kristus yang telah membimbing saya selama ini, biarlah melalui Tugas Akhirku ini, nama-Nya bisa dipermuliakan Kedua Orang Tuaku, Papa dan Mama, Saudara-saudaraku, Paulus, Yosefa, Stefanus yang tak pernah berhenti mendoakanku Kekasihku Lia yang selama ini telah memberikan saya dorongan dan semangat sehingga bisa menyelesaikan Tugas Akhir ini

Teman-temanku TM’03 yang telah berjuang bersama-sama dalam menyelesaikan

  

HALAMAN MOTTO

Jika aku sedih, aku akan tertawa

Jika aku tertekan, aku akan menyanyi

Jika aku berkelimpahan, kupikir masa kekurangan yang lalu

  

Jika aku miskin, kupikir kekayaan yang mendatang

Jika aku merasa sangat berkuasa, kucoba menghentikan angin

Jika aku merasa terlalu percaya, kuingat kegagalan masa laluku

Jika aku merasa tidak mampu, kuingat sukses masa laluku

  

Jika aku mendapat kekayaan melimpah, kuingat mulut-mulut yang kelaparan

Jika aku terlalu bangga, kuingat saat-saat aku lemah

Jika aku menikmati masa kejayaan, kuingat saat yang memalukan

(kutipan dari Rahasia Terbesar Dunia)

  

Visi tanpa tindakan hanyalah sebuah mimpi...

Tindakan tanpa visi hanyalah membuang waktu...

  

Visi dengan tindakan akan mengubah dunia

(Joel Arthur Barker)

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir.

  Tugas Akhir ini merupakan salah satu mata kuliah yang wajib ditempuh setiap Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tugas Akhir ini merupakan sarana penuangan pengetahuan yang telah diterima penulis dari perkuliahan awal semester hingga akhir semester.

  Dalam Tugas Akhir ini membahas mengenai perancangan, pemilihan alat, perhitungan beban pendinginan dari Hypermarket Carrefour yang akan digunakan dalam perancangan sistem pengkondisian udara di Hypermarket Carrefour yang terletak pada Plaza Ambarrukmo Yogyakarta.

  Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan banyak terima kasih atas segala bantuan, saran, dan fasilitas yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis mohon maaf apabila ada nama yang terlupakan sehingga tidak disebutkan dalam ucapan terima kasih ini. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

  1. Ir. Gregorius Heliarko, SJ, S.S., B.ST., M.A., M.Sc., selaku dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma

  2. Bapak Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku dosen pembimbing kami dalam menyelesaikan Tugas Akhir

  3. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma

  4. Seluruh dosen Teknik Mesin yang telah memberikan semangat dan dorongan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini

  5. Rekan-rekan sekretariat, khususnya Ign. Tri Widaryanto yang telah membantu dalam segala urusan administrasi Tugas Akhir

  6. Orang tua yang selalu memberikan dorongan dan semangat dalam mengerjakan Tugas Akhir

  7. Emilia Christiani S (Lia) atas dorongan dan semangat yang terus diberikan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir

  8. Seluruh rekan mahasiswa teknik mesin angkatan 2003, khususnya Dani, Endro, Yosafat, Yandy, Purnomo, Ade, Fo Sin yang telah memberikan dorongan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir Usaha yang penulis lakukan sudah semaksimal mungkin, namun penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu penulis mohon maaf atas segala kekurangan dan kesalahan yang terdapat dalam penulisan ini. Saran dan kritik yang membangun dari pembaca sangat penulis harapkan demi perbaikan dikemudian hari.

  Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini memberikan manfaat bagi pembaca.

  

ABSTRACT

  Basically, human being require comfortable. It become the necessary for human being because felt is balmy, hence activity and or to be conducted will become better. One of the solving of in solving problem above is with condition of room that earning balmy to be occupied.

  Air conditioning system is a process make cool or heat air so that can reach dampness and temperature matching with which qualify to condition of air from a certain room. Beside, arranging air stream and hygiene. In a few state, condition of air very needed to give freshness to all consumer.

  Core of from system of air conditioning is cycle of refrigeration which consist of four step, that is evaporation step that happened in evaporator, do compress step that happened in compressor, do condensation step that happened in liquefier, and step of expansion or degradation of pressure that happened in spillway of expansion. Air conditioning system influenced by refrigeration burden which relate source of heat, that is sensible heat and latent heat. Sensible heat is the amount of heat that happened effect of change of temperature, while latent heat is heat effect of change of phase.

  The result of air condition is obtaining a comfortable situation in certain room matching with desire of its consumer or obtaining of situation matching with purposes and objectives from air condition.

  

INTISARI

  Pada dasarnya, manusia membutuhkan kenyamanan. Kenyamanan menjadi penting bagi manusia karena dengan merasa nyaman, maka aktivitas yang dilakukan ataupun yang akan dilakukan akan menjadi lebih baik. Salah satu penyelesaian dalam memecahkan masalah di atas adalah dengan mengkondisikan ruangan agar dapat nyaman untuk ditempati.

  Pengkondisian udara adalah suatu proses mendinginkan atau memanaskan udara sehingga dapat mencapai temperatur dan kelembaban yang sesuai dengan yang dipersyaratkan terhadap kondisi udara dari suatu ruangan tertentu. Selain itu, mengatur aliran udara dan kebersihannya. Dalam beberapa negara, pengkondisian udara sangat diperlukan untuk memberikan kenyamanan bagi para penggunanya.

  Inti dari sistem pengkondisian udara adalah siklus refrigerasi yang terdiri dari empat langkah, yaitu langkah penguapan yang terjadi di evaporator, langkah kompresi yang terjadi di kompresor, langkah pengembunan atau kondensasi yang terjadi di kondensor, dan langkah ekspansi atau penurunan tekanan yang terjadi di katup ekspansi. Sistem pengkondisian udara dipengaruhi oleh beban pendinginan yang mengacu pada sumber panas, yaitu panas sensibel dan panas latent. Panas sensibel adalah jumlah panas yang terjadi akibat perubahan suhu, sedangkan panas latent adalah panas akibat perubahan fase.

  Hasil dari pengkondisian udara ini adalah diperolehnya suatu keadaan nyaman dalam ruangan tertentu yang sesuai dengan keinginan penggunanya atau diperolehnya suatu keadaan yang sesuai dengan maksud dan tujuan dari pengkondisian udara itu sendiri.

  

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL .........................……………..………………………...…...i HALAMAN JUDUL BAHASA INGGRIS..........................……………..……...ii HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING....……………………...…..…...iii HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI DAN DEKAN....………………..…...iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ..........................................v HALAMAN PERSEMBAHAN ...........................................................................vi HALAMAN MOTTO ..........................................................................................vii KATA PENGANTAR .................…....…………………………………...……viii ABSTRACT ..........................................................................................................x

  INTISARI .............................................................................................................xi DAFTAR ISI .......................................................................................................xii DAFTAR TABEL .............................................................................................xvii DAFTAR GAMBAR .......................................................................................xviii

  BAB I. PENDAHULUAN ...................................................................................1

  1.1 Pengantar Sistem Pengkondisian Udara ...………………………...1

  1.2 Batasan Masalah ..............................................................................2

  1.3 Asumsi Perancangan .......................................................................3

  1.4 Tujuan Perancangan ........................................................................4

  1.5 Manfaat Perancangan Pengkondisian Udara ...................................4

  1.6 Langkah-langkah Perancangan ........................................................5

  BAB II. DASAR TEORI ......................................................................................6

  2.1 Prinsip-prinsip Dasar Pengkondisian Udara ....................................6

  2.2 Sistem Pengkondisian Udara dan Peralatannya ...............................7

  2.2.1 Definisi Pengkondisian Udara ..........................................8

  2.2.2 Sistem Penyegaran Udara .................................................8

  2.2.3 Faktor Pertimbangan Pemilihan Sistem AC ...................16

  2.2.4 Aplikasi Penyegaran Udara .............................................17

  2.3 Komponen Utama Sistem Pengkondisian Udara ...........................20

  2.3.1 Kompresor .......................................................................20

  2.3.2 Kondensor ........................................................................27

  2.3.3 Evaporator ........................................................................33

  2.3.4 Katup Ekspansi ................................................................35

  2.3.5 Blower/ Evaporator Fan ..................................................38

  2.3.6 Filter Drier .......................................................................39

  2.3.7 Thermostat .......................................................................39

  2.3.8 Start Kontrol ....................................................................39

  2.4 Komponen Pendukung Sistem Pengkondisian Udara ....................40

  2.4.1 Menara Pendingin (cooling tower) ..................................40

  2.4.2 Kondensor dan Pendingin Evaporatif ..............................42

  2.4.3 Pompa ..............................................................................44

  2.4.4 Rangkaian Pipa/ Saluran Udara .......................................45

  2.5 Refrigeran .......................................................................................47

  2.5.2 Jenis Refrigeran ...............................................................52

  2.5.3 Siklus Kompresi Uap .......................................................57

  BAB III PERHITUNGAN BEBAN PENDINGINAN .......................................62

  3.1 Kondisi Umum Bangunan ..............................................................66

  3.2 Perhitungan Beban Pendinginan Pada Lantai Ground ...................68

  3.2.1 Perpindahan Panas Melalui Bangunan ..........................69

  3.2.2 Perpindahan Panas Melalui Radiasi Kaca .....................76

  3.2.3 Beban Pendinginan Karena Lampu Penerangan ...........76

  3.2.4 Beban Pendinginan Akibat Penghuni Ruangan ............77

  3.2.5 Beban Pendinginan Akibat Peralatan Elektronik ..........79

  3.2.6 Beban Pendinginan Akibat Perembesan/ Infiltrasi ........80

  3.2.7 Beban Pendinginan Akibat Ventilasi .............................81

  3.2.8 Beban Pendinginan Akibat Sumber Lain ......................82

  3.2.9 Diagram Psikometri .......................................................83

  3.3 Perhitungan Beban Pendinginan Pada Lantai Lower Ground ……89

  3.4 Beban Pendinginan Total …………………………………………90

  BAB IV PEMILIHAN KOMPONEN UTAMA …………………………..........95

  4.1 Diagram Mollier ………………………………………………….95

  4.2 Pemilihan Refrigeran ……………………………………………..98

  4.2.1 Refrigeran 22 (R-22) …………………………….……100

  4.2.2 Refrigeran HFC-134a …………………………….…..103

  4.2.3 Refrigeran CO

  2 ………………………………….…....106

  4.3 Pemilihan Kompresor ……………………………………….…...110

  BAB VI PENGOPERASIAN, PEMELIHARAAN, DAN PERAWATAN MESIN PENGKONDISIAN UDARA ...............................................149

  6.2.2 Kondensor ....................................................................154

  6.2.1 Evaporator ....................................................................153

  6.2 Pemeliharaan dan Perawatan Unit Mesin Pengkondisian Udara ..153

  6.1.4 Kontrol Pelumasan Kompresor ....................................153

  6.1.3 Kontrol Overload .........................................................153

  6.1.2 Kontrol Tekanan ..........................................................152

  6.1.1 Kontrol Suhu Air Dingin Produk Chiller .....................151

  6.1 Operasional Water Chiller ............................................................149

  5.4 Perancangan Saluran Udara (ducting) ..........................................145

  4.4 Pemilihan Kondensor ……………………………………….…...114

  5.3 Perancangan Blower/ Fan Evaporator ..........................................143

  5.2.2 Perancangan Pompa Air Pendingin Evaporator-CT ...139

  5.2.1 Perancangan Pompa Air Pendingin Kondensor-CT ...136

  5.2 Pompa dan Perpipaan ...................................................................135

  5.1 Menara Pendingin (cooling tower) ...............................................132

  BAB V PEMILIHAN KOMPONEN PENDUKUNG ......................................132

  4.6 Perancangan Evaporator ...............................................................124

  4.5 Perancangan Katup Ekspansi ........................................................121

  6.2.3 Kompresor ....................................................................154

  BAB VII KESIMPULAN ..................................................................................158 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................163 LAMPIRAN ......................................................................................................164

  

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Luas Bangunan Hypermarket Carrefour .............................................67Tabel 3.2 Harga Konduktivitas Panas Bahan …………………………………..69Tabel 3.3 Koefisien Perpindahan Panas Dinding Bangunan Bagian Utara …….72Tabel 3.4 Peritungan Beban Pendinginan Lantai Lower Ground ………………91Tabel 3.5 Perhitungan Beban Pendinginan Lantai Ground .................................93Tabel 5.1 Dimensi Saluran Udara (ducting) ………………………………......147

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Aplikasi Sistem Udara Penuh ............................................................9Gambar 2.2 Aplikasi Sistem Air-Udara ................................................................9Gambar 2.3 Unit FCU dengan Pemasukan Udara Luar Secara Langsung ...........11Gambar 2.4 Unit Pengolah Udara ........................................................................12Gambar 2.5 Unit Koil Kipas Udara ......................................................................13Gambar 2.6 (a) Unit Induksi Jenis Tekanan Tinggi .............................................13Gambar 2.6 (b) Unit Induksi Jenis Tekanan Rendah ...........................................14Gambar 2.7 Penyegar Udara Paket ......................................................................15Gambar 2.8 Pendingin Ruangan Jenis Jendela ....................................................16Gambar 2.9 Kompresor Torak dengan 16 Silinder untuk Amonia ......................21Gambar 2.10 Kompresor Sentrifugal ...................................................................23Gambar 2.11 Pandangan Urai dari Bagian-bagian Utama Kompresor Sekrup ...24Gambar 2.12 Penampang Kompresor Semi Hermetik ........................................25Gambar 2.13 Kompresor Putar Hermetik ............................................................27Gambar 2.14 Kondensor Berpendingin Air Berbentuk Tabung dan Pipa ...........29Gambar 2.15 Kondensor Tabung dan Koil ..........................................................30Gambar 2.16 Kondensor Jenis Pipa Ganda .........................................................31Gambar 2.17 Kondensor Berpendingin Udara ....................................................32Gambar 2.18 Evaporator Pendingin Udara .........................................................34Gambar 2.20 Katup Ekspansi Thermostatik ......................................................36Gambar 2.21 Katup Ekspansi Manual ...............................................................37Gambar 2.22 Katup Ekspansi Tekanan Konstan ...............................................38Gambar 2.23 Menara Pendingin Aliran Berlawanan .........................................41Gambar 2.24 Menara Pendingin Jenis Aliran Melintang ...................................42Gambar 2.25 Kondensor Evaporatif dalam Suatu Sistem Refrigerasi ...............43Gambar 2.26 Bagian Koil Sebuah Kondensor Evaporatif .................................43Gambar 2.27 Pompa Pendistribusian Air Dingin ke AHU …………………....44Gambar 2.28 (a) Siklus Kompresi Nyata Dibandingkan dengan Siklus Ideal ...60Gambar 2.28 (b) Diagram Aliran Refrigeran .....................................................60Gambar 4.1 Perjalanan Suhu Pada Siklus Kompresi Uap ..................................99Gambar 5.1 Rangkaian Ducting dalam Satu AHU ...........................................147

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Pengantar Sistem Pengkondisian Udara

  Manusia selalu mencoba menyesuaikan diri dan mempertahankan hubungannya dengan lingkungan di mana ia berada. Orang akan mencari tempat berteduh apabila hari sangat panas. Sedangkan apabila cuaca buruk, ia akan berusaha mencari tempat yang dapat melindunginya dari angin, hujan, dan kedinginan.

  Jika seorang berada di dalam suatu ruangan tertutup untuk waktu yang lama pada suatu ketika ia akan merasa kurang nyaman. Sehubungan dengan hal tersebut, maka dalam tahun 1777 seorang ahli kimia bernama Lavoisier mengadakan serangkaian penelitian. Ia kemudian menerangkan bahwa kenaikan kadar CO

  2 di dalam ruangan sebagai akibat pernafasan manusia, akan

  menyebabkan sesak dan panas. Sementara itu pada tahun 1858 Max von Pettenkofer, seorang ahli dalam bidang kesehatan, mengajukan sebuah hipotesa yang menyebutkan bahwa manusia menghembuskan zat beracun, yaitu CO

  2 .

  Namun, pada tahun 1905 seorang ahli kesehatan yang lain, yaitu Frugge, mengemukakan sebuah teori yang masih berlaku sampai sekarang. Ia menyatakan bahwa manusia dapat diibaratkan sebagai motor bakar; manusia harus

  Jika panas tersebut tidak dapat keluar dari badan manusia, misalnya karena temperatur dan kondisi udara sekelilingnya tidak memungkinkan hal tersebut terjadi dengan baik, maka ia akan merasakan suatu keadaan yang tidak menyenangkan. Oleh karena itu , dibutuhkannya suatu proses pengkondisian udara untuk menyegarkan udara itu sendiri.

  Pengkondisian udara adalah suatu proses mengkondisikan udara sehingga dapat mencapai temperatur dan kelembaban yang sesuai dengan yang dipersyaratkan terhadap kondisi udara dari suatu ruangan terentu dan merupakan usaha untuk memberikan kenyaman dan kesegaran kerja, tetapi juga untuk memungkinkan suatu proses berlangsung dengan baik, atau untuk melindungi mesin dan alat tertentu supaya tidak cepat rusak.

  Dalam pengaplikasiannya, sistem pengkondisian udara (AC) dibedakan dalam empat macam tipe: 1) Sistem udara penuh 2)

  Sistem air-udara 3) Sistem air penuh 4) Sistem pengkondisi udara tunggal Keempat macam sistem ini selanjutnya akan dibahas pada Bab II.

1.2 Batasan Masalah

  Dalam perancangan sistem pengkondisian udara, penulis merancang sistem pengkondisian udara untuk Hypermarket Carrefour lantai lower ground

  Berdasarkan faktor-faktor pertimbangan pemilihan jenis pengkondisian udara, penulis menggunakan sistem pengkondisian udara dengan sistem air penuh yang menggunakan air sebagai refrigerannya (water chiller).

  Sistem pengkondisian udara water chiller akan dirancang pada bulan September 2006 pada pukul 14.00 WIB dengan memperhatikan sifat-sifat udara pada bulan serta waktu perancangan.

1.3 Asumsi Perancangan

  Dalam perancangan sistem pengkondisian udara ini, ada beberapa asumsi yang diperlukan, yaitu: 1)

  Suhu udara lingkungan luar Carrefour (suhu di luar Plaza

  o

  Ambarrukmo) merata pada suhu 33 C (91,4 F) 2)

  Suhu udara rancangan di dalam Hypermarket Carrefour pada lantai lower ground dan lantai ground sama dengan suhu udara rancangan pada Gedung Plaza Ambarrukmo, diasumsikan merata pada suhu 22

  o o

  C (71,6

  F) dengan kelembaban udara 55 % 3) Rancangan dilakukan pada bulan September 2006 pada pukul 14.00

  WIB 4) Pada perancangan ini menggunakan saluran udara (ducting) untuk menyalurkan udara yang telah dikondisikan, udara segar, maupun untuk saluran exhaust dimana ukuran dimensi dari ducting-ducting tersebut diasumsikan sama

  1.4 Tujuan Perancangan

  Tujuan perancangan ini adalah merancang sistem pengkondisian udara untuk Hypermarket Carrefour lantai lower ground dan lantai ground yang meliputi:

  1) Pengaturan suhu udara Pengaturan suhu udara dilakukan untuk memberikan rasa nyaman bagi para pengunjung maupun para pekerja yang ada di Carrefour serta untuk perawatan produk-produk tertentu. 2) Pengaturan kelembaban

  Untuk merancang pengkondisian udara pada suhu tertentu, diperlukan juga pengaturan kelembaban yang harus sesuai dengan suhu yang akan dikondisikan. 3)

  Pengaturan kebersihan udara Pengaturan kebersihan udara menyangkut dengan udara segar yang akan masuk ke dalam gedung Hypermarket Carrefour

  4) Pengaturan pendistribusian udara Pengaturan pendistribusian udara akan dilakukan dengan proses

  ducting , di mana udara yang telah dikondisikan akan disalurkan ke tempat-tempat tertentu sesuai dengan perancangan suhunya.

  1.5 Manfaat Perancangan Pengkondisian Udara

  Manfaat dasar dari perancangan sistem pengkondisian udara dibagi

  1) Pengkondisian udara untuk kenyamanan Mengkondisikan udara dari ruangan untuk memberikan kenyamanan kerja bagi orang yang melakukan kegiatan di dalam komplek Hypermarket Carrefour

  2) Pengkondisian udara untuk pengamanan produk

  Mengkondisikan udara dari ruangan untuk pengaman produk-produk tertentu, misalnya alat-alat elektronik dan bahan makanan tertentu.

1.6. Langkah-langkah Perancangan

  Ada beberapa langkah yang harus diperhatikan dalam perancangan sistem pengkondisian udara, yaitu: 1)

  Menghitung beban pendinginan 2) Merancang mesin pendingin 3)

  Pemilihan sistem hidronik 4) Perancangan sistem ducting 5) Pemilihan alat-alat tambahan atau sistem kontrol

BAB II DASAR TEORI

2.1 Prinsip-Prinsip Dasar Sistem Pengkondisian Udara

  Dalam setiap fluida terdapat molekul-molekul yang saling berhubungan satu sama lain. Jika fluida tersebut dipanaskan, maka molekul-molekul yang menyusun struktur fluida tersebut akan bergerak lebih cepat yang artinya temperature fluida akan naik. Dalam hal ini, proses tersebut disebut dengan energi dalam fluida bertambah, dan begitu juga sebaliknya bila fluida didinginkan, molekul-molekul fluida akan bergerak lebih lambat yang artinya temperature fluida akan turun.

  Dalam hukum Termodinamika I, energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah bentuknya menjadi bentuk energi lain. Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja. Panas yang dihasilkan merupakan salah satu bentuk energi.

  Menurut hukum Termodinamika II, bahwa perpindahan panas akan terjadi dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah, dengan cara: 1)

  Konduksi Konduksi adalah perpindahan panas pada fluida yang diam, bisa fluida padat, cair, atau gas. Konduksi dipengaruhi oleh tebal bahan, luas penampang, perbandingan temperatur antara dua sisi, harga k (konduktivitas panas) bahan, lama perpindahan panas yang terjadi.

  2) Konveksi

  Konveksi merupakan perpindahan panas melalui perpindahan fluida (adanya aliran fluida), baik gas atau cairan, dibedakan dalam konveksi alamiah dan konveksi paksa (bisa menggunakan blower atau fan untuk melakukan perpindahan panas secara cepat). Faktor yang mempengaruhi konveksi ini adalah dimensi benda, suhu dan karakteristik permukaan, kecepatan aliran, viskositas berat jenis, panas jenis (Cp), harga h (koefisien konveksi)

  3) Radiasi

  Radiasi adalah perpindahan panas yang melalui pancaran sinar atau gelombang elektromagnetik. Panas radiasi segera diserap oleh benda atau material yang berwarna gelap atau suram, tetapi benda yang muda warnanya, sebagian panas dipantulkan kembali, hanya sedikit panas yang diserap.

2.2 Sistem Pengkondisian Udara dan Peralatannya

  Dalam perancangan sistem pengkondisian udara, terlebih dahulu kita harus mengetahui definisi dari pengkondisian udara serta alat-alat yang mendukung sistem pengkondisian udara.

  2.2.1 Definisi Pengkondisian Udara

  Pengkondisian udara adalah suatu proses mendinginkan atau memanaskan udara sehingga dapat mencapai temperatur dan kelembaban yang sesuai dengan yang dipersyaratkan terhadap kondisi udara dari suatu ruangan tertentu. Selain itu, mengatur aliran udara dan kebersihannya. Dalam beberapa negara, pengkondisian udara sangat diperlukan untuk memberikan kenyamanan bagi para penggunanya.

  2.2.2 Sistem Penyegaran Udara

  Untuk mengatur suhu dan kelembaban, ada dua cara, yaitu dengan mengatur aliran rerigeran tanpa mengubah aliran udara (volume konstan, temperatur variabel) atau mengatur besar aliran udara tanpa mengubah aliran refrigeran (volume variabel, temperatur konstan). Dalam aplikasinya, sistem pengkondisian udara (AC) dibedakan dalam empat macam tipe :

  1) Sistem udara penuh Pada sistem udara penuh ini, udara segar masuk melalui koil pendingin dan langsung didistribusikan ke dalam ruangan. Sedangkan untuk udara balik tidak melalui koil pendingin, tapi langsung di sirkulasikan kembali ke dalam ruangan, atau sengaja dilewati ke dalam koil pendingin, atau bahkan dibuang keluar. Itu semua tergantung dari perancang. Sistem udara penuh ini menggunakan mesin pendingin refrigeran dan biasanya digunakan untuk melayani keperluan pengkondisian udara pada ruangan-ruangan berukuran besar, contohnya pada koridor hotel. Untuk mengetahui pengaplikasian sistem udara penuh ini, dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Aplikasi sistem udara penuh

  (Arismunandar, Pengkondisian Udara, hal. 75)

  2) Sistem air-udara Dalam sistem air-udara, udara segar yang masuk ke ruangan sudah didinginkan terlebih dahulu. Unit koil kipas udara atau unit induksi dipasang di dalam ruangan yang akan dikondisikan. Air dingin (dalam hal pendinginan) atau air panas (dalam hal pemanasan) dialirkan ke dalam unit tersebut, sedangkan udara ruangan dialirkan melalui unit tersebut sehingga menjadi dingin atau panas. Sistem ini biasanya dipergunakan untuk melayani pengkondisian udara pada ruangan yang berukuran kecil, contohnya pada kamar-kamar hotel. Pengaplikasian sistem air-udara dapat dilihat pada Gambar 2.2.

  (A) Sistem unit induksi (B) Sistem unit koil-kipas udara

Gambar 2.2 Aplikasi system air-udara

  3) Sistem air penuh

  Pada sistem air penuh, air dingin dialirkan melalui unit koil kipas udara, untuk pengkondisian udara. Dalam hal ini, udara segar yang diperlukan untuk ventilasi dimasukkan sebagai melalui celah-celah pintu atau jendela, atau, udara luar yang terisap langsung melalui lubang masuk pada dinding, di sebelah belakang unit koil kipas udara yang bersangkutan. Hal ini akan menyebabkan ventilasi yang kurang baik. Untuk mengatasi kekurangan tersebut, udara ventilasi dimasukkan ke dalam ruangan melalui saluran khusus yang sengaja dibuat di belakang koil pendingin (dibuat ducting). Pada sistem ini, udara segar dan udara balik akan melewati koil pendingin, seperti terlihat pada Gambar 2.3. Sistem ini menggunakan air sebagai refrigerannya dan biasa digunakan untuk melayani pengkondisian udara pada ruangan berkapasitas besar, contohnya pada komplek pertokoan.

  Ada dua cara untuk mengatur suhu dan kelembaban, yaitu dengan mengatur aliran refrigeran tanpa mengubah aliran udara (volume konstan, temperatur variabel) dan dengan cara mengatur besar aliran udara tanpa mengubah aliran refrigeran (volume variabel, temperatur konstan).

Gambar 2.3 Unit FCU dengan pemasukan udara luar secara langsung

  (Arismunandar, Pengkondisian Udara, hal. 82)

  4) Sistem pengkondisi udara tunggal Sistem ini terdiri dari kipas udara, koil udara pendingin dan mesin refrigerasi yang berada di dalam satu kotak, dengan terminal pipa air pendingin dan daya listrik di bagian luarnya. Empat jenis contoh penyegar udara yang termasuk dalam sistem ini, yaitu jenis paket, jenis jendela, jenis lantai, dan jenis atap. Sistem pengkondisi ini pada umumnya dipergunakan untuk rumah, gudang, dan gedung-gedung yang tidak memerlukan pengaturan temperatur dan kelembaban yang teliti. Selain itu, sistem ini banyak dipergunakan sebagai pembantu atau untuk mengatasi keadaan darurat, apabila sistem penyegar udara utama dihentikan atau mengalami kerusakan.

  Untuk melakukan pendistribusian udara yang telah dikondisikan, dibutuhkan unit-unit pendistribusian itu sendiri yang dibedakan ke dalam lima

  1) Pengkondisian Udara Sentral

  Pengkondisian udara sentral merupakan dasar dari kebanyakan jenis pengkondisian udara yang terdiri dari motor listrik dan kipas udara, koil udara, pelembab udara dan saringan udara, semuanya terletak di dalam satu kotak. Jenis pengkondisian udara ini dinamai unit pengolah udara (Air Handling Unit/ AHU) seperti terlihat pada Gambar 2.4. Koil _pendingin

Gambar 2.4 Unit pengolah udara

  (Arismunandar, Pengkondisian Udara, hal. 87)

  2) Unit Koil Kipas Udara

  Unit koil kipas udara atau lebih dikenal dengan Fan Coil Unit (FCU) adalah penyegar udara kecil yang dipergunakan di dalam ruangan, yang terdiri dari kipas udara, motor listrik, koil udara dan saringan udara yang terletak dalam satu kotak, seperti terlihat pada

Gambar 2.5. Bila dibandingkan dengan AHU, FCU lebih cenderung untuk melayani pengkondisian udara untuk ruangan yang berkapasitas

  lebih kecil

Gambar 2.5 Unit koil kipas udara

  

(Arismunandar, Pengkondisian Udara, hal. 88)

  3) Unit Induksi Unit induksi atau sering disebut dengan pengkondisian udara jenis split dipasang langsung di dalam ruangan. Unit ini mempunyai kotak udara, nosel, koil udara balikdan penutup. Pengkondisian udara jenis unit induksi dapat dilihat pada Gambar 2.6.

   Gambar 2.6(a) Unit induksi jenis tekanan tinggi (Arismunandar, Pengkondisian Udara, hal.89)

   Gambar 2.6(b) Unit induksi jenis tekanan rendah (Arismunandar, Pengkondisian Udara, hal.89)

  4) Pengkondisian Udara jenis Paket Pengkondisian udara jenis paket terdiri dari peralatan penyegar dan refrigeran yang terletak dalam satu rumah. Seperti terlihat pada

Gambar 2.7 yang menunjukkan sebuah konstruksi, di mana komponen dari penyegar udara tersebut yang terdiri dari kipas udara, koil udara,

  saringan udara dan bak penampung yang terletak di bagian atas dari rumah. Pengkondisian udara jenis paket, semula ditujukan untuk pendinginan, tetapi juga dipergunakan untuk pemanasan apabila dilengkapi dengan koil pemanas yang bekerja dengan uap atau air panas, atau dengan pemanas listrik.

Gambar 2.7 Penyegar udara paket

  

(Arisnmunandar, Pengkondisian Udara, hal.91)

  5) Pengkondisian Udara Kamar Pengkondisian udara kamar atau pengkondisian udara jenis jendela adalah pengkondisi udara paket berukuran kecil dengan kapasitas pendinginan antara 0.5 sampai 2 TR; tersedia dalam jenis lantai, langit- langit, jenis dinding, dan jenis jendela. Gambar 2.8 menunjukkan konstruksi pengkondisian udara jenis jendela dengan kompresor torak atau kompresor putar.

Gambar 2.8 Pendingin ruangan jenis jendela

  (Arismunandar, Penyegar Udara, hal. 93)

2.2.3 Faktor Pertimbangan Pemilihan Sistem Pengkondisian Udara

  Ada beberapa faktor pertimbangan pemilihan sistem pengkondisian udara yang meliputi: 1) Faktor kenyamanan

  Kenyamanan dalam ruangan pada umumnya ditentukan oleh parameter temperatur radiasi rata-rata, aliran udara, kebersihan udara, bau, kualitas ventilasi, serta tingkat kebisingan. 2)

  Faktor ekonomi Dalam proses pemasangan, operasi dan perawatan, serta sistem pengaturan yang akan dipergunakan, haruslah diperhitungkan pula segi-segi ekonominya, dari segi biaya awal, segi biaya operasi dan perawatan, serta biaya penggunaan daya listrik yang akan dipergunakan.

  3) Faktor operasi dan perawatan

  Sistem pengkondisian udara yang paling disukai adalah sistem yang mudah difahami konstruksinya, susunan dan cara menjalankannya.

  Beberapa faktor pertimbangan operasi dan perawatan ini meliputi konstruksi yang sederhana, tahan lama, mudah direparasi jika terjadi kerusakan, mudah dicapai, mudah dalam perawatannya, dapat melayani perubahan dalam pengkondisian operasi, serta mempunyai efisiensi yang tinggi. Penggunaan sistem pengkondisian udara air penuh water chiller yang akan digunakan dalam perancangan ini akan lebih menguntungkan dari segi faktor ekonomi yang akan menghemat biaya penggunaan daya listrik. Berat jenis dan panas spesifik air lebih besar dari pada udara sehingga lebih cepat menyerap panas, maka baik daya yang diperlukan untuk mengalirkan maupun ukuran pipa yang diperlukan untuk memindahkan panas lebih kecil. Dilihat dari segi faktor pemasangannya serta perawatannya , sistem ini termasuk sistem yang sederhana karena sistem water chiller ini dipasangkan bersamaan dengan pembangunan gedung yang akan diberikan sistem pengkondisian udara tersebut.

2.2.4 Aplikasi Penyegaran Udara

  Sudah lama sebelumnya, orang mengetahui tentang cara mengatasi kedinginan dengan menghangatkan ruangan, yaitu dengan membakar kayu atau dapat mendinginkan udara dari ruangan di mana kita berada, supaya merasa lebih nyaman dan terhindar dari pengaruh panas udara sekitarnya. Oleh karena itu, terutama di daerah beriklim panas, pengkondisian udara merupakan suatu kebutuhan yang tidak lagi mengandung arti kemewahan. Pengkondisian udara lazim digunakan untuk melayani keperluan hotel besar, gedung pertemuan, kantor, industri, rumah sakit, toko, rumah makan, bahkan juga tempat tinggal.

  Berikut contoh aplikasi sistem pengkondisian udara untuk berbagai macam gedung: 1) Gedung Kantor

  Pengkondisian udara diperlukan untuk memberikan kenyamanan lingkungan kerja bagi para karyawan sehingga dapat meningkatkan evektivitas dan produktivitas kerja. Dalam banyak hal pengkondisian udara itu juga diadakan untuk melindungi peralatan kantor.

  2) Hotel Pengkondisian udara diperlukan untuk memberikan kenyaman bagi para tamu yang menginap di hotel tersebut.

  3) Rumah Sakit Rumah sakit terdiri dari beberapa bagian, misalnya bagian penyakit dalam, bedah, kebidanan, patologi, dan sebagainya, termasuk bagsal, klinik dan ruang perawatan serta perlengkapannya yang lain; pengkondisian udara diperlukan untuk memberikan rasa nyaman bagi para staf, pasien maupun pengunjung rumah sakit, serta perawatan peralatan rumah sakit maupun dalam pembuatan obat-obatan yang membutuhkan pengaturan suhu tertentu.

  4) Pusat Pertokoan

  Selain untuk memberikan rasa nyaman kepada para pengunjung, sistem pengkondisian udara diperlukan untuk perawatan terhadap barang-barang elektronik serta pengawetan bahan-bahan makanan yang dijual di dalam pusat pertokoan tersebut.

  5) Gedung Bioskop, Gedung Pertemuan Umum, Tempat-tempat Ibadah

  Pengkondisian udara dibutuhkan untuk memberikan rasa nyaman bagi para pengunjungnya.

  6) Industri

  Sistem pengkondisian udara dalam dunia industri dibagi menjadi dua golongan, yaitu pengkondisian udara untuk kenyamanan, untuk memberikan kenyamanan lingkungan kerja bagi karyawan; dan pengkondisian udara industri, untuk mengatur temperatur dan kelembaban dari udara yang dipergunakan dalam proses produksi, penyimpanan dan lingkungan kerja mesin. Dari kesemuanya itu, faktor yang terpenting adalah segi ekonomisnya, setelah terlebih dahulu mempertimbangkan terjaminnya mutu produksi dan usaha meningkatkan produktivitasnya. 7) Tempat Tinggal

  Karena banyaknya ragam dari bentuk rumah yang ada, sehingga macam. Namun, penggunaan sistem pengkondisian udara tersebut untuk memberikan rasa nyaman bagi penghuninya.

2.3 Komponen Utama Sistem Pengkondisian Udara

  Penemuan siklus refrigerasi dan perkembangan mesin refrigerasi merintis jalan bagi pembuatan dan penggunaan mesin pengkondisian udara. Komponen utama dari sistem refrigerasi adalah:

  1) Kompresor

  2) Kondensor 3) Evaporator 4)

  Katup Ekspansi Dalam hal tersebut, kompresor berfungsi mengalirkan dan menaikkan tekanan gas refrigeran, yang selanjutnya dicairkan di dalam kondensor. Dari kondensor, refrigeran cair diuapkan dengan menyemprotkannya melalui katup ekspansi, ke dalam evaporator yang bertekanan rendah. Refrigeran yang menguap di dalam evaporator menyerap panas dari udara yang ada di sekitarnya.

2.3.1 Kompresor

  Kompresor merupakan alat yang berfungsi mengalirkan dan menaikkan tekanan dengan mengkompresi fluida yang ada di dalamnya. Berdasarkan sistem kerjanya, kompresor dibagi dalam beberapa jenis, yaitu:

  1) Kompresor Torak Kuda beban bagi industri refrigerasi adalah kompresor torak beberapa puluh W hingga ratusan kiloW kapasitas refrigerasi (daya penggerak kompresor berkisar antara 3,7 sampai 200 kW). Kompresor- kompresor modern bersifat “single-acting”, bersilinder tunggal atau multisilinder. Pada kompresor-kompresor multisilinder, silinder- silindernya dapat disusun berbentuk V, W, radial, atau lurus. Kompresor dalam Gambar 2.9 mempunyai 16 silinder, 2 silinder dalam setiap kepala (head). Pada saat berlangsung langkah hisap piston, gas refrigeran yang bertekanan rendah ditarik masuk melalui katup hisap piston atau di kepala kompresor. Pada saat lamgkah buang, piston menekan refrigeran dan mendorongnya keluar melalui katup buang, yang biasanya terletak pada kepala silinder.

Gambar 2.9 Kompresor torak dengan 16 silinder untuk amoniak

  (Stoecker. F, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, hal.195)

  2) Kompresor Sentrifugal Kompresor sentrifugal melayani sistem-sistem refrigerasi yang o

  ganda dapat diturunkan hingga -50 sampai -100

  C, walaupun penggunaanya yang terbanyak adalah untuk mendinginkan air hingga

  o

  kira-kira 6 atau 8 C di dalam sitem pengkondisian udara. Pandangan potongan suatu sistem refrigerasi lengkap yang meggunakan kompresor sentrifugal dapat dilihat pada Gambar 2.10 Konstruksi kompresor sentrifugal sama dengan pompa sentrifugal, fluida memasuki mata impeller yang berputar dan kemudian dilemparkan kearah lingkaran luar impeller dengan gaya sentrifugal. Sudu-sudu impeller meninggikan putaran gas tersebut dan membangkitkan tekanan. Dari impeller ini, gas mengalir ke sudu-sudu penghambur atau ruang spiral (volute), di mana sejumlah energi kinetik diubah menjadi tekanan. Kompresor sentrifugal dapat dibuat dengan satu roda bila diinginkan perbandingan tekanan yang rendah, walaupun mesin-mesin tersebut umumnya bertingkat ganda.

  Kompresor-kompresor sentrifugal bekerja dengan kompresi adiabatic, dengan efisiensi antara 70 hingga 80 persen.

Gambar 2.10 Kompresor sentrifugal

  (Stoecker. F, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, hal.213)

  3) Kompresor Sekrup/ Ulir Putar (Rotary Screw Compressors) Pada awalnya, kompresor ini dirancang untuk memperoleh kompresor udara tanpa minyak pelumas, memiliki dua buah rotor yang berpasangan, berturut-turut dengan gigi jantan dan gigi betina. Namun, dalam beberapa tahun terakhir ini, kompresor sekrup dibuat juga untuk dipergunakan pada mesin refrigerasi. Di dalam rumah kompresor rotor jantan dengan empat kuping, di sebelah kanan, meggerakkan rotor betina. Pada Gambar 2.11 menunjukkan pandangan urai dari bagian-bagian utama kompresor sekrup.

Gambar 2.11 Pandangan urai dari bagian-bagian utama kompresor sekrup

  (Stoecker. F, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, hal.209)

  Uap refrigeran memasuki satu ujung kompresor (di puncak) dan meninggalkan kompresor dari ujung yang lain (di bawah). Pada posisi hisap, terbentuk ruang hampa sehingga uap mengalir ke dalamnya. Sesaat sebelum ruang interlobe meninggalkan lobang pemasukkan, rongga tersebut telah dipenuhi oleh gas. Bila putaran terus berlanjut, gas yang terkurung digerakkan menggelilingi rumah kompresor. Pada putaran selanjutnya terjadi penangkapan kuping rotor jantan oleh lekuk rotor betina, sehingga memperkecil volume rongga dan menekan gas tersebut. Pada saat tertentu dalam proses kompresi, lubang buang terbuka, sehingga dengan penangkapan kuping lebih lanjut, gas yang tertekan keluar melalui lubang buang tersebut.

  Kompresor sekrup memiliki beberapa keunggulan, yaitu lebih sedikit jumlah bagian yang bergesekan, perbandingan kompresi yang tinggi dalam satu tingkat, relatif stabil terhadap pengaruh cairan (kotoran) yang terserap dalam refrigeran.

  4) Kompresor Semi Hermetik

  Pada kompresor semi hermetik, motor listrik dibuat menjadi satu dengan kompresor. Jadi, rotor motor listrik berada di dalam perpanjangan ruang engkol dari kompresor tersebut.

Gambar 2.12 Penampang kompresor semi hermetik Pada saat ini, kompresor semi hermetic untuk gas refrigeran Freon dibuat sampai kira-kira 40 kW. Dari segi konstruksi, kompresor semi hermetic juga dapat dibuat bersilinder banyak, dengan momen putar start yang rendah, seperti terlihat pada Gambar 2.12