PERANCANGAN SISTEM PENGKONDISIAN UDARA UNTUK LANTAI 1 PLAZA AMBARRUKMO YOGYAKARTA TUGAS AKHIR - Perancangan sistem pengkondisian udara untuk lantai 1 Plaza Ambarrukmo Yogyakarta - USD Repository
PERANCANGAN SISTEM PENGKONDISIAN UDARA UNTUK LANTAI 1 PLAZA AMBARRUKMO YOGYAKARTA TUGAS AKHIR
No : 703 / TA / FT – USD / TM / September / 2006 Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S1
Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin
Diajukan oleh :
NIM : 035214020
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SANATA DHARMA AIR CONDITIONING SYSTEM DESIGN FOR PLAZA AMBARRUKMO 1 st
FLOOR YOGYAKARTA TUGAS AKHIR
No : 703 / TA / FT – USD / TM / September / 2006 Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S1
Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin
Diajukan oleh :
NIM : 035214020
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SANATA DHARMA
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang tertulis dan diacu dalam naskah ini dan disebutkan di dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 18 Januari 2007 Daniel Endro Dwiyoga
PERSEMBAHAN
Tugas Akhir yang berjudul Perancangan Sistem Pengkondisian Udara Untuk Plaza Ambarrukmo Lantai 1 Yogyakarta ini penulis persembahkan kepada Bangsa Indonesia agar dapat bermanfaat bagi perkembangan dunia pendidikan.
Juga kepada orang tua penulis yang telah membesarkan, mendidik, memberikan semangat dan dorongan, dan membiayai penulis.
Untuk kakak penulis Agung, Niko Chunguk’s dan keluarga, Jenny, Gendis Aswinto dan keluarga yang telah banyak memberikan dukungan dan semangat kepada penulis.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dalam perkuliahan program S-1.
Tugas Akhir merupakan salah satu persyaratan yang wajib ditempuh setiap Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta agar dapat menyelesaikan studi. Tugas Akhir ini dapat dikatakan sebagai pelatihan dan pembelajaran dalam perancangan sistem pengkondisian udara (air conditioning) dalam dunia kerja.
Tugas Akhir ini membahas mengenai perancangan, pemilihan alat, perhitungan beban pendinginan yang terjadi pada sebuah gedung, dalam hal ini adalah Gedung Plaza Ambarrukmo yang berlokasi di Daerah Istimewa Yogyakarta. Sistem pengkondisian udara telah banyak sekali digunakan saat ini untuk mendapatkan kenyamanan dalam beraktivitas, maupun dalam mendukung proses-proses produksi dalam dunia industri.
Banyak sekali tempat-tempat lainnya yang telah menggunakan sistem pengkondisian udara, misalnya adalah kantor, hotel, apartemen, rumah sakit, institusi pendidikan, pusat perbelanjaan, dan kendaraan seperti bus, kereta api, dan pesawat terbang.
Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih
1. Ir. Gregorius Heliarko. SJ, S.S, BST, M.A, M.sc. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma
2. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
3. Bapak Ir. P.K. Purwadi, M.T. selaku dosen pembimbing dalam menyelesaikan Tugas Akhir
4. Orang tua yang selalu memberikan dorongan, semangat, dan biaya dalam mengerjakan hingga menyelesaikan Tugas Akhir
5. PT. Putera Mataram Mitra Sejahtera selaku Project Owner/Developer Gedung Plaza Ambarrukmo yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk melakukan studi lapangan
6. PT. Titimatra Tujutama selaku Manajemen Konstruksi Proyek Pembangunan Gedung Kantor Direktorat Jenderal Pajak D.I. Yogyakarta Tahap II yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk melakukan kerja praktek
7. Teman- teman kost penulis (Nanang, Ridwan, Bagus for the scanner, dan Dian) yang selalu memberikan semangat kepada penulis
8. Sayangku Gendis, yang juga selalu memberikan dorongan dan semangat yang lebih kepada penulis
9. Teman-teman angkatan 2003 khususnya Dani, Anes, Safat, Yandy, Iyong, Purnomo, Andri, Fo Sin, Anto, Gepeng dan kawan-kawan penulis memohon maaf atas segala kekurangan dan kesalahan yang terdapat dalam penulisan ini. Saran dan kritik yang membangun dari pembaca sangatlah penulis harapkan demi perbaikan di kemudian hari.
Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca, khusunya yang mendalami bidang pengkondisian udara.
Penulis
MOTTO
Berusaha adalah satu-satunya jalan untuk menjadi bisa, dan ketika kita bisa, maka kita akan berusaha dengan lebih keras lagi. Hal yang paling penting adalah kejujuran dalam kebersamaan, karena dengan itu kita akan lebih mampu untuk menjadi bisa. Sangat baik menjadi orang utama, tetapi lebih utama menjadi orang baik !!! daniel endro dwiyoga
INTISARI
Pengkondisian udara adalah proses perlakuan terhadap udara untuk mengatur temperatur, kelembaban, kebersihan, dan pendistribusiannya secara serentak guna mencapai kondisi nyaman yang dibutuhkan oleh menusia dalam melakukan aktivitasnya. Prinsip perpindahan panas adalah dasar bagi sistem pengkondisian udara yang mempergunakan siklus kompresi uap dalam melangsungkan proses kerjanya.
Panas akan mengalir jika terdapat perbedaan temperatur, bisa melalui proses konduksi, konveksi, atau radiasi. Pada dasarnya panas dibagi menjadi dua, yaitu panas sensibel dan panas laten. Panas sensibel adalah panas yang terdapat pada setiap benda yang mempunyai temperatur diatas 0°C pada tekanan absolut, sedangkan panas laten adalah panas yang diperlukan untuk merubah phasa benda pada temperatur yang tetap.
Beban pendinginan dapat diperoleh dari berbagai sumber, antara lain adalah perpindahan panas melalui bangunan, radiasi kaca, lampu penerangan, penghuni ruangan, peralatan listrik, infiltrasi, dan ventilasi.
Pada perancangan ini, penulis memilih pendinginan dengan menggunakan air sebagai refrigeran sekunder (water chiller) dengan sistem air penuh. Dari perhitungan yang didapat, beban pendinginan maksimal yang terjadi sebesar 886,925 TR (900 TR dalam perhitungan AHU).
ABSTRACT
Air conditioning is a treatment process of the air to arrange the temperature, humidity, cleanliness, and distribution at the same time for reach comfort condition which is required by human for doing his activity. The heat transfer principle is a basic for air conditioning system with compress vapor cycle.
Heat will flow if there are different temperature, can through conduction process, convection, or radiation. Basically, heat can be divided become two, that is sensible heat and latent heat. Sensible heat is heat which there are in each object having above temperature 0°C at absolute pressure, while latent heat is needed to heat change object phase at temperature which remain to.
Cooling load can be obtained from various source, for example is transfer of heat through building, glass radiation, illuminator, human, equipments of electrics, infiltrate, and ventilation.
In this scheme, writer was choose refrigeration by using water as secondary refrigerant (water chiller) with system full of water. With calculation, maximal refrigeration burden that happened equal to 886,925 TR (900 TR in calculation of AHU).
DAFTAR ISI
Halaman Judul Bahasa Inggris............................................................................. i Halaman Persetujuan Dosen Pembimbing........................................................... ii Halaman Pengesahan ........................................................................................... iii Halaman Pernyataan ............................................................................................ iv Halaman Persembahan......................................................................................... v Kata Pengantar ..................................................................................................... vi Motto.................................................................................................................... ix Intisari .................................................................................................................. x Abstract ................................................................................................................ xi Daftar Isi .............................................................................................................. xii Daftar Tabel ........................................................................................................ xvii Daftar Gambar.................................................................................................... xviii
Bab I. Pendahuluan .............................................................................................. 1 I.1 Pengantar Sistem Pengkondisian Udara ............................................. 1 I.2 Batasan masalah ................................................................................. 9 I.3 Asumsi ................................................................................................ 9 I.4 Tujuan perancangan............................................................................ 10 I.5 Manfaat ............................................................................................... 11 I.6 Langkah kerja ..................................................................................... 11
II.3 Sistem-Sistem Pengkondisian Udara................................................. 27
II.4 Refrigeran Sebagai Fluida ................................................................. 31
II.5 Prinsip Kerja Aliran Refrigerasi........................................................ 38
II.6 Komponen Utama Mesin Refrigerasi................................................ 40 II.6.1 Unit Kompresor..................................................................
41 II.6.2 Unit Kondenser ..................................................................
46 II.6.3 Unit Evaporator .................................................................. 52
II.6.4 Alat Ekspansi...................................................................... 58
II.7 Sistem Water Chiller ......................................................................... 61
II.8 Rangkaian Pipa dan Aksesorisnya .................................................... 70
BAB III. Perhitungan Beban Pendinginan........................................................... 73 III.1Kondisi Umum Bangunan................................................................. 76 III.2 Perhitungan Beban Pendinginan Pada Lantai 1 ............................... 77 III.2.1 Perpindahan Panas Melalui Bangunan.............................. 80 III.2.2 Perpindahan Panas Radiasi Melalui Kaca......................... 82 III.2.3 Beban Pendinginan Karena Lampu Penerangan............... 83 III.2.4 Beban Pendinginan Karena Penghuni Ruangan................ 85 III.2.5 Beban Pendinginan Karena Peralatan Listrik dan Peralatan Lain ................................................................... 87 III.2.6 Beban Pendinginan Karena Perembesan/Infiltrasi............ 92 III.2.7 Beban Pendinginan Karena Kebutuhan Pergantian
BAB IV. Perancangan Komponen Utama ......................................................... 101 IV.1 Refrigeran ..................................................................................... 102 IV.1.1 Diagram Mollier ............................................................ 102 IV.1.2 Pemilihan Refrigeran ..................................................... 105 IV.1.2.1 Freon (R-22) ................................................... 108 IV.1.2.2 Refrigeran HFC-134a ..................................... 112 IV.1.2.3 Carbon dioxide (R-744) .................................. 115 IV.2 Pemilihan Komponen Utama........................................................ 118 IV.2.1 Kompresor ..................................................................... 119 IV.2.1.1 Pemilihan Kompresor ..................................... 119 IV.2.1.2 Perancangan Kompresor ................................ 120 IV.2.2 Kondenser ...................................................................... 125 IV.2.2.1 Pemilihan Kondenser...................................... 125 IV.2.2.2 Perancangan Kondenser.................................. 126 IV.2.2.3 Penurunan Tekanan ........................................ 132 IV.2.3 Evaporator...................................................................... 135 IV.2.3.1 Pemilihan Evaporator ..................................... 135 IV.2.3.2 Perancangan Evaporator ................................. 136 IV.2.3.3 Penurunan Tekanan Pada Evaporator ............. 144 IV.2.4 Katup Ekspansi .............................................................. 145 IV.2.4.1 Pemilihan Katup Ekspansi .............................. 145
V.2 Pompa dan Perpipaan..................................................................... 154
V.2.1 Perancangan Pompa Air Pendingin Dari Evaporator
- – Koil Pendingin ............................................................. 155
V.2.2 Perancangan Pompa Air Pendingin Dari Kondenser
- – Menara Pendingin ........................................................ 163
V.3 Perancangan Blower ...................................................................... 169
V.4 Perancangan Saluran Udara (Ducting)........................................... 171
BAB VI. Pengoperasian, Pemeliharaan, dan Perawatan Mesin Pengkondisian Udara ......................................................................... 176 VI.1 Petunjuk Pengoperasian Mesin Pengkondisian Udara.................. 176 VI.1.1 Petunjuk Menjalankan Mesin Pengkondisian Udara ..... 177 VI.1.2 Petunjuk Mematikan Mesin Pengkondisian Udara........ 178 VI.2. Kontrol Pada Sistem Water Chiller ............................................. 179 VI.2.1 Kontrol Suhu Air Dingin Pada Water Chiller................ 179 VI.2.2 Kontrol Tekanan ............................................................ 181 VI.2.3 Kontrol Overload ........................................................... 181 VI.2.4 Kontrol Pelumasan Kompresor...................................... 181 VI.3. Pemeliharaan dan Perawatan Mesin Pengkondisian Udara......... 181 VI.3.1 Pemeliharaan Mingguan ................................................ 182 VI.3.2 Pemeliharaan Bulanan ................................................... 182 VI.3.3 Pemeliharaan Enam Bulanan ......................................... 184
VI.3.5.2 Kondensor....................................................... 185
VI.3.5.3 Kompresor ...................................................... 185
BAB VII. Kesimpulan dan Penutup.................................................................. 187 VII.1 Data Teknis.................................................................................. 187 VII.1.1 Sistem Refrigerasi ........................................................ 187 VII.1.2 Data Kompresor ........................................................... 187 VII.1.3 Data Kondenser ............................................................ 188 VII.1.4 Data Evaporator............................................................ 188 VII.1.5 Data Katup Ekspansi .................................................... 189 VII.1.6 Data Koil Pendingin ..................................................... 189 VII.1.7 Data Saluran Udara....................................................... 190 VII.1.8 Data Kipas Udara ......................................................... 190 VII.1.9 Data Pompa Air ............................................................ 190 VII.1.10 Data Menara Pendingin .............................................. 191 VII.2 Kesimpulan.................................................................................. 191 VII.3 Penutup ........................................................................................ 192 Daftar Pustaka ................................................................................................... 193 Lampiran ........................................................................................................... 194
DAFTAR TABEL
Tabel I.1 Kondisi Temperatur dan Kelembaban Untuk Penyegaran Udara Pada Industri ......................................................................................... 5
Tabel II.1 Temperatur dan Tekanan Pengembunan Dari Refrigeran................... 34 Tabel II.2 Temperatur dan Tekanan Penguapan Dari Refrigeran........................ 34 Tabel II.3 Karakteristik Termodinamik Beberapa Refrigeran ............................. 38 Tabel III.1 Ukuran-Ukuran Gedung Plaza Ambarrukmo Lantai 1 ...................... 79 Tabel III.2 Transmisi Kalor Yang Terjadi Pada Bangunan ................................ 82 Tabel III.3 Nilai Perpindahan Panas Karena Lampu Penerangan........................ 84 Tabel III.4 Nilai Perpindahan Panas Karena Penghuni Ruangan ........................ 85 Tabel III.5 Nilai Perpindahan Panas Karena Peralatan........................................ 89 Tabel III.6 Nilai Perpindahan Panas Karena Infiltrasi......................................... 93 Tabel III.7 Nilai Perpindahan Pans Karena Ventilasi .......................................... 94 Tabel V.1 Penentuan ukuran ducting................................................................. 174
DAFTAR GAMBAR
Gambar I.1 Pencuci Udara (air washer) .............................................................. 3 Gambar I.2 Skematik Pada Ruang Komputer...................................................... 6 Gambar II.1 Diagram Aliran Refrigeran Dalam Siklus Refrigerasi .................... 18 Gambar II.2 Perbandingan Daur Kompresi Uap Nyata Dengan Daur Standar ... 18 Gambar II.3 Diagram P-h, Siklus Refrigerasi Ideal Secara Umum ..................... 19 Gambar II.4 Diagram P-h, Menunjukkan Nilai Entalpi....................................... 22 Gambar II.5 Unit Pengolah Udara ....................................................................... 23 Gambar II.6 Unit Koil-Kipas Udara .................................................................... 24 Gambar II.7 Penyegar Udara Jenis Paket............................................................. 24 Gambar II.8 Unit Induksi Jenis Tekanan Tinggi.................................................. 25 Gambar II.9 Unit Induksi Jenis Tekanan Rendah ................................................ 26 Gambar II.10 Pendingin Udara Jenis Jendela ...................................................... 27 Gambar II.11 Skematik Pengkondisian Sistem Udara Penuh.............................. 28 Gambar II.12 Skematik Pengkondisian Sistem Air-Udara .................................. 29 Gambar II.13 Skematik Pengkondisian Sistem Air Penuh .................................. 30 Gambar II.14 Contoh Sistem Udara Tunggal; Jenis Jendela ............................... 31 Gambar II.15 Skematik Sistem Air Penuh........................................................... 40 Gambar II.16 Konstruksi Kompresor Torak (Silinder Ganda)
Kecepatan Tinggi ..................................................................................... 42
Gambar II.19 Sebuah Sistem Kompresor Sentrifugal.......................................... 45 Gambar II.20 Kompresor Yang Tertutup Secara Hermetik................................. 46 Gambar II.21 Selisih Temperatur Refrigeran dan Air Pendingin Dalam Kondensor ....................................................................................
48 Gambar II.22 Kondenser Berbentuk Tabung dan Pipa ........................................ 49 Gambar II.23 Kondenser Tabung dan Koil.......................................................... 50 Gambar II.24 Kondenser Jenis Pipa Ganda ......................................................... 51 Gambar II.25. Kondenser Berpendingin Udara ................................................... 51 Gambar II.26 Selisih Temperatur Rata-Rata........................................................ 54 Gambar II.27 Evaporator Tabung dan Koil ......................................................... 55 Gambar II.28 Evaporator Tabung dan Pipa Jenis Kering .................................... 56 Gambar II.29 Perbandingan Koefisien Perpindahan Kalor ................................. 56 Gambar II.30 Evaporator Pendingin Udara ......................................................... 57 Gambar II.31 Evaporator Pendingin Air.............................................................. 57 Gambar II.32 Alat Ekspansi Jenis Pipa Kapiler................................................... 59 Gambar II.33 Katup Ekspansi Termostatik.......................................................... 60 Gambar II.34 Katup Ekspansi Manual................................................................. 60 Gambar II.35 Katup Ekspansi Tekanan Konstan................................................. 61 Gambar II.36 Contoh Unit AHU (Air Handling Unit)......................................... 63 Gambar II.37 Pompa Air Dingin Sebelum Disirkulasikan .................................. 63 Gambar II.38 Saringan Zat Pengotor Pada Saluran Air Dingin........................... 64
Gambar II.41 Contoh Fleksibel Ducting Yang Diisolasi..................................... 66 Gambar II.42 Contoh Unit Menara Pendingin (Cooling Tower) ......................... 68 Gambar II.43 Pompa Air Pendingin Kondenser .................................................. 68 Gambar III.1 Denah Lantai 1 Gedung Plaza Ambarrukmo ................................. 78 Gambar IV.1 Keterangan Tentang Diagram Mollier ......................................... 103 Gambar IV.2 Garis Isobar, Isoentalpi, Isotermal, dan Isovolume Spesifik ....... 104 Gambar IV.3 Garis Iso Kering Dan Garis Isentropis......................................... 105 Gambar IV.4 Perubahan Tingkat Keadaan Refrigeran ...................................... 106 Gambar IV.5 Skema Aliran Air dan Nilai Temperaturnya................................ 107 Gambar IV.6 Diagram Mollier Untuk Refrigeran Freon R-22 .......................... 111 Gambar IV.7 Diagram Mollier Untuk Refrigeran HFC-134a............................ 114 Gambar IV.8 Diagram Mollier Untuk Refrigeran Karbon Dioksida (CO
2 ) ...... 117
Gambar IV.9 Penampang Kondenser Pipa Tembaga......................................... 127 Gambar IV.10 Penampang Katup Ekspansi Thermostatis................................. 148 Gambar V.1 Ducting terpanjang ........................................................................ 172
BAB I PENDAHULUAN I.1 Pengantar Sistem Pengkondisian Udara Dalam kehidupan manusia saat ini, salah satu faktor yang paling penting
adalah bagaimana memperoleh sebuah kenyamanan. Kenyamanan menjadi penting bagi manusia karena dengan merasa nyaman, maka aktivitas yang dilakukan ataupun yang akan dilakukan akan menjadi lebih baik. Misalnya jika seseorang bekerja di sebuah kantor; apabila suasana dan keadaan kantor tersebut tidak nyaman, maka orang itu akan kurang berkonsentrasi dalam bekerja.
Ketidaknyamanan itu mungkin karena orang yang melakukan aktivitas di ruangan merasa gerah, kepanasan, ataupun udara di dalam ruangan tersebut tidak bersih dan segar. Tetapi akan berbeda jika suasana di kantor tersebut nyaman, orang itu akan melakukan pekerjaannya dengan lebih berkonsenrasi, karena ia tidak lagi merasakan gerah, kepanasan, ataupun udara yang sumpek dan tidak bersih. Pada tahun 1777, seorang ahli kimia yang bernama Lavoisier melakukan suatu penelitian. Ia menerangkan bahwa kenaikan kadar karbondioksida (CO
2 ) di
dalam ruangan yang tertutup sebagai akibat pernafasan manusia, akan menyebabkan sesak dan panas. Hal itu disebabkan karena kurangnya kadar oksigen (O 2 ) dan udara segar di dalam ruangan.
Salah satu penyelesaian dalam memecahkan masalah di atas adalah dengan pengkondisian udara mempunyai fungsi antara lain adalah menurunkan suhu aliran udara. Dalam hal ini teknik pengkondisian udara tidak hanya berfungsi sebagai pendingin ruangan, tetapi di dalam ruangan yang menggunakan AC, temperatur dan kelembaban yang diinginkan oleh pengguna ruangan dapat diatur sedemikian rupa sehingga dapat nyaman apabila dipakai untuk melakukan sebuah aktivitas. Pendistribusian udara di dalam ruangan juga dapat dirancang seperti yang diinginkan, selain itu udara yang disirkulasikan akan bersih karena semua ventilasi dari luar ruangan ditutup sehingga mengurangi banyaknya debu yang masuk dan udara yang disirkulasikan oleh mesin pendingin (AC) itu telah melalui berbagai proses, salah satunya adalah penyaringan (filtrasi) akan udara yang kotor.
Pengkondisian udara atau AC (air conditioning) adalah proses perlakuan terhadap udara untuk mengatur suhu, kelembaban, kebersihan, dan pendistribusiannya secara serentak guna mencapai kondisi nyaman yang dibutuhkan. Oleh karena itu, teknik pengkondisian udara juga mencakup usaha pemanasan.
Sistem pengkondisian udara sebenarnya telah dikenal sejak lama. Pada tahun 1897 instalasi pendinginan pertama dibuat dan dipatenkan oleh seorang berkebangsaan Amerika, yaitu Joseph Mc.Creaty. Saat itu, instalasi pendinginan tersebut dinamakan mesin pencuci udara (air washer). Sedangkan di Amerika Serikat pada tahun 1906, Dr. Willis Haviland Carrier berhasil membuat alat Sejak saat itu banyak alat pencuci udara atau pengkondisian udara digunakan untuk keperluan industri.
Gambar I.1 Pencuci Udara (air washer)
(Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 19)
Indonesia merupakan daerah tropis yang memiliki keadaan lingkungan yang cenderung panas, sehingga sistem pengkondisian udara lebih banyak dipakai untuk mendinginkan ruangan. Sejalan dengan perkembangan jaman dan kebutuhan manusia yang makin meningkat, salah satunya adalah untuk memperoleh kenyamanan dan kesegaran udara di lingkungannya. Maka sistem pengkondisian udara atau AC (air conditioning) digunakan secara lebih meluas.
Sistem pengkondisian udara secara garis besar dibagi menjadi 2, yaitu :
a. Mengkondisikan udara di dalam ruangan sehingga diperoleh suatu kenyamanan dan kesegaran bagi orang-orang yang melakukan aktivitas di ruangan tersebut. Contoh penggunaan untuk keperluan kenyamanan adalah b. Mengkondisikan udara di dalam ruangan untuk keperluan industri, karena di dalam suatu industri tertentu juga dibutuhkan keadaan yang dapat mendukung proses-proses dari industri tersebut agar produk yang dihasilkan dapat terjaga kualitasnya. Contohnya pada industri kertas, kayu, obat-obatan, dan tekstil. Untuk keperluan industri sendiri, terdapat 2 hal yang perlu dipenuhi. Untuk kenyamanan lingkungan kerja para karyawan dan juga untuk mendukung kegiatan proses produksi yang berkenaan dengan pengaturan temperatur, kelembaban, pendistribusian, dan juga faktor kebersihan yang tidak kalah penting. Hal-hal tersebut penting karena menyangkut produk-produk yang dihasilkan oleh sebuah perusahaan. Dari segi pemeliharaan bahan baku, proses pembuatan, penyimpanan, sampai pada pengkondisian untuk mendukung lingkungan kerja mesin yang baik.
Misalnya pada industri percetakan, dibutuhkan pengawasan kelembaban agar kertas yang diproduksi mempunyai kualitas yang baik (tidak mengkerut atau memanjang). Pada industri pembuatan alat-alat yang presisi, terdapat hal-hal yang perlu diperhatikan. Misalnya, logam tidak akan memuai atau mengkerut, logam dapat dicegah dari bahaya korosi karena oksidasi, menyaring udara dengan mengurangi debu. Pada produksi fotografi, jika temperatur terlalu tinggi maka bahan mentah fotografi akan mudah rusak. Masih banyak lagi keperluan- keperluan yang lain, yang berkaitan dengan bidang industri. Tabel I.1 Kondisi Temperatur dan Kelembaban Untuk Penyegaran Udara Pada Industri
(Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 3)
Contoh penggunaan sistem AC yang lain adalah :
a. Gedung perkantoran Untuk memperoleh kenyamanan bagi para karyawan dalam lingkungan kerja, maka dibutuhkan alat pengkondisian udara untuk usaha mendinginkan ruangan. Dengan kenyamanan yang diperoleh di dalam ruangan, maka para karyawan akan lebih berkonsentrasi dalam melakukan
Keadaan udara pada hotel dan apartemen juga harus dikondisikan untuk menarik minat para tamu. Karena dengan adanya sistem pengkondisian udara, maka juga akan tercipta kenyamanan di dalam hotel dan apartemen tersebut. Temperatur dan tingkat kelembabannya juga harus bisa diatur sesuai dengan keinginan para penggunanya. Berdasarkan keperluan aktivitas, jenis kelamin atau usia.
c. Ruangan komputer Di dalam ruangan ini harus diatur suhu, kelembaban, dan kebersihan udaranya oleh sistem pengkondisian yang dipakai. Jika terlalu panas, komponen-komponen elektronik akan mengalami perubahan karakteristik dari keadaan normalnya. Komponen elektronik di dalam komputer akan bekerja lebih baik pada suhu yang rendah, tetapi perlu juga disesuaikan dengan suhu nyaman yang cocok untuk orang yang berada di ruangan itu.
Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah menjaga suhu di ruang komputer antara 20°C hingga 25°C. Kelembaban juga dapat diatur berkisar antara 30% hingga 45%. d. Rumah Sakit Sistem pengkondisian udara sangat dibutuhkan oleh rumah sakit karena rumah sakit memiliki kamar-kamar yang berisikan orang yang mempunyai sakit yang berlainan. Untuk mencegah menyebarnya virus penyakit antara satu kamar dan kamar yang lainnya, maka udara antar kamar tersebut tidak boleh tercampur. Begitu juga untuk ruangan-ruangan lainnya seperti ruang tunggu, apotek, toilet, bahkan tempat penyimpanan obat. Tempat penyimpanan obat di rumah sakit juga harus dikondisikan keadaan udaranya agar obat-obat yang disimpan di dalamnya tidak mudah rusak.
e. Pertokoan Di dalam pertokoan diperlukan pengkondisian udara. Selain untuk meningkatkan suasana nyaman dalam berbelanja bagi pengunjung, juga untuk menjaga kualitas dari barang-barang yang ditawarkan oleh pertokoan tersebut agar barang-barang yang dijual tidak mudah rusak.
Khususnya untuk makanan yang memerlukan tempat yang lebih dingin dengan pengaturan suhu dan kelembaban yang tertentu.
f. Gedung bioskop, gedung pertemuan, dan tempat ibadah Gedung yang termasuk dalam kelompok ini mempunyai area yang besar dan jumlah pengunjung yang banyak. Maka dibutuhkan sistem pengkondisian udara yang berfungsi untuk membuat kenyamanan dan menyuplai udara segar ke dalam ruangan agar suasana di dalam ruangan
Sebagian besar rumah tinggal yang ada di Indonesia, khususnya yang ada di kota-kota besar, telah menggunakan sistem pengkondisian udara (AC).
Jenis yang paling dipakai adalah AC split dan AC window, karena lebih praktis dan mudah dalam pemasangan dan instalasinya. Karena Indonesia memiliki keadaan cuaca yang cenderung panas, maka kebanyakan alat pengkondisian udara dipakai sebagai pendingin ruangan.
h. Kendaraan Saat ini hampir seluruh kendaraan yang ada menggunakan sistem pengkondisian udara. Selain mobil, bis, kereta api, truk, kapal, hingga pesawat terbang pun menggunakannya. Bagi kendaraan, beban pendinginan yang terbesar didapat dari radiasi sinar matahari dan orang yang berada di dalamnya. Bahkan untuk pesawat terbang, usaha pengkondisian udara juga mencakup aspek pemanasan Karena udara sekitar saat pesawat berada di atas mempunyai suhu yang rendah, maka diperlukan adanya pemanasan.
Sistem AC yang paling banyak dipergunakan saat ini adalah sistem pengkondisian udara sentral. Artinya adalah mesin pendingin hanya berada pada satu lokasi saja, sedangkan udara disirkulasikan dengan saluran-saluran udara yang mampu menjangkau seluruh gedung yang akan dikondisikan udaranya, sehingga kondisi udara di seluruh bagian gedung dapat mencapai tingkat kenyamanan yang merata sesuai yang diinginkan. I.2 Batasan masalah Agar bahasan yang dibicarakan selanjutnya berada pada lingkup yang jelas, maka penulis ingin memberikan batasan masalah yang akan dibahas selanjutnya. Penulis akan membahas mengenai perancangan pengkodisian udara pada lantai 1, gedung Plaza Ambarrukmo, Yogyakarta.
Penulis akan menentukan sistem yang dipakai pada gedung tersebut adalah dengan water chiller sistem air penuh, dengan menggunakan refrigeran sekunder yang berupa air yang didistribusikan melalui pipa-pipa. Udara segar (fresh air) dan udara balik (return air) akan masuk ke dalam unit pengolah udara yang bernama AHU (air handling unit) dan FCU (fan coil unit), yang di dalamnya terdapat koil pendingin yang berisi air dingin sebagai refrigeran sekunder.
Penulis memilih water chiller karena penulis sudah pernah melakukan studi lapangan pada semester VI di Plaza Ambarrukmo Yogyakarta. Mengenai sistem air penuh, dipilih supaya masalah yang dibahas akan lebih jelas dan ringkas.
I.3 Asumsi Karena penulis akan merancang 1 (satu) lantai dari gedung yang berupa plaza, dimana terdapat bermacam-macam outlet di dalamnya, maka penulis akan merancang beban pendinginan yang dihasilkan oleh tiap outlet sama besar, temperatur dan kelembabannya juga diasumsikan sama karena seluruh ruangan di
Asumsi mengenai temperatur rancangan di dalam ruangan adalah 22°C dengan kelembaban 50% sedangkan temperatur bola kering di luar ruangan adalah 33°C dan temperatur bola basah di luar ruangan adalah 27°C. Waktu yang diambil adalah pada bulan september, pukul 14.00 karena diasumsikan sedang terjadi pemanasan yang maksimal oleh matahari.
I.4 Tujuan perancangan Tujuan pengkondisian udara yang akan dirancang adalah untuk :
a. Memberikan kenyamanan bagi pengunjung yang datang agar tidak cepat merasakan bosan atau tidak nyaman berada di gedung tersebut.
b. Membuat temperatur dan kelembaban udara yang sesuai agar dapat menjaga kualitas barang-barang yang dijual dalam pemeliharaan dan penyimpanannya.
c. Untuk menyuplai udara segar (fresh air) dari luar ruangan ke dalam ruangan, agar kesegaran udara di dalam ruangan tetap selalu terjaga.
d. Memudahkan dalam menghitung beban pendinginan dari sistem pengkondisian udara yang akan dirancang, sehingga dapat diketahui berapa banyak refrigeran yang dibutuhkan.
e. Agar dapat mengetahui jenis refrigeran apa yang cocok digunakan dibutuhkan untuk menjalankan mesin pendingin yang akan dirancang.
I.5 Manfaat Manfaat yang didapat dari perancangan adalah :
a. Dapat mengetahui dengan lebih jelas bagaimana merancang sistem pengkondisian udara, serta dapat menghitung besarnya beban pendinginan yang terjadi.
b. Tercipta suasana nyaman sehingga pengunjung yang datang mendapatkan tingkat kepuasan tersendiri.
c. Agar mahasiswa memperoleh pengalaman dalam merancang sistem pengkondisian udara yang bermanfaat bagi kenyamanan banyak orang.
d. Membantu mahasiswa berlatih berpikir aktif, kritis, kreatif, dan logis dalam menemukan penyelesaian masalah.
I.6 Langkah kerja a. Menghitung beban pendinginan.
b. Merancang mesin pendingin.
c. Merancang sistem hidronik (pompa air kondenser dan pompa air dingin).
conditioning) merupakan terapan dari teori perpindahan kalor dan termodinamika
karena terdapat aspek perpindahan kalor dan juga proses-proses termodinamika dalam siklus refrigerasi. Hukum Termodinamika I menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, tetapi dapat diubah bentuknya menjadi bentuk energi lain. Sedangkan, Hukum Termodinamika II menyatakan bahwa perpindahan energi panas berlangsung jika terdapat perbedaan temperatur sampai terjadi keseimbangan temperatur.
Pada sistem pengkondisian udara terdapat aspek pendinginan ruangan yang menjadi dingin karena adanya perpindahan kalor dari suhu yang lebih tinggi menuju suhu yang lebih rendah. Dalam siklus refrigerasi juga terdapat fluida kerja yang dinamakan refrigeran, dinamakan fluida karena zat tersebut mengalir di dalam siklus refrigerasi dalam bentuk cair dan uap.
Fluida yang mengalir mempunyai tekanan yang dinamakan tekanan fluida. Tekanan adalah gaya yang bekerja per satuan luas. Dapat juga dikatakan bahwa tekanan sebagai ukuran intensitas gaya pada suatu satuan luas permukaan. Pada benda padat keseluruhan berat benda itu menekan ke permukaan yang terkena yang berada di atas bagian lubang itu akan mengalir keluar disebabkan gaya tekan air ke bawah dan ke pinggir.
Untuk memungkinkan terjadinya perpindahan kalor dibutuhkan adanya perbedaan temperatur yang disebabkan oleh adanya panas. Panas dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu :
a. Panas sensibel Panas sensibel adalah panas yang dapat diukur, panas yang menyebabkan terjadinya kenaikan/penurunan temperatur. Semua benda baik padat, cair, atau gas mempunyai panas sensibel selama berada di atas temperatur 0° absolut.
b. Panas laten Panas laten adalah panas yang diperlukan untuk merubah phasa benda, mulai dari titik lelehnya atau titik didihnya atau titik bekunya sampai benda itu secara sempurna berubah phasa, tetapi temperaturnya tetap. Menurut Hukum Thermodinamika II bahwa perpindahan panas akan terjadi dari temperatur yang lebih tinggi ke temperatur yang lebih rendah.
Perpindahan panas akan terjadi dengan beberapa cara, yaitu :
a. Konduksi Konduksi digambarkan sebagai perpindahan panas diantara molekul- molekul dari suatu benda, atau pada benda maupun fluida yang diam. Jika perpindahan panas ini terjadi hanya dalam 1 benda, maka hal itu hanya bahannya, walaupun dimensinya sama. Ada bahan yang mudah menghantarkan panas, tetapi ada juga yang sulit memindahkan panas. benda padat pada umumnya merupakan konduktor yang lebih baik dibanding benda cair, dan benda cair lebih baik dibanding gas/uap.
Tembaga dan aluminium merupakan konduktor yang baik, biasanya dipakai untuk kondenser, evaporator, dan pipa-pipa penghubung untuk sistem refrigerasi (pendinginan), sedangkan kaca, wol, dan bahan-bahan bangunan merupakan isolator. Jumlah perpindahan panas melalui cara konduksi untuk macam-macam bahan tergantung dari tebal bahan, luas penampang, perbedaan temperatur antara 2 sisi benda, faktor konduktivitas thermal (k), dan lamanya perpindahan panas terjadi.
b. Konveksi Konveksi adalah perpindahan panas melalui media gas atau cairan (liquid), sebagai contoh udara di dalam lemari es dan air yang dipanaskan di dalam cerek. Udara bersinggungan dengan pipa-pipa evaporator yang dingin di dalam lemari es akan menjadi lebih dingin dan lebih padat, mengalir ke bagian bawah. Selama mengalir turun udara itu akan mengambil panas dari isi lemari es dan juga dindingnya secara konveksi, sedangkan di dalam produk yang disimpan atau di dalam dinding lemari es terjadi perpindahan panas secara konduksi. Setelah udara mengambil panas, udara itu merenggang dan jadi ringan, kemudian mengalir lagi ke atas sampai udara/produk dengan pipa-pipa evaporator. Biasanya rangkaian pipa evaporator dibuat di sekeliling badan lemari es agar aliran perpindahan panas konveksi dapat berlangsung secara lebih merata. Perpindahan yang terjadi adalah perpindahan panas konveksi secara alamiah. Perpindahan panas konveksi juga dapat dibuat dengan cara menggunakan kipas atau blower sehingga aliran perpindahan panasnya dapat terjadi lebih cepat.
Proses yang terakhir disebut juga perpindahan panas secara konveksi paksa.
c. Radiasi Radiasi adalah perpindahan panas melalui sinar atau gelombang elektromagnetik. Seperti cahaya matahari yang sampai ke bumi melalui gelombang sinarnya, tanpa melalui perantaraan udara atau lainnya. Panas radiasi yang diserap oleh dinding suatu sistem pendingin akan menjadi beban pendinginan. Panas radiasi dengan segera diserap oleh benda/materi yang berwarna gelap/suram. Setiap benda yang menyerap panas, akan merupakan sumber panas radiasi pula selama ada perbedaan temperatur dan selama temperaturnya masih di atas 0° absolut.
Selain ada benda yang dapat menghantarkan panas, terdapat pula benda yang dapat berfungsi sebagai penyekat panas (insulasi). Tidak ada bahan penyekat panas yang benar-benar sempurna, pasti akan ada kebocoran panas. Jika ada tentu akan mudah mempertahankan temperatur rendah dari suatu ruang dingin. Bahan dalam melakukan isolasi adalah konduktivitas panas dari bahan insulasi, temperatur ruangan pendingin, temperatur udara sekeliling, tebal bahan insulasi yang diijinkan, dan harga dari insulasi itu sendiri.
Bahan insulasi harus tahan api, tahan lembab, dan tahan rayap. Untuk kotak-kotak pendingin yang besar biasanya digunakan lempengan insulasi kaku
(rigid) seperti misalnya lempengan kayu, gabus (corkboard), serat kaca (fiber
glass) , blok busa (foam block), sedangkan untuk kotak-kotak yang kecil
digunakan jenis busa cair yang akan memuai mengisi setiap sudut kemudian mengering. Untuk yang bertemperatur rendah diperlukan insulasi yang kedap uap air, sehingga uap air tidak dapat meresap ke dalamnya. Karena jika uap air meresap, maka dapat menjadi penghantar panas yang baik, sehingga efisiensi kotak pendingin menjadi menurun.
Sistem utama yang terdapat pada sistem pengkondisian udara adalah mesin pendingin. Mesin pendingin ini berfungsi untuk membuat fluida kerja menjadi dingin agar terjadi proses perpindahan kalor dan mengalirkan fluida kerja dalam sebuah siklus refrigerasi. Fluida kerja yang mengalir dalam sebuah siklus akan mengalami perubahan fase sesuai dengan proses yang dialaminya. Pada siklus kompresi fluida akan berbentuk uap, sedangkan pada fase ekspansi fluida akan berbentuk cair.
Agar siklus refrigerasi dalam mesin pendingin ini dapat berlangsung, membutuhkan beberapa komponen utama untuk melakukan kerjanya, yaitu berupa pipa dengan ukuran yang berlainan. Pipa inilah yang membuatnya menjadi sistem tertutup.
Pipa penghubung antara evaporator (cooling coil) dengan kompresor disebut saluran masuk (suction line), antara kompresor dengan kondenser disebut pipa saluran keluar (discharge line/hot gas), antara kondenser dengan alat ekspansi disebut pipa cairan (liquid line). Ada pula sistem pendinginan yang menggunakan sebuah wadah penampungan (receiver) yang dipasang antara kondenser dengan alat ekspansi. Alat ini berguna untuk menampung refrigeran sementara sebelum digunakan di dalam evaporator. Pipa penghubung antara kondenser dengan wadah penampungan disebut pipa saluran balik (liquid return
line) . Selain alat-alat utama tersebut, juga digunakan beberapa alat tambahan
seperti cooling tower, air filter, air dryer, sistem kendali, dll.Kompresor berfungsi untuk mengalirkan dan menaikkan tekanan gas fluida kerja sehingga menjadi gas bertekanan tinggi yang selanjutnya akan dicairkan di dalam kondenser. Di kondenser, fluida kerja mempunyai tekanan yang tinggi dan terdapat aliran kalor ke luar. Fluida luar yang mengambil panas dari kondenser dapat berupa udara (jenis kondenser udara), air (jenis kondenser air), dan campuran air udara (jenis kondenser evaporative). Setelah panas dari refrigeran ini dibuang, maka refrigeran tersebut akan berubah phasa menjadi cairan bertemperatur dan bertekanan tinggi. Kemudian temperatur dan tekanan fluida kerja diturunkan sesuai kondisi yang dapat diterima oleh evaporator dengan evaporator, karena di dalam evaporator terjadi pemanasan. Kalor yang diambil sebagai pemanas berasal dari bahan atau benda sebagai objek yang ingin dikondisikan (dalam hal ini didinginkan). Siklus refrigerasi yang berlangsung merupakan siklus kompresi uap. kondenser
Alat ekspansi kompresor evaporator
Gambar II.1 Diagram Aliran Refrigeran Dalam Siklus Refrigerasi Dalam bentuk diagram p-h, siklus kompresi uap dapat digambarkan sebagai berikut : (tekanan) p
4 Qout 3a
3 1 2 Qin h (entalpi)
Gambar II.3 Diagram P-h, Siklus Refrigerasi Ideal Secara Umum Proses-proses yang berlangsung dalam diagram p-h tersebut adalah :
a. Proses penguapan (1-2) Berlangsung di evaporator (karena terjadi perbedaan suhu dari obyek yang didinginkan dan fluida kerja). Evaporator berbentuk pipa bersirip plat.
Sebelum masuk ke dalam evaporator, tekanan dari refrigeran diturunkan oleh alat ekspansi, maka refrigeran akan menguap dan menyerap kalor dari udara ruangan yang dialirkan melalui permukaan luar pipa evaporator. Selama proses penguapan itu, di dalam pipa akan terdapat campuran refrigeran dalam fasa cair dan gas. Pada saat itu pula tekanan (tekanan penguapan) dan temperatur (temperatur penguapan) adalah konstan, maka temperaturnya dapat dicari dengan mengukur tekanan refrigeran di dalam b. Proses kompresi (2-3) Berlangsung di kompresor. Di dalam kompresor tekanan refrigeran dinaikkan sehingga memudahkan pencairannya kembali. Energi di kompresor diberikan oleh motor listrik. Saat uap refrigeran masuk ke dalam kompresor, tekanannya masih rendah; tetapi selama proses berlangsung, tekanannya menjadi tinggi. Jumlah refrigeran yang bersirkulasi dalam siklus refrigerasi tergantung pada jumlah uap yang diisap masuk ke dalam kompresor. Jika kompresi bersifat adiabatis dan tanpa gesekan, maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap (isentropik).
c. Proses penurunan suhu (3-3a), desuperheating.
Proses ini merupakan sebagian proses dari usaha pengembunan. Dengan didinginkan, maka refrigeran akan mudah dicairkan. Cara mendinginkannya bisa dilakukan dengan cara melewatkan air pendingin ataupun dengan udara yang bergerak.
d. Proses kondensasi/pengembunan (3a-4) Berlangsung di kondenser. Kondenser juga berbentuk pipa bersirip plat, sama seperti evaporator. Kondenser yang berisikan uap panas refrigeran, didinginkan oleh air pendingin ataupun oleh udara. Hal ini mengakibatkan air akan menjadi panas saat keluar dari kondenser. Selama refrigeran mengalami perubahan fasa dari fasa uap menjadi fasa cair, tekanan tekanan refrigeran di dalam kondenser. Uap refrigeran menjadi cair sempurna di dalam kondenser.
e. Proses penurunan tekanan (4-1) Berlangsung di alat ekspansi (throtling). Untuk menurunkan tekanan refrigeran cair (tekanan tinggi) dari kondenser, juga supaya dapat menguap, maka refrigeran dilewatkan pada alat ekspansi atau pipa kapiler. Alat ekspansi yang biasa digunakan adalah alat ekspansi termostatik yang dapat mengatur laju aliran refrigeran. Diameter dalam dan panjang dari pipa kapiler ditentukan berdasarkan besarnya perbedaan tekanan yang diinginkan dan jumlah refrigeran yang bersirkulasi.
Agar memperoleh hasil yang maksimal dalam siklus refrigerasi, kerja dari kompresor harus seimbang dengan efek pendinginan (refrigeration effect) yang dihasilkan di evaporator. Hal yang mempengaruhinya adalah nilai h (entalpi) pada masing-masing titik dalam siklus refrigerasi. Satuan yang digunakan untuk entalpi adalah BTU/lb atau British Thermal Unit per pound. Dengan diketahui entalpi pada masing-masing titik dalam siklus refrigerasi, maka dapat diketahui COP
(coefficient of performance) dari mesin pendingin tersebut.
Nilai COP (coefficient of performance) adalah perbandingan antara RE
(refrigerant effect) dan kerja kompresor. Kinerja mesin pendingin dapat dikatakan