SISTEM PENGKONDISIAN UDARA UNTUK GEDUNG PERKANTORAN

SISTEM PENGKONDISIAN UDARA UNTUK GEDUNG PERKANTORAN TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh: STEFANUS ANDY PRASETYA NIM : 045214029 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2009

AIR CONDITIONING SYSTEM FOR OFFICE BUILDING FINAL ASSIGNMENT

Presented As Partial Fulfillment Of The Requirement To Obtain The Sarjana Teknik Degree

In Mechanical Engineering Presented by:

STEFANUS ANDY PRASETYA Student Number: 045214029 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2009

PERSEMBAHAN Tugas akhir yang ber judul Perancangan Sistem Pengkondisian Udara Untuk Gedung Perkantoran ini saya persembahkan untuk Bangsa Indonesia agar dapat bermanfaat bagi perkembangan dunia pendidikan. Juga kepada orang tua penulis yang telah menbesarakan, mendidik, memberikan semangat dan dorongan, dan membiayai penulis.

INTISARI

Pengkondisian udara adalah proses perlakuan terhadap udara untuk mengatur temperatur, kelembaban, kebersihan, dan pendistribusiannya secara merata guna mencapai kondisi nyaman yang dibutuhkan oleh manusia dalam melakukan aktivitasnya. Kondisi yang nyaman dalam ruangan dapat menambah efektifitas kerja serta membuat orang yang bekerja menjadi lebih rileks sehingga tidak mudah setres. Beban pendinginan ruangan 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 water chiller yang menggunakan siklus kompresi uap, dan menggunakan air sebagai refrigerant skunder dengan system udara penuh. Dari perhitungan yang didapat, beban pendinginan maksimal yang terjadi sebesar 4967107,02 BTU / hr atau 413,92 TR. Dalam sistem perpipaan air pendingin yang digunakan untuk mengalirkan air pendingin dalam pedinginan ruangan digunakan sistem Two Pipe Direct Return

System . Sistem ini mempunya 2 buah pipa utama, yaitu sebuah pipa suplai dan

sebuah pipa balik. Sedangkan untuk sistem penyaluran udara atau sistem ducting dalam perhitungannya menggunakan metode gesek sama (the equal friction

method).

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 Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta agar dapat menyelesaikan studi. Tugas akhir ini dapat dikatakan sebagai pelatihan dan pembelajaran dalam perancangan system 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 Perkantoran Direktorat Jendral Pajak yang berlokasi di Daerah Istimewa Yogyakarta. Sistem pengkondisian udara telah banyak digunakan pada saat ini untuk mendapatkan kenyamanan dalam beraktifitas, maupun dalam mendukung proses-proses produksi dalam dunia industry.

Banyak sekali tempat-tempat lain yang telah menggunakan sistem pengkondisian udara, missalnya adalah apartemen, rumah sakit, intuisi pendidikan, pusat perbelanjaan, dan kendaraan seperti bus, kereta api, dan pesawat terbang. Dalam kesempatan ini penulis juga ingin mengucapkan terimakasih kepada:

1. Bapak Yosef Agung S.T., M.T selaku Dekan fakultas Sains dan Teknologi.

2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.

3. Bapak Ir. P.K. Purwadi.M.T. selaku Dosen pendamping.

4. Seluruh staf pengajar jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

5. Orang Tua yang telah mendidik dan memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu penyelesaian Tugas Akhir ini.

6. Semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini.

Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca, khususnya yang mendalami bidang pengkondisian udara.

Yogyakarta, 18 November 2009 Penulis

(Stefanus Andy Prasetya) DAFTAR ISI Halaman Judul i

Title page ii

2.5 Penggolongan system peyegaran udara……………………………………

2.4 Beban Pendinginan 21 2.4.1 Beban kalor ruangan dan udara penyegar………………………….

15 2.3.2 Macam-macam Penyegaran Udara yang sering dipakai …………..

2.3 Mesin Pendingin 11 2.3.1 Mekanisme kerja system pendingin ……………………………….

6 2.2 Hukum Thermodinamika ………………………………………………….

2.1 Teori Perancangan …………………………………………………………

5 BAB II DASAR TEORI

1.5 Manfaat

1.4 Asumsi

1.3 Batasan Masalah

Halaman Persetujuan Pembimbing iii

1.2 Tujuan Perancangan

1.1 Latar Belakang Masalah

BAB I PENDAHULUAN

Daftar Gambar xvii

Daftar Tabel xv

Daftar Isi xi

Kata pengantar ix

Intisari viii

Halaman Persembahan vii

Halaman Pernyataan v

Halaman Pengesahan iv

2.5.1 Sistem Udara-Penuh……………………………………….……….. 25

2.5.2 Sistem Air-Udara…………………………………………….……... 26

2.5.3 Sistem Air-Penuh ………………………………………….……….. 27

2.5.4 Sistem Udara tunggal…………………………………….…………. 27

2.6 Macam-macam Sistem Perpipaan………………………………….………. 27

2.6.1 Series Loop System ……………………………………….….......... 28

2.6.2 One Pipe Main System …………………………………….………. 29

2.6.3 Two Pipe Direct Return System …………………………….……... 30

2.6.4 Two Pipe Reverse Return System

2.7 Ducting

32 BAB III SKEMATIK GEDUNG 3.1 Denah Gedung ……………………………………………………………….

34 a. Denah Ruangan lantai 1 ………………………………………………….

36 b. Denah Ruangan lantai 2 ………………………………………………….

c. Denah Ruangan lantai 3 ..…………….. …………………………………

40 d. Denah Ruangan lantai 4 ………………………………………………….

42 e. Denah Ruangan lantai 5 ………………………………………………….

44 f. Denah Ruangan lantai 6 ………………………………………………….

46 g. Denah Ruangan lantai 7 ………………………………………………….

3.2 Skema Pengkondisian Udara Gedung

50 BAB IV PERHITUNGAN BEBAN PENDINGIN

4.1 Kondisi Perancangan Bangunan 57 4.1.1 Kondisi Udara perancangan dalam ruangan…………………………..

4.1.2 Kondisi udara diluar ruangan …………………………………………

4.1.3 Panas melalui kaca …………………………….……………………… 59

4.1.4 Panas melalui dinding ………………………………………………… 63

4.2 Perhitungan beban pendinginan tiap lantai

4.2.1 Lantai 1……………………..…………………………………………. 72

4.2.2 Lantai 2……………………………………………..…………………

4.2.3 Lantai 3……………………………………………..…………………

4.2.4 Lantai 4………………………………………..………………………

4.2.5 Lantai 5………………………………….….…………………………

4.2.6 Lantai 6 ……………………………………………………………….. 95

4.2.7 Lantai 7 ……………………………………………………………….. 99

4.3 Psychometric Chart 103

BAB V MESIN PENDINGIN 5.1 Siklus pada chiller…………………………………………………………..... 120.

5.2 Pemilihan chiller …………………………………………………………….. 124

5.3 Cooling Tower ………………………………………………………………. 129

5.4 Skema rangkaian Pemasangan Water Chiller ……………………………….. 132

BAB VI SISTEM PERPIPAAN

6.1 Pemilihan Sistem Perpipaan 133

6.2 Perhitungan Dimensi Sistem Perpipaan yang dipergunakan 134

6.3 Pemilihan Bahan Pipa yang digunakan 136

6.4 Langkah perhitungan pada Sistem Perpipaan ……………………………..... 138

6.5 Perhitungan Rugi-rugi yang terjadi pada perpipaan cooling tower…………. 139

6.6 Perhitungan Rugi-rugi perpipaan AHU tiap Lantai ………………………… 147

6.7 Perhitungan head pompa……………………………………………………. 152

BAB VII SISTEM DUCTING

7.1 Metode Perancangan salauran Udara 156

7.2 Pemilihan AHU Untuk Tiap lantai 160

7.3 Perancanngan Sistem Ducting Lantai 1……….…………………………….. 162

7.4 Perhitungan Rugi-rugi Tekanan (Pressure Loss) 163

7.5 Perancanngan Sistem Ducting Lantai 2……….…………………………….. 167

7.6 Perancanngan Sistem Ducting Lantai 3……….…………………………….. 171

7.7 Perancanngan Sistem Ducting Lantai 4…………….……………………….. 176

7.8 Perancanngan Sistem Ducting Lantai 5………….………………………….. 180

7.9 Perancanngan Sistem Ducting Lantai 6………….………………………….. 184

7.10 Perancanngan Sistem Ducting Lantai 7a………….………………………… 188

7.11 Perancanngan Sistem Ducting Lantai 7b …………………………………… 190

7.12 Perancanngan Sistem Ducting Lantai 7c …………………………………… 192

BAB VIII KESIMPULAN DAN SARAN

8.1 Kesimpulan…………………………………………………………………… 195

8.2 Saran …………………………………..……………………………………… 196

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Jumlah orang biasanya………………………………………………… 8Tabel 2.2 Kalor sensible dari peraalatan listrik …………………………………. 8Tabel 4.1 Kondisi udara kering dalam ruangan rancang………………………… 58Tabel 4.2 Kondisi udara kering luar ruangan rancangan ……………………….. 58Tabel 4.3 Koefisien perpindahan panas ………………………………………… 60Tabel 4.4 Cooling Load Temperature Diffeerences melalui kaca………………. 60Tabel 4.5 Shading Coefficients untuk Kaca……………………………………… 61Tabel 4.6 Solar Heat Gain Factors untuk kaca…………………………………… 62Tabel 4.7 Cooling Load Factor for Glass Without Interior Shading……………. 64Tabel 4.8 Wall Construction Group Description ……………………………….. 65Tabel 4.9 Cooling Load Temperature Differences melalui dinding…………….. 66Tabel 4.10 Koreksi CLTD Untuk Garis Lintang ………………………………... 67Tabel 4.11 Jumlah Orang Biasanya ……………………………………………… 75Tabel 4.12 Sensibel dan laten Heat gain pada manusia…..……………………… 75 Tabel 4.13 Ventilation requirements for Occupants……………………………..

77 Tabel 4.14 Data hasil Perhitungan beban pendinginan pada lantai 1…………….

78 Tabel 4.15 Data hasil perhitungan beban pendinginan pada lantai 2…………….

82 Tabel 4.16 Data hasil perhitungan beban pendinginan pada lantai 3……………

86 Tabel 4.17 Data hasil perhitungan beban pendinginan pada lantai 4……………

90 Tabel 4.18 Data hasil perhitungan beban pendinginan pada lantai 5……………

94 Tabel 4.19 Data hasil perhitungan beban pendinginan pada lantai 6……………

98 Tabel 4.20 Data hasil perhitungan beban pendinginan pada lantai 7…………… 102

Tabel 5.1 Spesifikasi Data Water Cooled Screw Chiller………………………. 126Tabel 5.2 Data Siklus Water Chiller dari P-h Diagram ……………………….. 128Tabel 5.3 Spesifikasi Dasta Cooling Tower …………………………………… 131Tabel 6.1 Hasil perhitungan laju aliran air pendingin menuju AHU ………….. 136Tabel 6.2 Equivalent Feet of Pipe for Piping and Valve………………………. 142Tabel 6.3 Data hasil perhitungan rugi-rugi perpipaan pada cooling tower……. 146Tabel 7.10 Pressure loss untuk lantai 3…………………………………………. 173Tabel 7.21 Ukuran ducting untuk lantai 7c……………………………………… 193Tabel 7.20 Pressure loss untuk lantai 7b………………………………………… 191Tabel 7.19 Ukuran ducting untuk lantai 7b……………………………………… 190Tabel 7.18 Pressure loss lantai 7a……………………………………………….. 189Tabel 7.17 Ukuran ducting untuk lantai 7a……………………………………… 188Tabel 7.16 Pressure loss urtuk lantai 6………………………………………….. 186Tabel 7.15 Ukuran ducting untuk lantai 6………………………………………. 185Tabel 7.14 Pressure loss untuk lantai 5…………………………………………. 182Tabel 7.13 Ukuran dacting untuk lantai 5………………………………………. 181Tabel 7.12 Pressure loss untuk lantai 4…………………………………………. 178Tabel 7.11 Ukuran ducting untuk lantai 4………………………………………. 176Tabel 7.9 Ukuran ducting untuk lantai 3………………………………………. 171Tabel 6.4 Equivalent Feet of Pipe for Piping and Valves…………………….... 146Tabel 7.8 Pressure loss untuk lantai 2…..………………………………………. 168Tabel 7.7 Ukuran ducting untuk lantai 2………………………………………. 167Tabel 7.6 Pressure loss lantai 1………………………………………………… 165

o rectangular elbow)…………………………………………………… 164

Tabel 7.5 Loss Coefficients (C) untuk sambungan ducting (fitting 90Tabel 7.4 Ukuran ducting untuk lantai 1 ……………………………………… 162Tabel 7.3 Rugi gesek yang terjadi pada main ducting tiap lantai ……………… 161Tabel 7.2 Pemilihan model AHU untuk tiap lantai ………………………….... 161Tabel 7.1 Recommended maximum duck Velocity system (FPM)…………… 158Tabel 6.7 Spesifikasi Data pompa……………………………………………… 155Tabel 6.6 Data hasil perhitungan tinggi angkat static pompa………………….. 154Tabel 6.5 Data hasil perhitungan rugi-rugi perpipan menuju AHU…………… 151Tabel 7.22 Pressure loss untuk lantai 7c…………………………………………. 194

DAFTAR GAMBAR

39 Gambar 3.4 Denah Gedung Kantor direktorat Jendral Pajak Lantai 3

55 Gambar 3.15 Skema Pengkondisian Udara Lantai 7

54 Gambar 3.14 Skema Pengkondisian Udara Lantai 6

53 Gambar 3.13 Skema Pengkondisian Udara Lantai 5

52 Gambar 3.12 Skema Pengkondisian Udara Lantai 4

51 Gambar 3.11 Skema Pengkondisian Udara Lantai 3

49 Gambar 3.10 Skema Pengkondisian Udara Lantai 2

47 Gambar 3.9 Skema Pengkondisian Udara Lantai 1

45 Gambar 3.8 Denah Gedung Kantor direktorat Jendral Pajak Lantai 7

46 Gambar 3.7 Denah Gedung Kantor direktorat Jendral Pajak Lantai 6

43 Gambar 3.6 Denah Gedung Kantor direktorat Jendral Pajak Lantai 5

41 Gambar 3.5 Denah Gedung Kantor direktorat Jendral Pajak Lantai 4

37 Gambar 3.3 Denah Gedung Kantor direktorat Jendral Pajak Lantai 2

Gambar 2.1 Skematik Mesin AC

34 Gambar 3.2 Denah Gedung Kantor direktorat Jendral Pajak Lantai 1

32 Gambar 3.1 Gedung Direktorat Jendral Pajak

31 Gambar 2.11 Two Pipe Reserve Return System

30 Gambar 2.10 Two Pipe Direct Return System

29 Gambar 2.9 OnePipe Main System

21 Gambar 2.8 Series Loop Piping System

20 Gambar 2.7 Pendingin Ruangan Jenis Jendela

19 Gambar 2.6 Penyegar Udara Paket

19 Gambar 2.5 Unit Induksi Jenis Tekanan Rendah

18 Gambar 2.4 Unit Induksi Jenis Tekanan Tinggi

17 Gambar 2.3 Unit Koil-kipas Udara

12 Gambar 2.2 Unit Pengolahan udara

56 Gambar 4.1 Psychometric chart lantai 1 113

Gambar 4.2 Psychometric chart lantai 2Gambar 7.2 Equivalent Round Duct Size 160Gambar 6.1 Two pipe Direct Return System 134Gambar 6.2 Rangkaian Perpipaan Untuk Menara Pendingin 141Gambar 6.3 Friction Loss for Water in Schedule 40 steel Pipe-Open System 139Gambar 6.4 Friction Loss for Water in Schedule 40 steel Pipe-Closed System 140Gambar 6.5 Skema Sistem Perpipaan yang Dipakai Gedung pajak 147Gambar 6.6 Unjuk Kerja Pompa ntuk Sistem Perpipaan 153Gambar 7.1 Friction loss for air flow in galvanized steel round ducting 159Gambar 7.3 Skema Sederhana Sistem Perpipaan AHU Lantai 1 162Gambar 5.6 Skema Pemasangan Pipa Saluran Cooling Tower ke Kondensor 156Gambar 7.4 Skema Sederhana Sistem Ducting AHU Lantai 2 167Gambar 7.5 Skema Sederhana Sistem Ducting AHU Lantai 3 171Gambar 7.6 Skema Sederhana Sistem Ducting AHU Lantai 4 176Gambar 7.7 Skema Sederhana Sistem Ducting AHU Lantai 5 180Gambar 7.8 Skema Sederhana Sistem Ducting AHU Lantai 6 184Gambar 7.9 Skema Sederhana Sistem Ducting AHU Lantai 7a 188Gambar 7.10 Skema Sederhana Sistem Ducting AHU Lantai 7b 190Gambar 5.7 Skema Lengkap Water Chiller 132

129

114

118

Gambar 4.3 Psychometric chart lantai 3

115

Gambar 4.4 Psychometric chart lantai 4

116

Gambar 4.5 Psychometric chart lantai 5

117

Gambar 4.6 Psychometric chart lantai 6Gambar 4.7 Psychometric chart lantai 7Gambar 5.5 Cooling Tower

119

Gambar 5.1 Sirkuit sistem Pendinginan Chiller 121Gambar 5.2 Siklus Kompresi Uap pada Mesin Chiller 121Gambar 5.3 Diagram P-h

127

Gambar 5.4 Water Cooled Screw Chiller

128

Gambar 7.11 Skema Sederhana Sistem Ducting AHU Lantai 7c 192

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Perkembangan dunia yang semakin maju, baik dalam dunia industri maupun dalam dunia usaha, serta meningkatnya taraf hidup manusia, menuntut orang untuk bekerja lebih baik agar dapat mendapatkan hasil yang maksimal. Agar mandapatkan hasil yang lebih baik dalam bekerja, kenyamanan dalam ruang kerja sangat mempengaruhi.

Ketidak nyamanan dalam ruangan kerja bisa dikarenakan orang yang melakukan aktifitas di dalam ruangan merasa gerah, ruangan terasa panasan atau udara yang berada di dalam ruangan tersebut tidak bersih dan segar. Ruangan yang nyaman dapat membuat orang di dalamnya merasa nyaman, rileks juga dapat membuat orang yang bekerja di dalamnya dapat berkonsentrasi lebih baik dalam pekerjaannya. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kenyamanan dalam ruangan, misalnya faktor kebersihan, bentuk dan ukuran ruangan, warna dominan ruangan, penempatan obyek-obyek dalam ruangan, dan yang tak kalah pentingnya adalah sirkulasi udara dalam ruangan dan lain sebagainya.

Kenyamanan suatu ruangan sangat penting untuk ditinjau karena dengan kondisi lingkungan yang sejuk dan nyaman mampu memberikan inspirasi- inspirasi baru bagi penggunanya. Suhu ruangan sangat berpengaruh pada kenyamanan dalam ruangan atau dalam ruang kerja, apa lagi Indonesia yang merupakan daerah tropis yang memiliki keadaan lingkungan yang cenderung

2 panas, membuat suhu ruangan kerja menjadi tidak nyaman dan panas, sehingga membuat orang yang berada di dalamnya menjadi kurang nyaman, menjadi kurang rileks dan juga dapat menyebabkan orang mudah stres. Untuk mendapat ruangan dengan suhu yang nyaman, pada setiap ruangan dibutuhkan fentilasi udara atau alat untuk mengatur suhu dalam ruangan tersebut. Dengan adanya fentilasi udara atau alat pengatur suhu membuat ruangan menjadi sejuk dan nyaman.

Banyaknya jumlah ruangan dan luasnya gedung, baik gedung perkantoran, rumah sakit, pusat perbelanjaan dan lain sebagainya, tidak memungkinkan untuk membuat fentilasi udara yang dapat memenuhi kebutuhan udara serta dapat mengeluarkan panas dalam ruangan, ini dikarenakan akan membutuhkan banyak fentilasi udara. Untuk mengurangi jumlah fentilasi udara dan untuk membuang panas dalam ruangan yang bisa diakibatkan oleh banyaknya orang yang berada dalam ruangan, dapat menggunakan mesin-mesin pendingin atau yang lebih dikenal dengan nama AC (Air Condition).

Mesin-mesin pendingin pada dewasa ini semakin banyak dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan hidup manusia. Penggunaan umum mesin pendingin adalah mengawetkan makanan sebab pada suhu biasa (kamar) makanan cepat menjadi busuk. Sedangkan kegunaan lain dari mesin pendingin adalah untuk mendinginkan ruangan atau untuk penyejuk ruangan. Dalam ruangan yang menggunakan mesin pendingin, temperatur dan kelembaban yang di inginkan oleh pengguna ruangan dapat diatur sedemikian rupa sehingga sesuai dengan keinginan pemakainya, sehingga dapat merasa nyaman dalam beraktifitas.

3 Pada mulanya pengkondisian udara itu dimaksudkan untuk memperbaiki proses suatu pekerjaan dan bukan untuk kenyamanan kerja. Tapi pada akhirnya juga dipakai untuk kenyamanan bekerja agar didapat efisiensi kerja yang lebih baik. Dalam dunia kedokteran dan industri mesin-mesin pendingin juga sangat di perlukan, missal; untuk mendapatkan suhu tertentu dalam tempat penyimpanan obat, mendinginkan ruang pasien serta ruang dokter sengingga ruangan menjadi sejuk dan nyaman. Dalam perkantoran, mesin pendingin digunakan untuk mendinginkan ruangan kerja, memberikan kenyamanan bagi penghuninya. Dalam gedung perkantoran, rumah sakit, hotel, pusat pebelanjaan dan lain sebagainya, sekarang ini mesin-mesin pendingin sudah bisa dikatakan sebagai kebutuhan hidup, ini dikarenakan mesin-mesin pendingin ini mampu memberikan rasa nyaman pada pemakaiannya.

1.2 Tujuan perancangan

Penulisan ini merupakan Tugas Akhir, guna memenuhi persyaratan kelulusan akademik, dengan tujuan yang ingin dicapai adalah: a. Memenuhi kebutuhan akan udara segar pada gedung perkantoran

(kantor Departemen Keuangan Republik Indonesia Direktorat Jendral Pajak, Yogyakarta), sehingga dapat memberikan kenyamanan bagi pengguna gedung yang bekerja didalamnya atau pendatang yang dating agar merasa nyaman berada didalam gedung.

4 b. Mendistribusikan udara segar (fresh air) dari luar ruangan kedalam ruangan agar merata, dengan kecepatan yang sama.

c. Menjaga temperatur dan kelembaban udara di dalam ruangan agar selalu sesuai dengan kebutuhan pengguna ruangan.

1.3 Batasan Masalah

Agar bahasan yang dibicarakan selanjutnya berada pada lingkup yang jelas, maka penulis ingin memberikan batasan masalah yang akan dibahas selanjutnya.

1. Disini akan membahas mengenai perancangan sistem pengkondisian udara kantor Departemen Keuangan Republik Indonesia Direktorat Jendral Pajak, yang berada di Jl. Ring Road Utara No: 10 Maguwoharjo, Depok, Sleman, Yogyakarta.

2. Yang dilakukan dalam perancangan adalah menghitung beban pendinginan dalam gedung, merancang sistem ducting udara untuk tiap lantai gedung, menggunakan chiller dalam pendinginannya serta perancangannya, dan merangkai sistem perpipaan aliran air pendingin yang digunakan untuk mendinginkan udara.

1.4 Asumsi

 Dalam perancangan sistem pengkondisian udara pada gedung kantor pajak, diasumsikan temperatur rancang di dalam ruangan adalah 25,6 C (temperatur bola kering) dengan kelembaban 45% o dan 19,2 C (temperatur bola basah).

5  Untuk asumsi temperatur udara kering rancang di luar ruangan o o o

32 C (89,6

F) dengan kelembaban 64% dan 26,2 C temperatur udara basah.

 Kondisi cuaca di Yogyakarta diasumsikan sama dengan cuaca di o o Jakarta. Jakarta terletak pada 6 LS dan 107 BT.

 Kondisi cuaca terpanas diambil pada bulan terpanas yaitu bulan Oktober.

1.5 Manfaat.

Manfaat yang didapat dari perancangan adalah:

a. Memberi kenyamanan dalam bekerja sehingga menambah efektifitas kerja.

b. Kebutuhan akan udara segar yang terpenuhi membuat orang merasa nyaman, rilex dalam bekerja sehingga tidak mudah stres.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Teori Perancangan

Mesin pendingin (refrigerator) dan pengkondisian udara adalah ilmu 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.

Energi itu didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja dan panas merupakan salah satu bentuk energi. Sedangkan Hukum Termodinamika II menyatakan bahwa perpindahan panas berlangsung jika terdapat perbedaan- perbedaan temperatur. Panas itu akan mengalir dari benda bertemperatur tinggi ke temperetur rendah, kejadian ini akan berlangsung hingga dicapai keseimbangan temperatur.

Pada sistem pengkondisian udara terdapat aspek pendinginan ruangan yang menjadi dingin karena adanya pepindahan kalor dari suhu yang tinggi ke suhu yang lebih rendah. Dalam siklus refrigerasi, untuk memindahkan panas menggunakan fluida kerja yang dinamakan refrigerant. Fluida adalah setiap benda/materi yang dapat mengalir, benda itu dapat berupa cairan maupun gas. Refrigeran adalah fluida yang akan dipakai untuk menghisap panas dari suatu tempat atau dari suatu benda. Refrigerant merupakan media kerja yang berubah

7 phasa secara bolak balik, yaitu menjadi uap setelah mengambil/menghisap panas dan menjadi fluida kembali setelah membuang panas.

Fluida yang mengalir mempunyai tekanan yang dinamakan tekanan fluida,

yaitu adalah gaya yang bekerja persatuan luas. Dapat juga dikatakan bahwa tekanan sebagai ukuran intensitas gaya pada satu satuan luas permukaan. Tekanan benda padat beda dengan benda cair, pada benda padat keseluruhan berat benda itu menekan kepermukaan yang terkena kontak langsung, tetapi pada benda cair bukannya hanya tekanan kearah bawah tetapi juga tekanan keseluruh wadah.

Untuk memungkinkan terjadinya perpindahan kalor dibutuhkan adanya perbedaan temperatur yang disebabkan oleh adanya panas. Panas adalah salah satu bentuk energi yang tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Panas hanya dapat dipindahkan, jika terdapat perbedaan temperatur.

Panas dapat dibedakan menjadi 2 macam:

a. Panas sensibel Panas sensibel adalah panas yang dapat diukur, panas yang menyebabkan terjadinya kenaikan/penurunan temperatur. Semua benda baik padat, cair maupun gas mempunyai panas sensibel selama berada diatas temperatur 0 o 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, tapi temperatur tetap.

8 Beban kalor sensibel dari orang yang berada di dalam ruangan, jika orang didalam ruangan tidak diketahui dengan pasti maka bisa digunakan tabel 2.1.

Tabel 2.1 Jumlah orang biasanya

(Sumber: Wiranto aris munandar, Haizo Saito, hal.63)

Kamar di hotel atau rumah sakit Kantor, salon kecantikan, tempat potong rambut, stodio

Toko, rumah, apartemen Ruang pertemuan, tempat minum, restaurant, bar.

Toko serba ada Gedung pertunjukan Luas lantai 10 m ² Luas lantai 10 m ² Luas lantai 10 m ² Luas lantai 10 m ² Luas lantai 2-10 m ² Luas lantai 0.8 m ² 1 orang

2 orang 3 orang 6 orang 1 orang 1 orang

Tabel 2.2 Kalor sensibel dari peralatan listrik

(Sumber: Wiranto aris munandar, Haizo Saito, hal.64)

Pemanas per 1 kW 0,860 kcl/kW Motor listrik per 1 kW 0,860 kcl/kW Lampu per 1 kW 0,860 kcl/kW (pijar)

1.000 kcl/kW (neon)

Beban kalor sensible dari orang yang berada di dalam dalam ruangan berbeda- beda. Kegiatan orang, dan faktor kelompok atau group factor (anak-anak, pria dewasa) di dalam ruangan mempengaruhi besarnya beban kalor sensible dari orang.

2.2 Hukum Thermodinamika

Menurut hukum thermodinamika ke II bahwa perpindahan panas akan terjadi dari temperatur tinggi ketemperatur yang lebih rendah. Perpindahan panas ini akan terjadi dengan cara:

1. Konduksi

2. Konveksi

3. Radiasi Dengan ketiga cara diatas panas dipindahkan sehingga terjadinya transfer kalor.

1. Konduksi Konduksi digambarkan sebagai perpindahan panas diantara molekul-molekul dari suatu benda, atau antara benda yang saling bersinggungan. Jika perpindahan panas ini terjadi hanya dalam dalam satu benda, maka hal itu hanya akan terjadi selama belum dicapai kesetimbangan dalam temperatur. Cepat lambatnya perpindahan panas secara konduksi akan berbeda dari benda satu dengan benda yang lain, tergantung dari jenis bahannya walaupun dimensinya sama.

Ada bahan yang mudah menghantarkan atau memindahkan panas, ada juga yang sulit memindahkan panas. Benda padat pada umumnya adalah konduktor yang lebih baik dibanding dengan benda cair/gas. Biasanya logam seperti perak, tembaga, baja dan besi merupakan pemindah panas yang baik, sebaliknya; kaca,wol, bahan-bahan bangunan

10 merupakan pemindah panas yang buruk, oleh karena itu dipakai sebagai isolator.

Tembaga dan aluminium merupakan konduktor yang baik, biasanya logam ini dipakai untuk kondensor, evaporator, dan pipa-pipa penghubung untuk sistem refrigerasi (pendingin), walaupun kadang- kadang dijumpai logam besi. Jumlah perpindahan panas melalui cara konduksi utuk macam-macam bahan tergantung dari:

1. Tebal bahan

2. Luas penampang

3. Perbedaan temperatur antara 2 benda

4. Faktor k (konduktifitas panas) 5. Lamanya perpindahan panas yang terjadi.

2. Konveksi Konveksi adalah perpindahan panas melalui media gas atau cairan

(liquid), sebagai contoh udara didalam lemari es dan air yang dipanaskan didalam cerek.

3. Radiasi Perpindahan secara radiasi adalah pepindahan panas melalui panas atau melalui gelombang suara. Sebagai contoh; sinar matahari sampai kebumi melalui gelombang sinarnya, tanpa melalui perantara udara lainnya. Panas dari lampu atau tungku api dapat terasa hangat oleh mahluk yang berada didekatnya walaupun udara sekelilingnya tidak terasa panas.

11 Pada temperatur rendah hanya sedikit saja panas radiasi yang terjadi, dengan demikian pada proses pendinginan radiasi hanya mempunyai efek yang kecil. Tetapi panas radiasi yang diserap oleh dinding suatu sistem pendingin akan jadi beban pendinginan. Setiap benda yang panas merupakan sumber panas radiasi pula, selama ada perbedaan temperatur dan selama temperaturnya masih diatas 0 der.absolut.

Dikatakan bahwa, ada benda yang bersifat sebagai penghantarkan panas dan ada yang bersifat sebagai penyekat panas (insulasi). Bahan insulasi seperti kayu, gabus, serat kaca/gelas, wool, lempengan busa, polyurethane merupakan bahan yang baik untuk isolasi. Baik bahan yang baik dalam menghantarkan panas maupun bahan yang bersifat sebagai penyekat panas (insulasi) mempunyai konduktivitas thermal yang berbeda-beda.

2.3 Mesin Pendingin

Pengkondisian udara ruangan bertujuan supaya temperatur, kelembaban, kebersihan dan distribusi udara dalam ruangan dapat dipertahankan pada tingkat keadaan yang diinginkan. Alat yang banyak digunakan untuk mentransfer kalor dalam sistem pengkondisian udara adalah AC. AC yang sering digunakan untuk pendinginan udara ruangan menggunakan siklus refrigerasi, siklus yang sering digunakan adalah siklus refrigerasi kompresi uap dan siklus referigerasi absorpsi.

Pada sistem refrigrasi mekanik kompresi uap terdapat rangkaian dari empat komponen utama, yaitu: evaporator, kompresor, kondenser, dan alat pengontrol aliran refrigeran. Masing-masing komponen mempunyai ciri dan

12 fungsi sendiri-sendiri yang berbeda, tetapi secara terintegrasi dan dioperasikan bersama-sama akan dapat memindahkan energi termal. Dampak dari pengoperasian sebuah sistem refrigerasi pada sebuah obyek adalah, bila terambil sebagian energi yang terkandung di dalamnya, suhu obyek tersebut akan menurun.

Sebaliknya, karena operasi sistem refrigerasi itu kemudian sejumlah energi termal terpindahkan ke lingkungan, maka lingkungan tersebut dapat menjadi lebih hangat. Berikut ini uraian ringkas tentang komponen-komponen utama sebuah sistem refrigerasi mekanik

Kondensor Kompresor

Katup Expansi Evaporator

Gambar 2.1 Skematik Mesin AC

a. Kompresor

Kompresor adalah komponen yang merupakan jantung dari sistem

refrigerasi, kompresor berfungsi menghisap uap refrigeran dari evaporator dan mendorongnya dengan cara kompresi agar mengalir masuk ke kondenser. Karena kompresor mengalirkan refrigeran sementara piranti ekspansi membatasi alirannya, maka di antara kedua komponen itu terbangkitkan perbedaan tekanan, yaitu: di kondenser tekanan refrigeran

13 menjadi tinggi (high pressure), sedangkan di evaporator tekanan refrigeran menjadi rendah (low pressure).

b. Kondensor

Kondenser adalah komponen di mana terjadi proses perubahan fasa

refrigeran, dari fasa uap menjadi fasa cair atau alat untuk membuat kondensasi bahan pendingin gas dari kompresor dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Proses kondensasi akan berlangsung apabila refrigeran dapat melepaskan kalor yang dikandungnya, kalor tersebut dilepaskan dan dibuang ke lingkungan. Sehingga untuk penempatannya sendiri, kondensor ditempatkan diluar ruangan yang sedang didinginkan, agar dapat membuang panasnya keluar. Kondensor merupakan jaringan pipa yang berfungsi sebagai pengembunan. Refrigerant yang dipompakan dari kompresor akan mengalami penekanan sehingga mengalir ke pipa kondensor, kemudian mengalami pengembunan. Dari sini refrigerant yang sudah mengembun dan menjadi zat cair akan mengalir menuju pipa evaporator.

c. Katup Expansi atau Piranti ekspansi (expansiondevice–EXD)

Katup expansi dipergunakan untuk mengexpansikan secara

adiabatic cairan refrigerant yang bertekanan dan temperatur tinggi sampai mencapai tingkat keadaan tekanan dan temperatur rendah. Jadi, katup expansi berfungsi untuk mengatur supaya evaporator dapat selalu bekerja sehingga diperoleh efisiensi siklus refrigerasi yang maksimal. Atau biasa juga dikatakan bahwa Katup Expansi berfungsi seperti sebuah gerbang

14 yang mengatur banyaknya refrigeran cair yang boleh mengalir dari kondenser ke evaporator. Katup expansi sering juga dinamakan refrigerant

flow controller dan proses yang berlangsung dalam piranti ini biasanya disebut throttling process.

Katup Expansi sangat berperan penting, karena besarnya laju aliran refrigeran merupakan salah satu faktor yang menentukan besarnya kapasitas refrigerasi. Untuk sistem refrigerasi yang kecil, maka laju aliran refrigeran yang diperlukan juga kecil saja. Sebaliknya unit atau sistem refrigerasi yang besar akan mempunyai laju aliran refrigeran yang besar pula.

d. Evaporator

Evaporator merupakan alat penukar kalor yang bertugas untuk

mendinginkan udara atau untuk penukar kalor, komponen di mana cairan refrigeran yang masuk ke dalamnya akan menguap. Proses penguapan (evaporation) itu terjadi karena cairan refrigeran menyerap kalor, yaitu yang merupakan beban refrigerasi sistem.

Selain komponen-komponen utama, sistem AC mempuyai komponen-komponen tambahan yang tak kalah pentingnya, komponen-komponen tambahan tersebut adalah pemisah minyak, penerima cairan, pengering, saringan.

a. Pemisah Minyak Pemisah minyak ini berfungsi untuk memisahkan minyak yang bercampur dengan refrigerant dan kemudian dikembalikan kompresor. Jika minyak pelumas terlalu banyak ikut dalam aliran uap refrigerant keluar dari

15 kompresor, maka kompresor akan kekurangan minyak pelumas, selain itu minyak pelumas yang bercampur dalam refrigerant akan mengganggu proses perpindahan kalor dalam kondensor. Pemisah minyak ini diletakkan setelah kompresor dan sebelum kondensor.

b. Penerima Cairan Penerima cairan ini berfungsi untuk menampung sementara refrigerant yang dicairkan didalam kondensor, sebelum masuk ke katup expansi.

c. Pengering Pengering ini berfungsi untuk menghilangkan uap air dari refrigerant.

d. Saringan Saringan ini dipasang sebelum katup expansi dari pipa refrigerant cair, saringan ini berfungsi untuk menyaring kotoran dan serbuk logam yang ada di dalam refrigerant yang bersirkulasi yang mengganggu kerja kompresor.

2.3.1 Mekanisme kerja sistem pendingin

Pada sistem pendinginan refrigerasi ini menggunakan siklus tertutup, ini dikarenakan agar setiap siklus tidak memerlukan refrigerant yang baru, sehingga dengan dengan rangkaian tertutup ini refrigerant dapat dipakai berulang-ulang. Dalanm suatu sistem pendinginan terdapat dua bagian, yaitu bagian yang bertekanan tinggi dimana kondensor berada dan bagian yang bertekanan rendah dimana evaporator berada.

16 Siklus refrigerasi tidak selalu konstan, tetapi ia akan berubah sesuai dengan perubahan yang terjadi pada temperatur air pendingin (atau udara pendingin), tetapi juga karena adanya perubahan dari beban kalor dan temperatur dari benda yang akan didinginkan.

Selama siklus refrigerasi, refrigerant akan selalu berubah fasa, kadang-kadang berbentuk cair dan kadang-kadang berbentuk gas.

a. Kondisi Refrigerant dalam Kompresor Sebelum masuk kedalam kompresor, refrigerant telah berbentuk gas dengan suhu dan tekanan rendah, kemudian kompresor menaikkan tekanan refrigerant, sehingga selama proses kompresi berlangsung membuat suhu refrigerant naik dan kemudian dialirkan menuju kondensor.

SISTEM PENGKONDISIAN UDARA UNTUK GEDUNG PERKANTORAN