Modul-2, General Principles of Industrial Ventilation

PRINSIP UMUM

  

General Principles of

Industrial Ventilation

  .L

  Modul-2,

  FF

  IE

  General Principles of Industrial Ventilation

  R .A M ,

  8

  1 G /2

  1. Defenisi Dasar

  IN

  9 /1

  R

  1

  2. Prinsip Kerja Aliran Udara/Air Flow

  1 E

  E

  IN

  3. Percepatan Udara dan Kehilangan pada

  G N

  Tudung/Hood

  E Y T

  4. Kehilangan pada pipa/Duct Losses

  FE A

  5. Kehilangan pada Fitting/Fitting Losses

  S A

  IM

  .L FF

  IE R .A M ,

  8

  1 G /2

  IN

  9 /1

  R

  1

  1 E

  E

  IN

2. I. DEFENISI G

  N E Y T

  DASAR

  FE A S A

  IM

  .L

  2.1.1. DENSITAS/RAPAT MASSA (

  2.1.1. DENSITAS/RAPAT MASSA ( ) ) ρ ρ

  FF

  IE R .A

  Densitas/Rapat Massa

  M , G

  didefenisikan dalam satuan massa per satuan

  IN

  volum

  R

  Rapat massa dilambangkan dalam huruf Yunani

  E

  ρ (rho)

  E

  IN G N

  ρ = m / v ------------- (2.1)

  E Y T FE A S A

  dimana ;

  IM definisi EPA (Environmental Protection Agency) kondisi standar

  .L

  tekanan (14,7 psia) ------pada temperatur

  FF

  IE R

  3

  .A

  (70 F = ρ = 0,075 lbm/ft ) Standar

  M , G

  IN R E E

  IN G N E Y T FE A S A

  Untuk menghitung besarnya tekanan absulut

  .L FF

  IE R .A M .............

   p = RT ρ

  , G

  (2.2)

  IN R E E

  IN

  dimana ;

  G N

  p = tekanan absulut , lb/ft

  E

  ρ = densitas/rapat massa, lbm/ft

  Y T

  R= Konstate gas = 53,35 ft- lb/lbm

  FE A

  T = temperatur absolut dalam

  S

  

derajat Renkine (=R)----- R = F + 459,7

  A

  IM

  .L

  Pada : t dan p, konstan, maka ρ = densitas dalam udara

  FF

  sebagai berikut :

  IE R .A M

   ρ = ρ T = 0,075 530 Satandar Std

  , G

  ..........(2.2)

  IN R E

   T T

  E

  Contoh ;

  IN G

  untuk menghitung densitas ρ, dengan T= 250 F

  N E Y T FE A

  ρ = 0,075 530 = 0,056

  S A

  3 lbf/ft

  IM

    _{2.1.2. PRINSIP DESAIN}    

  .L FF

  IE R

  Aliran udara dihitung sebagai sistem luas penampang, dan

  .A M

  kecepatan udara. ini dinyatakan sbb :

  , G

  IN R E

  ........ 2.3 E Q = V.A

  IN G N

  dimana ;

  E Y T

  Q = volumemetrik flow rate, cfm --- atau

  FE

  aliran udara di cfm (kaki kubik per menit)

  A

  V = Anerage velocity, fpm ---atau

  S A

  kecepatan linier di kaki per menit

  IM Contoh

  .L FF

  IE

  2 R Luas penampang pipa sebesar 2.75 ft .

  .A M

  Kecepatan aliran udara dalam pipa sebesar

  , G

  3600 fpm. Berapa besarnya aliran udara ?

  IN R

  DIKETAHUI

  E E A = 2.75 sq. ft.

  IN G N

  V = 3600 fpm

  E Y

  Besarnya Aliran Udara

  T

   Q = V.A

  FE A S A

  Hitung,

  IM diberi aliran udara V------f(x) VP. --------

  .L FF

  Kecepatan dinyatakan sebagai fungsi dari kecepatan tekanan, yang

  IE

  

selalu diberikan dalam arah aliran udara. Untuk sistem saluran R

  .A

  terkontaminasi udara pada suhu kamar dan tekanan atmosfer,

  M ,

  hubungan ini adalah:

  G

  IN R

  V = 1096 . ,

  E E

  atau ,

  IN G

  VP = P ------------- (2.4)

  N E Y T FE A S A

  IM

  .L FF

  Kecepatan tekanan/Velocity pressure (VP),

  IE R .A

  adalah tekanan kinetik (akibat dari gerakan)

  M ,

  dalam arah aliran yang diperlukan untuk

  G

  IN

  menyebabkan aliran udara dengan kecepatan

  R E E

  tertentu, dengan satuan inches of water gage

  IN

  (“wg) atau . dalam inci air

  G N E

  Takanan statik/Static pressure (SP)

  Y T FE

  

adalah perbedaan tekanan dalam pipa

  A S

  

dan tekanan dalam atmosfr dengan

  A

  IM u/ densitas standar;

  3

  .L

  ρ = 0,075 lbm/ft , ------- kecepatan udara sbb : Standar

  FF

  IE R .A M , G

  IN

  ,

  R V = 4005 . E E

  Atau

  IN G N E Y T

• (2.5)

  VP =

  FE A S A

3.1.3.Konsep Dasar Tekanan

  .L FF

  IE

  Tujuan

  R

  Mengkonversi dari satu skala tekanan untuk tekanan yang lain .A

  M , G

  IN R E E

  IN G N E Y T FE A S

  Gbr,2.3- Laju aliran volumetrik

  A

  .L FF

  IE

  Gambar, -2.4 semacan tabung-

  R

  tabung prcobaan (U-Tube, alat

  .A M

  untuk mengukur kelajuan gas

  , G

  dalam pipa dari tabung gas ),

  IN

  yaitu ujungnya terbuka

  R E

  menghadap ke sebelah hulu

  E

  IN

  aliran udara, dan diujung

  G

  terbuka menghadap ke sebelah

  N E

  udik aliran Di ujung terbuka ini

  Y T

  terbentuk sebuah titik stagnasi,

  FE

  Gambar, 2.4- tabung prcobaan dimana tekanan negative, yaitu

  A

  (pipa pitot = U),

  S kurang dari atmosfir. A

  .L FF

  IE R

  Gambar, -2.5 semacan

  .A M

  tabung-tabung prcobaan

  , G

  (U-Tube), yaitu yang

  IN R

  ujungnya terbuka

  E E

  menghadap ke sebelah

  IN G

  hulu aliran udara, dan

  N E

  diujung terbuka ini

  Y T

  terbentuk sebuah titik

  FE A

  stragnasi, dimana tekanan

  S

  Gambar, 2.5- tabung prcobaan

  A

  positiv, yaitu tekanan lebih (pipa pitot = U),

  .L

  Salah satu sensor pitot adalah menunjuk

  FF

  ke arah aliran gas (Point 1) sehingga

  IE R

  dapat mengukur tekanan statis dan

  .A

  tekanan gabungan kecepatan. Sensor

  M ,

  lain dari tabung pitot (Point 2) mengukur

  G tekanan statis dari aliran gas bergerak.

  IN R

  Dengan menghubungkan dua sensor

  E E

  bersama-sama, tekanan kecepatan

  IN G

  diukur seperti ditunjukkan pada

  N

  persamaan

  E Y T FE A S A

  Tekanan Kecepatan/Velocity pressure

  .L FF

  (VP)

  IE R .A M ,

  Tekanan kecepatan /Velocity

  G

  pressure (VP), adalah tekanan

  IN R

  kinetik (akibat dari gerakan) dalam

  E

  Y F

  E R

  arah aliran yang diperlukan untuk T A

  IE E T

  IN R

  F A menyebabkan aliran udara dengan

  A .A L

  G

  M S

  N

  / kecepatan tertentu, dengan satuan

  A G

  IM E

  Y

  IN inches of water gage (“wg) atau . R

  R P

  T E

  A dalam inci air

  E T E

  IN

  FE

  G

  A

  N E

  S A

  Tekanan Statik/Static pressure (SP)

  .L FF

  IE R .A M , G

  Tekanan potensial diberikan oleh

  IN R udara diam. . E E

  IN G N

  Dengan kata lain, itu adalah

  E Y

  perbedaan antara tekanan dalam

  T

  pipa yang diberikan ke segala

  FE A

  arah, dan tekanan dalam

  S atmosfir. A

  Tekanan Total/Total pressure

  .L

  (TP)

  FF

  IE

  Jumlah dari tekanan kecepatan dan tekanan statis

  R udara dalam sebuah saluran. .A M , G

  IN R E E

  IN G N E Y T FE A S A Gambar, -2.9, memperlihatkan proses aliran udara Tekanan Kecepatan(VP) Tekanan Statik (SP),. Tekanan Total (TP), yang mana telah dijelaskan pada

  .L gambar 2.6 sampai dengan gambar 2.8 . FF

  IE R .A M , G

  IN R E E

  IN G N E Y T FE A S A

  .L

  Dari keteragan keterangan diatas Tekanan Total (TP) didefenisikan

  FF

  secara aljabar dengan penjumlahan tekanan statik dan tekanan

  IE

  kecepatan, adalah sebgai berikut :

  R .A M , G

  IN R E

   TP = SP + VP ......................2.6

  E

  IN G N E

  dimana

  Y T

  TP = tekanan total sistem, dalam inci air (“wg)

  FE

  SP = tekanan statik sistem, dalam inci air (“wg)

  A S

  VP = kecepatan tekanan, dalam inci air (“wg)

  A

  Tekanan Statik / Static pressure (SP)

  .L FF

• – IE R

  Tekanan potensial diberikan oleh udara

  diam. . Dengan kata lain, itu adalah

  .A M

  perbedaan antara tekanan dalam pipa dan

  , G tekakan dalam atmosfr.

  IN R E E

  IN

  Tekanan Total/Total pressure (TP)

  G N

• Jumlah dari tekanan kecepatan dan tekanan

  E Y statis udara dalam sebuah saluran. T FE A S

  Tekanan Kecepatan/Velocity pressure

  A Pada gambar 2.2, SP dan TP negative (diisap/suctioan side), dengan penambahan tekanan aliran fan, SP dan TP positif (ditekan/pressure side). Maka dapat diamsusikan bila ditekan

  .L SP dan TP positif, dan bila diisap SP dan TP negative . FF

  IE

  diisap ditekan

  R .A M , G

  IN R E E

  IN G N E Y T FE A S A

  SP + VP = TP SP + VP = TP

  IM

  .L FF

  IE R .A M , G

  IN R

2.2. PRINSIP KERJA

  E E

  IN

ALIRAN UDARA

  G N E Y

  (AIR FLOW)

  T FE A S A

  IM

  

Ada dua prinsip dasar aliran udara dalam sistem ventilasi,

  .L FF

  yaitu

  IE R .A M

  1. Konservasi massa (persamaan kontinutas)

  , G

  2. Konservasi energy (persamaan energi)

  IN R E E

  IN G

  Energi kinetis atau energi gerak (juga disebut

  N E

  energi kinetik) adalah yang dimiliki oleh

  Y T sebuah benda karen FE A

  Energi kinetis sebuah benda didefnisikan sebagai

  S A

  yang dibutuhkan untuk menggerakkan

  IM

2.2.1. Konservasi

  .L FF

  IE

  Massa

  R .A M

  Tingkat massa dari aliran udara tetap konstant sepanjang

  , G

  jalur yang dialiri cairan (asumsi ; tidak ada kebocoran

  IN sepanjang pipa). R E E

  IN

  Pembuluh aliran/tube of flow, sifatnya homogen dan

  G N

  kecapatan dalam pembuluh adalah sama, 50 fpm (ttk-1

  E

  gbr-2.3)

  Y T

  Untuk menghitung volume dari aliran udara Q, pada

  FE A

  gambar, 2.3

  S A

  IM

  .L FF

  IE R .A M , G

  IN R E

  Gambar, 2.3 volumemetric flow rates in various situations (a) Flow through a hood (b) Flow

  E through a branch entry.

  IN G N E

  Q = Q

  1

  2 Y

  T

  V .A = V .A

  1

  1

  2

  2 FE

  A

   

  S

  dimana :

  A

  Q - adalah tingkat volume dari

  IM

2.2.2.Konservasi Energi Konservasi energi dapat merujuk kepada, i. Hukum kekekalan energi atau hukum konservasi energi ii. Penghematan energi

  Hukum Kekekalan Energi (Hukum

  I Termodinamika) berbunyi: "Energi dapat

  .L FF

  IE R

  1

  1

  2

2 L

  2.7 SP + VP = SP + VP + h .......

  .A M , G

  IN

  TP = TP + h

  1

2 L

  R E E

  IN

  Dimana :

  G N

  Titik -1 - upstream point

  E Y

  Titik -2 - downstream point

  T

h - kerugian energi, karena gesekan, tahanan, dll.

_L FE A S A

  .L FF

  IE

2.3. PERCEPATAN UDARA

  R .A M

  DAN KEHILANGAN PADA

  , G

  IN R

  (ACCELERATION OF AIR TUDUNG

AND HOOD ENTRY LOSSES)

  E E

  Aplikasi seperti dicontohkan pada gambar, 2.4 . Hood/tudung

  IN

  

aliran udara sebesar 300 cfm, dan diameternya sebesar 3,5 inch G

  N

  2 (A= 0,0668 ft area)

  E Y T FE A S A

  IM R

  Contoh perhitungan

  .L

  Volume flowrate/aliran udara ---- Q = 300 cfm

  FF

  IE

  Duct diameter------------------------- D = 3,5 inc

  R

  Duct Area ---------------------------- A =

  .A M

  Duct Velocity ------------------------- V = …..?

  , G ₂ IN R

• 1ft = 12 inci

  A = 3,14(3,5) = 0,668 ₂ E E ft

  IN

  4 12

  G N E Y T

   Q = V.A,----- V = Q/A

  FE A S A

  Pada Gbr, 2.4 memperlihatkan aliran udara dalam ruang titik -1 ke titik 2 , yaitu dari hood --- duct , maka kecepatan pada duct velocity sebesar 4490 .L fpm

  FF

  IE Bila

  R tekanan kecepatan (VP) = 1,26 “wg ---- (standar udara),

  .A M , G

  TP = SP + VP

  IN R E SP + VP = SP + VP

  1

  1

  2

  2 E

  IN G N E TP = tekanan total sistem, dalam inci air (“wg)

  Y T SP = tekanan statik sistem, dalam inci air (“wg)

  FE

  VP = tekanan kecepatan, dalam inci air (“wg) A S A

  Gbr,2.4, Pada titik – 1---- SP = 0, ₁ VP = 0 ₁ SP = - VP

  2

  2 = - 1,26 “wg

  

Entri losses (H ), dan losses koefisien (F ), maka tekanan kecepatan dalam pipa

_c

_h

/Duct velocity pressure (VP), maka .

   H = F .VP H = F .VP c h c h Prinsip hukum kekekalan energi atau hukum konservasi energy, dapat dihitung persamaan 2.8,

  2 2 c Untuk menghitung pada Hood Static Pressure (SP ) h --- SP = SP 2 h

  .2.8 SP = - (VP + H )............... . SP h

  = - SP

• h

  2 = VP

  2

  c = 1,26 + (0,40)(1,26) = 1,26 + 0,50

  = 1,76 “wg diameter 3,5 inch (A = 0,0668 ft

  2 area),dan C e

  = 0,845 Q = 4005 A.C e

  = 4004 (0,0668)(0,845) = 300 cfm Contoh pada gambar, -2.4 yang diasumsikan---------- entry losses koefisien (h _c ) = 0,40 TP = - h , hood entry koefisien (C ), defenisikan akar dari 2 c e perbandingan antara duc velocity pressure dengan hood atatis suction, atau ;

  C = e

• 3.10

  / G

  IN R E E

  IN R G A Bila -------- SP = VP, dan C = 1,00 _{h e}

  N T A E L Y F T E

  IE F R A C = e

  .A S M A

  = = 0,845

  IM R P A T E

  

hood entry koefisien (C ), pada Hood Static Pressure ;

e

    Q = V.A = 1096.A. = 1096 A C

  2.11 e ......

  Standar 2.12   Q = 4005 A.C ............ e Contoh, ₂

gbr, 2.4, diameternya sebesar 3,5 inch (A = 0,0668 ft ),dan

C = 0,845 _e

  Hitungan : Q = 4005 A.C e

  = 4005 (0,0668)(0,845) = 300 cfm

  Lanjutan -------------

2.4. KEHILANGAN PADA SISTEM SALURAN UDARA/DUCT LOSSES

  .L FF

  IE R

  Terima

  .A M , G

  IN R

  Kasih

  E E

  IN G N E Y T FE A S A