9.2. PEMELIHAN PERANCANGAN SISTIM VENTILASI INDUSTRI - Lecture 12 EXHAUST SYSTEM DESAIN PROSEDUR

PROSEDUR ERANCANGAN

  Ir. MUH. ARIF LATAR, MSc Ir. MUH. ARIF LATAR, MSc

9.1. PENGANTAR

  Pertimbangan Desain sangat tergantung pada bentuk dan lay out peores operasi, ruang kerja dan bentuk kontruksi bangunan Banyak faktor yang berperan dalam menetukan bentuk desain ventilasi. Dan sebelum mengambil keputusan yang diambil dalam proses desain perlu dibuat ; (1) sketsa sistim saluran pipa/duct guna mengidentifikasi kontaminan dan (2) menentukan ukuran .

9.2. PEMELIHAN PERANCANGAN SISTIM

  VENTILASI INDUSTRI Pertimbangan Perancangan Untuk mempertimbangkan apakah suatu tipe sistim ventilasi lokal akan diproduksi maka ada beberapa kriteria yang harus diperhatikan, yaitu : o

  

Apakah perancangan sistim ventilasi industri tersebut

diperlukan, untuk memenimalkan kontaminan di lingkungan

tempat kerja o

Dapatkah perancangan sistim ventilasi industri tersebut

menguntungkan secara ekonomis, diperusahaan o Efek yang akan ditimbulkan oleh fasilitas pada fasilitas lain o

Apakah perancangan sistim ventilasi industri tersebut akan

mampu meningkatkan image perusahaan dalam melaksanan

program-program keselamatan dan kesehatan kerja

9.3. PROSEDUR PERANCANGAN

  Acuan o

American Conference of Govermental Industrial Hygienis (ACGIH ) Industrial

  Ventilation: A Manual of Recommended Practice for Operation and Maintenance o ASHRAE-2012, Ashrae Handbook: Heating, Ventilating, and Air-Conditioning

  Systems and Equipment: Inch-Pound Edition Pedoman dalam mengatur persyaratan perancangan sistim ventilasi industri, yaitu : Standar American Conference of Govermental Industrial Hygienis (ACGIH),dengan mengunakan

  “VELOCITY PRESSURE METHOD CALCULATION SHEE”T (

9.4. PRINSIP DESAIN

  Langkah pertama ;

Aliran udara/ Volumetric Flowrate ;Pada persamaan, dalam cfm (kaki

kubik per menit),

   Q = V.A Q = V.A dimana ;

Q = volumemetrik flow rate, cfm --- atau aliran udara di cfm (kaki kubik per menit)

V = Anerage velocity, fpm ---atau kecepatan linier di kaki per menit

  2 A = Cross-sectional area, ft ,--- atau luas penampang (duct, hood, dll) sistem di kaki persegi Q = volume ruang x generation rate x K NAB Contoh bila di ketahui,

  3

• Volume ruang (8 x 7 x 3 = 168 m )

  3

• Volume ruang = 5.880 ft
• TLV = 2 fiber/cc
• Generation rate = 200 fiber/cc/60 menit
• Faktor K = 2
• Maka, Volumetric flow rate, ------ Q = 19.600 cfm

  Duct Area, Duct Area, Langkah kedua ; adalah menentukan diameter duct = d c

  Contoh , misalnya ditentukan diameter duct ------ d c

  = 26 in (diketahui)

Langkah ketiga ; adalah menghitung luas bukaan hood yang di

desain= A , ft

  2 A = 1/4 (d c /12)

  2 = 3,14/4 (26/12)

  2 = 3,6870 sq.ft Langakah keempat; adalah mnghitung kecepatan duct actual/Actual Duct Velocity=.V, dari persamaan Q = V*A,

  V=Q/A, V=(19600/3,6870) = 5.316 fpm

  Dimana, Q = 19.600 cfm A = 3,6870 sq.ft Langkah kelimah; yaitu menghitung kecepatan tekan pada duct VP d

  , dalam in WG Kecepatan tekanan pada pipa (VP d

  ), dalam persamaan sebagai berikut :

  VP d

  = = 1,7618 in WG Dimana, V = 5.316 fpm Maka, Kecepatan tekanan duct—VP

  d

  = 1.7618 in WG (dihitung Langkah keenam; adalah menentukan kecepatan aliran dalam slot /Slot Velocity V s kecepatan Slot----- misalnya diketahui V

s

  = 400 fpm Langkah ketujuh; persamaMengitung Tekanan kecepatan Slot VP s

  ,dalam in WG, dengan menggunkan rumus

  VP s

  = (V s

  /4005)

  2 VP s = (400/4005)

  2 = 0,0100 in WG Dimana –V

  s

  = 400 fpm Langkah kedelapan; yaitu menentukan Slot loss coeficien Slot loss coeficien-----fig.5-15 atau Chap.10 atau dalam tulisan ini pada gambar 6.21, bagian-6. halaman 21, Koefisien kehilangan pada Slot sebesar 1,78 (diambil dalam tabel )

  Langkah kesembilan; adalah menghitung kehilangan yang di slot dalam rancangan dipakai istilah Slot loss per VP, sedangkan acceleration factor atau faktor percepatan diambil dalam perancangan sistem ventilasi lokal diambil bilangan 0 atau 1 Slot loss per VP, dihitung dengan menggunakan rumus ,

  Slot loss per VP = Slot Loss koefisien +Acceleration Factor = 1,78 + 0 = 1,78 Dimana Slot Loss koefisien = 1,78 --- ditentukan dalam perancangan Acceleration Factor = 0

  SLOTS FACTOR Duct Entry Loss Factor-

  Langkah kesepuluh ; Untuk menghitung tekanan statis slot atau Slot Statik Presure SP dalam in WG, s digunakan rumus sebagai berikut : Slot Statik Presure SP Slot Velocity Pressure * Slot loss s =

  SP = VP * Slot loss s s

  = 0,0100 * 1,78 =0,0178 Dimana, Slot loss = 1,78

  VP = 0,0100 in WG

  s

  Langkah kesebelas; Duct Entry Loss Factor fig.5-15 or Chap.10 Duct Entry Loss Factor-----fig.5-15 atau Chap.10 atau dalam tulisan ini pada

gambar 6.21,bagian-6. halaman 21 , Faktor kehilangan pada Duct sebesar

0,250 (diambil dalam tabel)

  Langkah kedua belas; Duct Entry Loss per VP Duct entry loss per VP, dihitung dengan menggunakan rumus , Duct entry loss per VP = Duct entry loss factor + Acceleration factor Duct entry loss per VP = 0,250 + 1 = 1,250

  Dimana , Acceleration factor = 1 (Acceleration factor diambil bilangan 0 atau 1) Langkah ketiga belas; adalah menghitung kehilangan di duct atau Duct Entry Loss, Duct Entry Loss, dihitung dengan menggunakan rumus

Duct Entry Loss = Duct Velocity Pressure * Duct Entry Loss per VP

Duct Entry Loss = VP * Duct entry loss per VP =1,7618 * 1,250

  = 2,202 in WG Maka kehilanagn pada duct sebesar 2,202 in WG Langkah keempat belas; adalah menghitung tekan statis hood atau Hood Static Pressure, SP h

  Maka untuk menghitung tekanan statis hood (SP ) adalah diambil dari h persamaan (6.12)

  SP = h + h + VP h es ed d

  Dimana :

  VP = Tekanan kecepatan dari duct = 1,7618 in Wg d

  H = Entri loss, diambal pada gambar.6.21 (ACGIH fig, 5-15, p.5-30) , ed

  = F * VP =0,250 * 1,7618 = 0,44045 h d h = kehilanagn pada slot, Slot Loss koefisien = 1,78 gbar.6.221(ACGIH fig es

  5-15, p.5-30) h = 1,78 VP dihitung VP = 0,0100 in WG es s s h = 1,78 VP = 1,78 * 0.0100 = 0,0178 es s

  SP = h + h + VP h es ed d

  = 0,0178 + 0.44045 + 1,7618 = 2.220 Maka, Tekanan Statis Hood, SP = 2,220 in WG h Langkah ke limah belas; Menentukan panjang lurus duct atau Straight Duct Length, dalam ft Diketahui panjang lurus duct = 7 ft Langkah ke enam belas;

  Friction Factor (H )Untuk mendapatkan besarnya bilangan Friction Factor f

  (H ),didapatkan persamaan(3.20) dibawah ini ; f

  H = f 0,533 0,612

  H = 0,0307{(5.316 /19.600 ) f

  = 0,0070 Dimana, kecepatan duct actual,---- V= 5.316 fpm Aliran udara -------------------Q=19.600 cfm Langkah ke tujuh belas; Friction Los per VP, Friction Los per VP, dihitung dengan rumus Friction Los per VP = Straight Duct Length * Friction Factor (H ) f

  = 7 * 0.0070 = 0,0491 Dimana, panjang lurus duct = 7 ft Friction Factor (H ) = 0,0070

  f

  Langkah ke delapan belas; Menghitung Elbow Loss per VP, dengan rumus Elbow Loss per VP = No.of 90 Elbow * loss Factor

  = 1* 0,24 = 0,2400 Contoh dalam perancangan, Elbow Elbow 1-90 = 1,00 (ACGIH, figure 5-17)

  60 Elbow = 0,6666 (ACGIH, figure 5-20, gbr.5.12)

  45 Elbow = 0,50 (ACGIH, figure 5-20, gbr.5.12)

  30 Elbow = 0,333 (ACGIH, figure 5-20, gbr.5.12)

  Gambar.5.12 data duct, perancangan, sumber ACGIH,data 1-88, fig.5-20 Langkah ke sembilan belas; Entry loss per VP Entry loss per VP= No. of Branch Entries * loss factor Entry loss per VP = 1* 0,28 = 0,28

  Contoh dalam perancangan, Branch Entri = 1 (bilangan 0 atau 1) Entry Loss coefisien = 0,28 (ACGIH, figure 5-17

  ) Gambar.5.5 Bentuk percabangan pada duct sumber, ACGIH fig.5.17 date 1-88 Langkah ke dua puluh; Duct Loss per VP, Dihitung dengan rumus ,

Duct Loss per VP = Friction Los per VP + Elbow Loss per VP + Special Fitting Loss Factor

  Duct Loss per VP = 0,0491 + 0,280 = 0,5691 Dimana , Friction Los per VP = 0,0491 Elbow Loss per VP = 0,280 Maka Duct Loss per VP = 0,5961

  Langkah ke dua puluh satu; Duct Loss Duct Loss = Duct Velocity Pressure * Duct Loss per VP = 1,7618 * 0,5961

  = 1,0027 Dimana, Tekanan kecepatan duct – VP

  d

  

= 1,7618 Duct Loss per VP--- 0,5961 Maka kehilangan pada pipa sebesar 1,0027 Langkah ke dua puluh dua; Duct SP Loss, Duct SP Loss = Hood Static Pressure + Duct Loss Duct SP Loss = 2.220 + 1,0027

  = 3,223 in WG Dimana , Tekanan statis Hood/ Hood Static Pressure-----2.220 in WG Duct Loss/ kehilangan pada pipa -------------------1,0027 Kumulatif Tekanan Statis = 3, 223 in WG

  Dan dilanjutkan dengan detail lainnya

7.4. DESIGN METHODS

7.4.1. VELOCITY PRESURE METHODE

C0NTOH

1.1 DATA AWAL

  3

  3 ) atau = 5.880 ft

• Volume ruang (8 x 7 x 3 = 168 m
• TLV = 2 fiber/cc
• Generation rate = 200 fiber/cc/60 menit
• Faktor K = 2
• Pengukuran kosentarasi polutan, dengan alat ukur
• Posisi pekerja dalam melakukan pekerjaan
• Maka, Volumetric flow rate, ------ Q = 19.600 cfm

1.2. BENTUK DAN LAY PROSES OPERASI RUANG KERJA

  

Pertimbangan desain sangat tergantung bentuk dan lay out peores

operasi, ruang kerja dan bentuk kontruksi bangunan Gambar -1 : BENTUK KONTRUKSI BANGUNAN

  Gambar – 2 : SKEMA SISTEM SALURAN PIPA

  2.2.. PENENTUAN DEMENSI

Dari data awal yang diketahui dan bentuk dan ukuran kontruksi bangunan pada gambar 1 s/d

gambar 4, maka ditetapkann sebagai berikut, pada table- 1.1. Tabel- 1.1. Ukuran nomor detail, flow rate, diameter dan panjang pipa , elbow dan enteries

  Nomor Detail cfm Required Duct Diameter inches Panjang/ Strainght Run, ft Elbows Entries A - C 19.600

  26 14 1- 90 B – C 19.600

  24

  8   1 - 45 C - D 19.600

  33 7     C (air cleaner)           D -E 20.000

  34 13 1-60   D (fan) 20.000 21       E - F 21.000

  34

  13     TABEL – 1.1

II. PENENTUAN UKURAN –UKURAN UTAMA

2.1. PENENTUAN FLOW RATE SUPLAY (Q)

  

Untukmenghitung flow rate di gunakan rumus :

Q = volume ruang x generation rate x K TLV Q = (5.880 x200)/60 x 2

2 Q = 19.600 cfm

  Dimana :

  3 Volume ruang = 5.880 ft TLV = 2 fiber/cc Generatian rate = 200 fiber/cc/60 menit Faktor K = 2

3.2. PEMELIHAN ALTERNATIF BRANCH ENTRY

  Pemilihan alternative bentuk brach entry tergantung pada bentuk kontruksi, saluran pipa yang dinginkan , pada desain ini diambil bentuk prefereddengan sudut maximal θ = 30 , gambar

5.28 indutrial ventilation ACGIH edition 20. Ukuran data yang diambil seprti digambarkan pada

Gambar – 6, cfm Duct Panjang/ Elbows Entries Nomor Detail Required Diameter Strainght

inches Run, ft

  24 8 1 - 45

    B – C 19.600

III. DESAIN PROSEDUR

3.1. DESAIN DUCT UKURAN POTONGAN A-C B-C C -D D-E E - F Diameter (in)

  26

  24

  33

  34

  34 Panjang (ft)

  14

  8

  7

  13

  13 UKURAN POTONGAN Elbow Bran Entri Loses Loss friction

A- C 1 -90 - 1,00 B-C 1-45 0,28 D-E 1-60 - 0,666

IV. PERHITUNGAN

  Metode perhitungan yang digunakan dalam desain ini adalah menggunakan metode desain Perhitungan Kecepatan Tekanan atau Velocity Pressure Method Calculation Sheet

4.1. METODE KECEPATAN TEKANAN

  Dari hasil perhitungan yaitu untuk mengetahui distribusi volume flow rate, duct velocity, slot velocity, slot static pressure, hood static pressure, duct SP loss, dan qumulatif static pressure, Fan SP dan Fan TP.

  Denagan data hasil perhitungan besar daya , dan putaran Fan yang akan digunakan.

4.1.1. Hasil Perhitungan

  1 Duct Segment Identification A-C B-C C - D D D - E E

  E- F

  2 Target Volume Flowrate, Q = V*A- Chap 10 cfm 19600.0 19600.0 19600.0 21000.0 20000.0 20000.0 21000.0

  3 Min. Transport Velocity, V Chap 10 fpm 3500 3500

  0.5

  4 Maximum Duct Diameter (D= ((4*144*Q)/(pi*V)) inches )

  26.00

  24.00

  33.00 A

  34.00

  21

  34.00

  5 Selected Duct Diameter inches

  26.00

  24.00

  33.00 I

  34.00

  21

  34.00

  2

  6 Duct Area (pi*(D/12) /4) sq. ft 3.6870 3.1416 5.9396 R 6.3050 2.4053 6.3050

  7 Actual Duct Velocity fpm 5316.0 6238.9 3299.9 3172.1 8315.0 3330.7

  2

  8 Duct Velocity Pres,

  VP = (V/4005) "wg 1.7618 2.4267 0.6789 C 0.6273 4.3105 0.6916

  9 H Maximum Slot Area = (2/11) sq ft L

  10 O Slot area selected sq ft E F

  11 O S Slot Velocity, Vs Chap 10 fpm 400.00 400.00 A

  2

  12 D L Slot Velocity Pres,

  VPs=(Vs/4005) "wg 0.0100 0.0100 N A

  13 O Slot Loss Coefficient, Chap 10, Chap 3

  1.78

  1.78 E

  14 T Acceleration Factor 0 or 1 R N

  15 S S Slot Loss per VP (13+14)

  1.78

  1.78

  16 U Slot Static Pressure (12*15) "wg 0.0178 0.0178

  17 C Duct Entry Loss Factor F5-12, Chap 10 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250

  18 T Acceleration Factor (1 at hoods) 1 or 0

  1

  1

  1

  1

  1

  19 I Duct Entry Loss per VP (17 + 18)

  1.25

  1.25

  1.25

  1.25

  1.25

  20 O Duct Entry Loss (8 * 19) "wg 2.202 3.033 0.849 0.784 0.865

  21 N Other Losses "wg 0.400

  22 Hood Static Pressure SPh (16+20+21) "wg 2.220 3.051 0.849 0.400 0.784

  23 Straight Duct Length ft

  14.0

  8.0

  7.0

  13.0

  13.0

  24 Friction Factor (Hf) 0.0070 0.0076 0.0054 0.0053 0.0052

  25 Friction Loss per VP (23 * 24) 0.0982 0.0611 0.0381 0.0684 0.0681

  26 No. of 90 degree Elbows

  1.00

  0.28

  0.67

  (Bottom of Page)

  27 Elbow Loss Coefficient

  0.24

  0.24

  0.24

  0.24

  0.24

  28 Elbow Loss per VP (26*Loss Factor) ( bottom of page ) 0.2400 0.0672 0.0000 0.1600 0.0000

  29 No. of Branch Entries ( 1 or 0)

  1.00

  1.00

  1.00

  1.00

  1.00

  30 Entry Loss Coefficient

  0.28

  0.28

  0.28

  0.28

  0.28

  31 Entry Loss per VP (29*Loss Factor) (Branch)

  0.28

  0.28

  0.28

  0.28

  0.28

  32 Special Fittings Loss Factors

  33 Duct Loss per VP (25 + 28 + 31 + 32) 0.6182 0.4083 0.3181 0.5084 0.3481

  34 Duct Loss (8*33) 1.0892 0.9908 0.2159 0.3189 0.2408

  35 Duct SP Loss (22 + 34) 3.309 4.042 1.065 0.400 1.103 0.241

  36 Other Losses

  37 Cumulative Static Pressure "wg -3.309 -4.042 -1.065 -1.465 -2.568 2.808

  38 Governing Static Pressure (at TO location) "wg -4.042 -1.065

  39 Corrected Volumetric Flowrate cfm

  40 Corrected Velocity fpm

PERTINENT EQUATIONS:

  90 Degree Round Elbow Loss Factors R/D

3- Piece

  0.75 Q = 20000.0

  0.33

  0.33 60 elbow = 2/ 3 loss H f = 0.0307(V^0.533)/ (Q^0.612) = GALV in Line 1a 45 elbow = 1/ 2 loss

30 elbow = 1/ 3 loss FSP = Fan Static Pressure

  1.066 = 0.0425(V^0.465)/ (Q^0.602) = BLK in Line 1a Branch Entry TP = FSP + VP out =

  1.7571525908060 FSP = SP outlet - SP inlet - VP inlet Loss Factors Angle Factor ME = Mechanical efficiency Ce = Coef cient of Entry = (VP / SPh)^1/ 2 or

  15

  0.09 (Usually .5 - .65) 1 (for perfect hood - No losses)

  30

  0.18 SPh = Hood Static Pressure = (V/4005)^2 45

  0.44 VP = Velocity Pressure = SPh - he

  60

  0.5

  90

  7.372152678 6356 x ME he = Entry Loss = Fh x VP

  Delta in SP: 27.31%

  Delta in SP(1): 18.13%

  TP = Total Pressure = SP + VP Fan Specifcations Existing Required

  Blade Type: Tubeaxial SP; VP = Static Pressure; Velocity Pressure Size:

  21.00 RPM: Vd = Duct Velocity HP:

  7.37

  0.34

  0.42

  0.54

  0.13

  0.75

  1

  1.5

  2

  2.5 Q corr. = Q Design (SP gov./ SP duct)^1/ 2 Stamped

  0.71

  0.33

  0.22

  0.15

  0.12 5- Piece

  0.9

  0.46

  0.33

  0.24

  0.19

  0.17 VP r = ((Q1 + Q2)/ (4005(A1 + A2)))^2 or 4- Piece

  

0.5

  0.37

  0.27

  0.24

  0.23 = (Q1/ Q3)*VP1 + (Q2/ Q3)*VP2

0.28 ME =

1 BHP = Q x TP =

  

V. PERHITUNGAN DAYA

FAN Data yang diperlukan untukmenentukan besarnya daya HP= House Power dan Putaran (rpm), Fan yang digunakan dalam desain ini adalah :

   N = jumlah blades,

   Q=volumemetric flow rate,

   FSP = Fan Static Pressure,

   FTP = Fan Total Pressure

  

Rumus yang digunakan sebagai

berikut :  

  FSP = SP - SP - VP

out let in let inlet

  FTP = FSP + VP out let

  BHP = (FTP * Q)/(6356*n)

  FSP = Fan TP -

  VP out Fan TP = F SP + VP out Dari data : = 8.88 + 0.994

  VP out = 0.6917 “wg = 9.87 “wg

  

Dari hasil perhitungan pada hasil perhitungan dengan data sbb :

• SP = 2,808 “wg

  out let

• SP = - 2,568 “ wg

  in let = 4,3105 “wg

• VP

  in let = 0,6918 “wg

• VP

  out let

• Q =20.000 cfm FSP = SP - SP - VP

  out let in let inlet FSP = 2,808 – (-2,568) – 4,3105 FSP = 1,066 “wg FTP = FSP + VP out let

  FTP = 1,066 + 0,6918 FTP =1,757 “wg

  BHP = ( 1,757 x 20.000) = 7,4 (6356 x 0,75) HP = 7,4 HP RPM = 3.000

  Fan Specifications   Existing   Required Blade Type:     Tubeaxial Size: 21  

  21 RPM:     3.000 HP:    

  7.4

  Terima Kasih