Refrigerasi dan Pengkondisian UdaraDr.Ir.Dipl.-Ing.Berkah Fajar TK

Bab III Pschycrometry Pschycrometry adalah ilmu yang mempelajari campuran udara dan uap air. Pada pengkondisian udara ilmu ini penting, sebab proses pengkondisian udara merupakan pengurangan atau penambahan uap air untuk udara yang dikondisikan Contoh : dehumidifier, humidifier, cooling tower.

PSYCHROMETRIC CHART

Garis Jenuh (khusus untuk air)Garis jenuh yang diperoleh dari tabel jenuh air (tabel A-1) Garis jenuh yang diperoleh dari tabel jenuh udara-air (tabel A-2)Catatan: Tabel A-1: tabel jenuh air Tabel A-2:tabel jenuh-udara air pada 1 atm

Tekanan uap air

Daerah udaraair tidak jenuh Didinginkan pada tekanan konstan

Dew-point temperature

Temperatur

Kelembaban RelatifKelembaban relatif = perbandingan fraksi mol pada campuran udara-air dan fraksi mol uap air pada tekanan jenuh dan temperatur sama. Dengan menganggap campuran udara dan uap air sebagai gas ideal, maka dehisi tersebut dapat ditulis:

tekanan parsial uap air pada T , P sama = tekanan jenuh uap air murni pada T , P sama

Ratio Kelembaban (Kelembaban Mutlak)

Udara kering dan uap air diasumsikan sebagai gas ideal, karena temperatur udara kering relatif tinggi terhadap temperatur jenuhnya dan tekanan uap air relatif rendah terhadap tekanan jenuhnya.

Ratio Kelembaban (Kelembaban Mutlak)W= Rs RsT kg uap air = = ( pt ps ) kg udara ker ing paV Ra RaT psV ps

3-1

W = rasio kelembaban (kg uap air/kg udara kering) V = volume sebarang campuran udara dan uap air dalam m3 Pt = tekanan atmosfer = pa+ps , Pa Pa = tekanan parsial udara kering, Pa Ra = konstanta gas udara kering = 287 J/kg.K Rs = konstanta gas uap air = 461,5 J/kg.K T = Temperatur absolut campuran uap air-udara, K

Ratio Kelembaban (Kelembaban Mutlak)Harga Ra dan Rs disubtitusikan ke persamaan (3-1)

ps ps 287 W= = 0,622 461,5 pt ps pt ps

Ratio Kelembaban (Kelembaban Mutlak)Contoh 3-1 : Hitung kelembaban mutlak untuk kelembaban relatif 60 % ketika temperaturnya 300C. Tekanan atmosfer 101,3 kPa: Jawab : Dari tabel A-1 tekanan jenuh uap air pada 300 C = 4,241 kPa Maka tekanan uap air = 60%.4,241 kPa = 2,545 k Pa. Dari persamaan (3-2)

2,545 W = 0,622 = 0,0160kg / kg 101,3 2,545Tentukan dengan diagram psychrometric !

EntalpiEntalpi campuran udara-uap air = entalpi udara kering + entalpi uap airh = c p t + W .hg C p = panas jenis udara ker ing pada tekanan kons tan 1,0 kJ / kg.k t = temperatur campuran campuran udara uap air ,0C hg = entalpi jenuh uap air pada t , kJ / kg

Entalpi uap air = entalpi jenuh uap air pada temperatur konstan

EntalpiH= Cp t+ W.hg

Volume JenisRT RaT v= a = pa pt ps ps W = 0,622 pt ps

Kombinasi perpindahan panas dan massa

Penjenuhan Adiabatik dan Temperatur bola basah

h1 = h2 (W2 W1 )h f

Penjenuhan Adiabatik dan Temperatur bola basah

Bab II Perhitungan Beban Pemanasan/Pendinginan

Faktor Yang Mempengaruhi Kenyamanan Manusia

Katagori Beban Pendinginan

Outdoor Design

Indoor designPendinginan : Temperatur : 200 C sampai 220 C RH : 55 % 5%

Indoor design

Beban Orang

Beban Orang

Beban Orang

Beban Orangbeban orang = beban per orang dari tabel 4 7 x jumlah orang x CLF Untuk beban laten CLF = 1

Infiltrasi

Ventilasi

Ventilasi

Ventilasi dan Infiltrasi

& qsensible = 1,23.Q(t0 ti ) & q = 3000.Q (W W )laten 0 i

& Q = laju aliran volume ventilasi / inf iltrasi ( L / s ) W = kelembaban mutlak , kg / kg

Beban Lampuq = (rating lampu dalam watt )( Fu )( Fb )(CLF ) Fu = Faktor penggunaan F b= Faktor ballast = 1,2 CLF = Cooling Load Factor

Heat Storage

CLF untuk Lampu

Beban dari Radiasi Matahari

Heat Storage

Beban Radiasi Matahariq = ( SHGF ) maks .( SC ). A.(CLF ) SC = Shading Coefficient A = Luas CLF = Cooling Load Factor

Beban Pendinginan Melalui Dinding dan Atap

q = U w A(te ti )

BAB V Sistem Pengkondisian UdaraSistem Distribusi Termal: Sistem yang memindahkan panas dari ruangan ke mesin pendingin, atau sistem yang memindahkan panas dari pompa kalor/boiler ke ruangan.

Multiple-Zone Air Systems a. Terminal Reheat b. Dual-duct atau multizone c. Variable-air-volume Water Systems a. Two-pipe b.Four-pipe

Classic Single zone System

Optional return-fan diperlukan untuk menghindari tekanan berlebihan di ruang yang dikondisikan

Heating and humidification

Cooling and dehumidification with reheat

Outdoor Air ControlVentilasi : 10 %20 % total flow rate, kecuali penggunaan khusus seperti di r. operasi atau laboratorium Temperatur di A diatur pada 130C-140C

Enthalpy-Control Concept

Single Zone System

c p (tc ti ) hc hi w=

=

qs qs + q L qs + q L hc hi

qs = (tc ti ) cp

Terminal Reheat System

Dual Duct or Multizone System

Variable-Air-Volume System

Water System

BAB VI Fan dan Duct Menghitung hilang tekan udara yang melalui ducting dan fitting Merancang sistem ducting Mempelajari karakteristik Fan yang berhubungan dengan sistem ducting Merancang distribusi udara untuk ruang yang dikondisikan

Sistem Distribusi Udara

Ducting

Hilang Tekan di Cerobong LurusL V2 p = f D 2 1 f = D 9.3 1,14 + 2 log log 1 + Re D VD Re = f 2

( )

Kekasaran PermukaanMaterial Riveted Stell Concrete Cast Iron Sheet Metal Commercial Steel Drawn tubing Kekasaran , m 0,0009-0,009 0,0003-0,003 0,00026 0,00015 0,000046 0,0000015

Moody Diagram

Hilang Tekan Ducting SegiempatL V2 p = f Deq 2 penampang lingkaran D 2 4 4 4 x luas penampang =D = Deq = D perimeter Penampang Segiempat 4 x luas penampang 4a.b 2ab = = Deq = 2(a + b) a + b perimeter

Hilang Tekan Ducting Segiempatf = C Re 0,2 2

Q 2 D C L 4 p = 0, 2 D 2 4QD D 2 Q V= ab p = C

L 0,2 2ab 2ab a+b Q a + b ab 1 a+b = 0, 2 2D4 2 D 160, 2

Q ab 2

2

(4D)Deq, f

a+b 1 2ab (ab )2

(ab )0,625 = 1,30 (a + b )0,25

Hilang Tekan untuk Ducting Segiempat

Hilang tekan di Fitting2 V2 1 ( 1) 2 Ploss = 2 Cc

V12 1 Ploss = 2

A1 A2

2

BentukL V 2 p = f 2 D {geometri 2 V12 P2 V2 + = + 2 2

V 2 2

P 1

V2 A1 = V1 A2 V12 P P2 = 1 2 A 2 1 1 A2 4243 1geometri

Sudden EnlargementPersamaan Bernoulli yang direvisi P 12 V12 P2 V2 Ploss + = + + 2 2

P A2 P 2 A2 = V2 (V2 A2 ) V1 (V1 A1 ) 1

Persamaan momentum untuk hilang tekan

Persamaan momentum disubtitusikan ke pers. Bernoulli : V12 1 Ploss = 2 A1 A2 2

Sudden ContractionP loss

(V1 ) 1 =2

2

A2

' 2 A1

' A1 V2 = CC = A2 V1 2 V2 =

Ploss

1 C 1 2 C

2

Hilang tekan di Belokan

Branch Takeoff

Ploss

2 Vd =

Vd (0,4)1 V 2 u

2

Velocity Methode Kecepatan udara di main duct 5-8 m/s Kecepatan di duct cabang 4-6 m/s

OptimasiTotal Cost = Biaya Investasi+ Biaya Operasi Biaya Investasi = (ketebalan)(D)(L)(massa jenis duct)(biaya instalasi Rp/kg) Biaya operasi = C H p Q

Fan

Karakteristik Fan

Hukum Fan1. Variasi , konstan Q~ SP~2 P~3 2. Q konstan, variasi SP~ P~ 3. variasi, SP konstan Q~ 1 ~ 1 P~ 1

Distribusi Udara

Distribusi Udara

BAB VII Cooling and Dehumidifying CoilsKoil pendingin digunakan untuk menurunkan temperatur udara sekaligus untuk memisahkan sebagian uap air dari udara (50C 350C)

Terminology Face area of the coil: luas penampang melintang aliran udara pada udara masuk koil Face velocity of the air : laju aliran volume udara dibagi dengan luas penampang Surface area of the coil : luas perpindahan panas yang kontak dengan udara Number of rows of tubes : jumlah baris dalam arah aliran udara

DX (direct expansion) Coil

Chilled Water Coil

Closed and Opened SystemClosed System

Opened System

Kondisi udara melalui Koil (Ideal)

Heat and Mass Transfer

Heat and Mass Transfer& dq = hc .dA(t a ti ) = m.C pm (t a ti ) hc.dA & m= C pm hc.dA (ha hi ) dq = C pm dq = hr dAi (ti tr )Cpm panas jenis campuran udara dan air Hr konduktansi permukaan basah, logam, fin dan tube dan lapis batas fluida di dalam tube

Heat and Mass Transfer

ti t r hc A = =R ha hi C pm hr AiJika tr, ha dan R diketahui ti dan hi harus dicari ti digunakan untuk menentukan performance koil

Heat and Mass TransferEntalpi jenuh fungsi temperatur jenuh untuk temperatur 20C sampai 300C: dari tabel A-2

2 hi = 9,3625 + 1,7861ti + 0,01135ti

3 + 0,00098855ti

Disubtitusikan ke persamaan sebelumnya :

ti t r ha + 9,3625 + 1,7861ti + 0,01135ti2 + 0,00098855ti3 = 0 R R

Moisture RemovalRate of water removal = G (W1 W2 ) hc A1 2 W1 + W2 Wi,1 + Wi,2 ( ) Rate of water remova = 2 2 C pm hc A1 2 W1 + W2 Wi,1 + Wi,2 ( ) G (W1 W2 ) = 2 2 C pm

Actual Coil Condition Curves

Solving for Outlet Conditions

Solving for Outlet ConditionsG ha,1 ha,2 = q hc A1 2 ha,1 + ha,2 hi,1 + hi,2 =q 2 2 C pm hr A1 2 ti,1 + ti ,2 tr = q 2 A / Ai hi,2 = f ti ,2

(

)

( )

Partially Dry Coil

Coil Performance from Manufacture

BAB 9 Pengaturan AC

Fungsi Kontrol/Pengaturan Mengatur sistem, sehingga kondisi nyaman dapat dicapai dan dijaga di ruang yang dikondisikan. Untuk memperoleh kondisi operasi peralatan yang efisien Untuk melindungi peralatan dan bangunan dari kerusakan dan penghuni dari cidera. Dari fungsi sistem pengaturan dapat disimpulkan, bahwa sistem tersebut hanya dapat mengurangi kapasitasnya (idak dapat menambah kapasitas)

Elemen Pengaturan dasar

Pada pembahasan pengaturan ini hanya didasarkan pada logika dari pada pendekatan matematika dan pada pengaturan tunak (steady) dari pada pengaturan dinamik

Pengaturan Pneumatic, Elektrik dan Elektronika Beberapa tipe sensor, actuator dan perangkat keras lain untuk pengaturan adalah pneumatic, elektrik dan elektronika. Tidak ada yang jelas antara pengaturan elektrik dan elektronika. Pengaturan elektronika pasti elektrik Pneumatic merupakan penggunaan standar di bangunan besar. Pneumatik paling banyak digunakan di bangunan besar, karena : lebih alami, mudah dipahami oleh operator dan cocok untuk menggerakkan katub dan damper. Jarang ditemui pengaturan yang secara murni hanya menggunakan satu tipe saja, biasanya hybrid

Sistem Pneumatic

Alat Pengaturan Pneumatic1. Valves for liquids( two-way, three-way mixing, three way by pass) 2. Valves for control air (two way solenoid, three way solenoid) 3. Dampers to restrict the flow of air 4. Manual pressure regulator for control air 5. Pressure regulator for working fluids 6. Differential pressure regulators

Alat Pengaturan Pneumatic7. Velocity sensors 8. Thermostats 9. Temperature transmitters 10. Receiver-controlers 11. Humidistats 12. Master and submaster controllers 13. Reversing relays foe control pressure 14. Pressure selectors 15. Pneumatic electric switches 16. Freezestats

Bimetal Sensor

Direct and Reverse-Acting ThermostatsA direct acting : kenaikkan tekanan di ruang yang bertekanan 1 kPA, karena kenaikkan temperatur, sehingga bimetal menutup port katub tertutup Reverse acting : penurunan tekanan pada ruang kontrol karena penurunan tekanan katub terbuka

Actuator

Control Valve

Three-Way Valve

Damper

Temperature Transmitter with Receiver Controller

Throttling Valve

Two-way and Three-way Valves

Three-way valve

mixing

Bypass

Harga two-way valve