47
BAB IIIPERHITUNGAN
A. Perhitungan Beban Pendinginan
Perhitungan beban pendinginan bertujuan untuk mengetahui
seberapa besar jumlah panas yang harus ditanggulangi oleh unit
mesin pendingin pada ruangan yang dikondisikan. Pada setiap
perancangan dalam unit mesin pendingin, beban pendinginan merupakan
faktor utama yang harus diperhatikan. Berdasarkan sumbernya, beban
pendinginan terdiri atas dua bagian. Yang pertama harus
diperhatikan adalah beban pendinginan dari luar ruangan yang akan
dikondisikan dan yang kedua adalah beban pendingin dari dalam
ruangan yang akan dikondisikan.
1. Beban Pendinginan Luar Ruangan
a. Tersinari Matahari
1) Beban Pendingin melalui Dinding Sebelah Timur
Besar beban pendingin melalui dinding luar yang tersinari
matahari dihitung berdasarkan persamaan :
Q = A x U x (te
(Carrier, 1965 : 59)Keterangan :
Q: Jumlah laju perpindahan panas (Btu/hr).
U: Koefisien perpindahan panas dinding, atap, dan pintu
(Btu/hr.ft2 .F).
A: Luas permukaan dinding, atap, dan pintu luar (ft2 ).
(te: Perbedaan temperatur equivalen (F).
Untuk mencari nilai (te perlu melalui beberapa tahap, yaitu:1.
Koreksi Temperatur Ekivalen
Besar koreksi temperatur ekivalen dapat dicari dengan menentukan
daily range dan selisih temperatur tertinggi dengan temperatur
ruangan.
Daily Range = Temperatur tertinggi Temperatur terendah dalam
kurun waktu 1 hari, maka nilai Daily range= 89,6 F 68 F = 18 F
Selisih temperatur tertinggi dengan tempratur ruangan adalah
:89,6 F 68 F = 21,6 F 20 F
Dengan menggunakan tabel 20A Carrier (1965 : 63) lampiran 6
diperoleh koreksi temperatur sebesar: 6 F.2. Perbedaan Temperatur
Ekivalen ((te)Kategori warna dinding: Medium
Warna
: Light Blue
Letak bangunan
: 6LS 10LSBerat per satuan luas rata rata dinding: 60 lb/ft2
Berdasarkan data diatas, perbedaan temperatur ekivalen untuk
dinding dan atap dihitung dengan menggunakan persamaan: (Carrier,
1965 : 64)Keterangan :
(te : Temperatur ekivalen untuk dinding (oF).(t.es: Perbedaan
temperatur ekivalen untuk dinding dan atap yang dikenai bayangan
(oF).(t.em: Perbedaan temperatur ekivalen untuk dinding dan atap
yang terkena langsung sinar matahari(oF).Rs: Maksimum solar heat
gain yang melalui dinding atau atap pada bulan Oktober dengan
posisi 10 oLS (Btu/hr.ft2 .0F).Rm: Maksimum solar heat gain yang
melalui dinding atau atap pada bulan Oktober dengan posisi 10 oLU
(Btu/hr.ft2 .0F). Nilai (t.em untuk dinding ditentukan dengan tabel
19 Carrier (1965 : 62) lampiran 7 + koreksi temperatur ekivalen.
Nilai (t.es untuk dinding yang terkena bayangan ditentukan dengan
tabel 20 Carrier (1965 : 63) lampiran 6 + koreksi temperatur
ekivalen. Nilai Rs ditentukan dengan menggunakan tabel 15 Carrier
(1965 : 45) lampiran 8 dengan bulan terpanas terjadi pada bulan
Oktober pada posisi 10 oLS
Nilai Rm ditentukan dengan menggunakan tabel 15 Carrier (1965 :
45) lampiran 8 dengan bulan terpanas terjadi pada bulan Oktober
pada posisi 10 oLU.
Maka nilai nilai yang didapat adalah sebagai berikut:
Tabel 3.1 (t.em untuk dindingOrientasiWaktu
89101112131415161718
Timur627363737252019181920
Tabel 3.2 (t.es untuk dindingTypeWaktu
89101112131415161718
Shaded4445681012141516
Tabel 3.3 Nilai maksimum solar heat gain
(Rs)BulanOrientasiWaktu
89101112131415161718
Okt. 10 oLSTimur16314910446141414131171
Tabel 3.4 Nilai maksimum solar heat gain
(Rm)BulanOrientasiWaktu
89101112131415161718
Okt 10 oLUTimur15514510040141414131050
Dari tabel tabel diatas perbedaan temperatur ekivalen memiliki
nilai sebagai berikut:
Tabel 3.5 Perbedaan temperatur ekivalen dinding
OrientasiWaktu
89101112131415161718
Timur5,6221,6229,9533,6930,1821,2617,817,4617,4219,36-
Temperatur tertinggi terdapat pada pukul 11.00 WIB dengan
temperatur 33,69 oF. Maka beban pendingin dinding luar yang
tersinari matahari adalah :Q= A x U x (te= 199,52 x 0,58 x 33,69=
3.898,66 Btu/hr*Nilai U dan A dapat dilihat pada hal 23 24.
2) Beban Pendingin melalui Kaca Sebelah Timur
Beban pendinginan melalui kaca yang tersinari matahari dapat
dihitung dengan menggunakan persamaan :Q = A x U x CLTDc
(Pita, 1981 : 96)
Keterangan:
Q
: Jumlah laju perpindahan panas konduksi(Btu/hr)
U
: Koefisien perpindahan panas kaca. (Btu/hr.ft2.0F)
A
: Luas permukaan kaca (ft2)CLTDc: Cooling Load Temperatur
Difference Correction (0F).Nilai CLTDc dihitung dengan menggunakan
persamaan:CLTDc = CLTD + (78 tR ) + (tO 85 ) (Pita, 1981 : 101)
Keterangan:
CLTD : Cooling Load Temperatur Difference (0F).Harga CLTD
dilihat dari tabel 6.5 (Pita, 1981 : 101) lampiran 9.
tR : Temperatur udara ruangan (0F). to : Temperatur udara luar
(0F).Tabel 3.6 Cooling Load Temperatur Difference Correction
PUKULCLTD(78 tR ) + (tO 85)CLTDc
80-3,4-3,4
923,85,8
1049,213,2
116.514,621,1
12914,623,6
131114,625,6
141314,627,6
1513,512,826,3
16149,223,2
17135,618,6
1812214
Dari tabel diatas didapatkan nilai tertinggi CLTDc untuk kaca
yang tersinari matahari adalah 27,6, maka jumlah beban
pendinginannya adalah:
Q = A x U x CLTDcQ= 8,56 x 1,13 x 27,6
= 266,96 Btu/hr
*Nilai U dan A dapat dilihat pada hal 23 dan 28.
b. Tidak Tersinari Matahari
Besar beban pendingin melalui dinding, atap, lantai dan pintu
yang tidak tersinari matahari dihitung berdasarkan persamaan :Q = A
x U x (t
(Carrier, 1965 : 59)Keterangan :Q: Jumlah laju perpindahan panas
(Btu/hr).U: Koefisien perpindahan panas dinding, atap, dan pintu
(Btu/hr.ft2 .0F).A: Luas permukaan dinding, atap, dan pintu luar
(ft2 ).(t: Perbedaan temperatur antara dalam dan luar ruangan
(0F).
Nilai nilai U dan A untuk bahan dinding, atap, lantai dan pintu
dapat dilihat pada halaman 23 - 28.
Asumsi temperatur ruangan yang tidak dikondisikan adalah
temperatur udara kamar sebesar 77 oF. Sedangkan temperatur ruangan
yang dirancang adalah 68 oF.
1) Beban Pendingin melalui Dinding Sebelah UtaraQ= A x U x
(t
= 320,06 x 0,58 x (77 68)
= 1.670,71 Btu/hr2) Beban Pendingin melalui Dinding Sebelah
BaratQ= A x U x (t
= 199,52 x 0,58 x (77 68)
= 1.041,49 Btu/hr3) Beban Pendingin melalui Dinding Sebelah
SelatanQ = A x U x (t
= 320,06 x 0,58 x (77 68)
= 1.670,71 Btu/hr
4) Beban Pendingin melalui Kaca Sebelah SelatanQ= A x U x (t
= 16,48 x 1,13 x (77 68)
= 167,6 Btu/hr
5) Beban Pendingin melalui LantaiQ = A x U x (t
= 484,55 x 0,18 x (77 68)
= 784,97 Btu/hr
6) Beban Pendingin melalui AtapQ = A x U x (t
= 484,55 x 0,18 x (77 68)
= 784,97 Btu/hr7) Beban Pendingin melalui Pintu
Q = A x U x (t
= 48,38 x 0,25 x (77 68)
= 108,85 Btu/hrc. Beban Pendinginan dari Percampuran Udara
Untuk menghitung beban dari udara luar yang masuk ke indoor
unit, terlebih dahulu menghitung air flow rate atau jumlah aliran
udara adalah jumlah yang dibutuhkan oleh suatu ruangan, dapat
dihitung dengan persamaan :
Keterangan:
ACH(n)= Jumlah pertukaran udara per jam
Q
= Jumlah aliran udara (cfm)
V
= Volume ruangan (ft3)
Nilai ACH terdapat pada lampiran 9, dan nilai dari volume
ruangan terdapat pada halaman 22. Maka nilai air flow rate
adalah:
Q = 2.317,78 cfm
Bedasarkan tabel yang terdapat pada lampiran 12, nilai outdoor
air change per hour adalah 5, maka besar outdoor air yang
diperlukan untuk ruangan adalah 20% dari total air flow rate
yaitu:
Cfm= 20% x 2.317,78
= 463,55 cfm
Nilai tersebut terdiri dari beban panas sensibel dan beban panas
laten, sehingga untuk mencari jumlah beban panas dapat menggunakan
persamaan :Untuk panas sensibel adalah :
Qs = Cfm x 1,08 x (to tr)
(Harris, NC., 1974 : 146)
Keterangan :
Qs: Beban panas sensibel (Btu/hr)
Cfm: Jumlah udara (cfm)
1,08: Faktor kali untuk beban panas sensibel
to: Temperatur udara luar (oF)
tr: Temperatur udara ruangan (oF)
Untuk panas laten adalah :
Ql = Cfm x 0,68 x (Wo Wr) (Harris, NC., 1974 : 146)Keterangan
:
Ql: Beban panas laten (Btu/hr)
Cfm: Jumlah udara (cfm)
0,68: Faktor kali untuk beban panas laten
W0: Spesific humidity udara luar (Grain/lb)
Wr: Spesific humidity udara ruangan (Grain/lb)
Maka beban panasnya adalah :
Untuk panas sensibel :
Qs = Cfm x 1,08 x (to ti) = 463,55 x 1,08 x (77 68) = 4.505,7
Btu/hrUntuk panas laten adalah :
Ql = Cfm x 0,68 x (Wo Wi) = 463,55 x 0,68 x (98 58)
= 12.608,56 Btu/hr
2. Beban Pendinginan Dalam Ruangan
a. Beban Pendingin dari Manusia (Pekerja)
Ruangan tersebut diasumsikan sama dengan Drug Store dengan
aktifitas berdiri dan berjalan perlahan, Berdasarkan tabel 4 (P.
Lang, 1971 : 127) lampiran 9, maka besar beban pendingin dari
manusia adalah : Q sensible= Jumlah orang x 200 Btu/hr
Q laten= Jumlah orang x 300 Btu/hr
Maka diperoleh beban pendingin dari orang sebesar:Q sensibel= 10
x 200 Btu/hr
= 2.000 Btu/hrQ laten= 10 x 300 Btu/hr
= 3.000 Btu/hrb. Beban Pendinginan dari Lampu
Berdasarkan tabel 49 (Carrier, 1965 : 101) lampiran 10, besar
perolehan panas dari lampu adalah :Fluorescent : Q = jumlah daya x
1,25 x 3,4 (Btu/hr)Maka besar beban pendingin dari lampu sebesar:Q=
480 x 1,25 x 3,4
= 2.040 Btu/hrc. Beban Pendinginan dari Peralatan Listrik
Jumlah daya dari peralatan listrik yang ada di dalam ruangan
operasi adalah 5.143 Watt. Maka jumlah beban pendingin dari
peralatan listrik sebesar:
Q= P (Daya) x 3,4
= 5.143 x 3,4
= 17.486,2 Btu/hr
Berdasarkan hasil hasil yang didapat dari perhitungan di atas,
maka jumlah beban pendinginan ruangan operasi bedah sentral RSUD
Cibabat, Cimahi adalah sebagai berikut :Tabel 3.7 Beban Pendinginan
Ruang Operasi Bedah Sental RSUD CimahiNo.Sumber PanasJumlah Panas
(Btu/hr)
SensibleLatent
1DindingBarat1.041,49-
Utara1.670,71-
Timur3.898,66-
Selatan1.670,71-
2KacaTimur266,96-
Selatan167,6-
3Lantai 784,97-
4Atap784,97-
5Pintu108,85-
6Outdoor Air (Fresh Air)4.505,712.608,56
7Manusia2.0003.000
8Lampu2.040-
9Listrik17.486,2-
36.426,8215.608,56
Jumlah Beban Keseluruhan52.035,38
Safety factor sebesar 10% dari jumlah beban panas perlu
ditambahkan untuk tujuan keamanan saat perancangan, sehingga jumlah
beban panas untuk keperluan perancangan adalah:
Qtotal = Q + (10% x Q) Btu/hr
= 52.035,38 + 5.203,53= 57.238,91 Btu/hrB. Perhitungan
PsychrometricBerdasarkan Psychrometric Chart pada lampiran 11
diketahui data kondisi udara luar ruang operasi RSUD Cibabat,
Cimahi adalah sebagai berikut :Suhu Udara Kering (DB): 77 oF
Suhu Udara Basah (WB): 69,5 oF
Relative Humidity (RH): 70%
Kondisi udara di dalam ruang operasi RSUD Cibabat, Cimahi adalah
sebagai berikut :
Suhu Udara Kering (DB): 68 oF
Suhu Udara Basah (WB): 58,2 oF
Relative Humidity (RH): 55%
Berdasarkan kondisi udara maksimum dapat diperoleh data beban
pendinginan sebagai berikut :
Data Beban Pendinginan pada saat Kondisi Maksimum
Room Sensible Heat (RSH)
: 30.924,96Btu/hr
Room Latent Heat (RLH)
: 12.898,08Btu/hr
Room Total Heat (RTH)
: 43.823,04Btu/hr
Outdor Air Sensible Heat (OASH): 3.537,1Btu/hrOutdor Air Latent
Heat (OALH): 9.898,08Btu/hrOutdor Air Total Heat (OATH):
13.435,18Btu/hr
Untuk menganalisis kondisi udara yang dibutuhkan pada ruangan
yang dikondisikan, dibutuhkan nilai bypass factor, dalam hal ini
menurut table 62 Carrier (1965 : 127) lampiran 10, harga bypass
factor (BF) yaitu sebesar 0,1.
Setelah kondisi udara diperoleh, baik di luar ruangan maupun di
dalam ruangan, langkah selanjutnya menghitung kondisi udara untuk
sistem pendinginan, antara lain sebagai berikut:1. Effective Room
Total Heat (ERTH) ERSH = RSH + (BF x OASH) (Carrier, 1965 :
150)
= 30.924,96 + (0,1 x 3.537,1 )
= 31.278,67 Btu/hr
ERLH = RLH + (BF x OALH)
(Carrier, 1965 : 150)
= 12.898,08 + (0,1 x 9.898,08)
= 13.887,88 Btu/hrJadi jumlah Effective room Total Heat (ERTH)
adalah ERTH = ERSH + ERLH
= 31.278,67 + 13.887,88
= 45.166,55 Btu/hr
2. Effective Sensible Heat Factor (ESHF)
ESHF = (Carrier, 1965 : 150)
=
= 0,69 3. Apparatus Dewpoint Temperature (tadp)
Berdasarkan tabel 65 Carrier (1965 : 145) lampiran 12, nilai
Apparatus Dewpoint Temperatur adalah 43oF dengan suhu ruangan 68
oF, relative humidity 55%, dan ESHF sebesar 0,69.4. Dehumidified
Air Quantity (CFMda)
CFMda =
(Carrier, 1965 : 125)
=
=
= 1.287,18 cfm
5. Perbedaan suhu antara ruangan yang akan dikondisikan dengan
udara yang harus dimasukan ke ruangan ((t)
(t =
(Carrier, 1965 : 125)
=
= 22,03 0F
6. Jumlah udara yang dibutuhkan untuk ruangan yang akan
dikondisikan (CFMsa)
CFMsa =
(Carrier, 1965 : 151)
=
= 1.299,78cfm 7. Jumlah udara di luar ruangan (CFMoa)CFMoa =
(Carrier, 1965 : 151)
=
= 363,9 cfm 8. Jumlah Udara yang dikembalikan (CFMra)
CFMra = CFMsa CFMoa (Carrier, 1965 : 151)
= 1.299,78 363,9 = 935,88 cfm
9. Suhu Udara yang masuk ke dalam cooling coil (tedb)
tedb = (Carrier, 1965 : 150) =
= 70,5 oF (21,38 oC)10. Suhu Udara yang Keluar dari cooling coil
(tldb)
Tldb = tadp + BF (tedb tadp )
(Carrier, 1965 : 150)
= 43 + 0,1 (70,5 43)
= 45,75 oF (7,6 oC)11. Supply air Temperature (tsa ) Tsa = trm
-
(Carrier, 1965 : 150)
= 68 -
= 45,97 oF (7,76 oC)
C. Perhitungan ThermodinamikaUntuk mengetahui keadaan bahan
pendingin di setiap bagian dari sistem digunakan sebuah diagram
tekanan dan enthalpi (P-h Diagram). Pemiliahan P-h diagram untuk
setiap mesin berbeda-beda bergantung pada bahan pendingin yang akan
digunakan. Perancangan mesin pengering ini menggunakan R-22 sebagai
bahan pendinginannya. Sehingga diagram yang akan dipakai adalah Ph
diagram untuk R-22.
Untuk perhitungan thermodinamika dari sistem ini, perlu
ditetapkan beberapa hal yang diperlukan, seperti:
1. Media pendingin yang digunakan adalah R-22 dengan rumus kimia
CHCLF22. Temperatur refrigeran dalam evaporator, menurut Harris.
N.C. (1974 :208)
adalah: tref = tadp (5 oF s.d 7 oF) = 43 oF 7 oF = 36 oF
3. Kondenser yang digunakan dalam perancangan ini adalah air
cooled condenser sehingga temperatur sama dengan rata-rata
temperatur udara sekitar yaitu sekitar 89,6 oF. (Dossat RJ., 1978:
318)4. Perbedaan temperatur udara dan refrigeran dalam kondenser
adalah 15 0F (Dossat RJ., 1978: 318). Sehingga temperatur kondenser
menjadi 89,6 + 15 = 104,6 105 oF.5. Temperatur subcooling menurut
Carrier (1965 : 7 3), berkisar antara 8 oF s.d. 10 oF. Pada
perancangan ini temperatur subcooling dan superheating diasumsikan
sebesar 10 oF.
6. Tekanan evaporator pada temperatur 36 oF = 77,97 Psia
7. Tekanan kondenser pada temperatur 105 oF = 227,65 Psia
Berdasarkan data yang telah dipaparkan, siklus pendinginan yang
pada diagram P-h bisa digambarkan sebagai berikut:
Harga tekanan dan enthalpy dari masing-masing titik pada gambar
P-h diagram di atas bisa diperoleh dari diagram P-h untuk
refrigeran R 22 lampiran 13 dan dari tabel 16 4 (Dossat, 1978: 381)
lampiran 14. Hasil yang diperoleh adalah sebagai berikut:
ha = hb: 39,31 Btu/lb
ha = hb: 42,65 Btu/lb
hc
: 111 Btu/lb
hc
: 108,71Btu/lb
hd
: 123Btu/lb
hd
: 120Btu/lbhe
: 113 Btu/lb
hx
: 21 Btu/lbPerhitungan matematis p-h Diagrama. Refrigerating
Effect:
Re = hc - hb
(Dossat, 1978 : 7 132)Re = 111 Btu/lb 39,31 Btu/lb Re = 71,69
Btu/lb
b. Kerja Kompresor atau kompresi, yaitu:
Wk = hd - hc
(Dossat, 1978 : 7 132)Wk = 123 Btu/lb 111 Btu/lbWk = 12
Btu/lb
c. Total Panas yang dibuang di Kondesor pada sirkulasi
refrigerasi, adalah:
qk = hd ha
(Dossat, 1978 : 7 132)qk = 123 Btu/lb 39,31 Btu/lbqk = 83,69
Btu/lb
d. Panas latent yang dibuang di kondesor pada sirkulasi
refrigerasi, adalah:
ql = he ha
(Dossat, 1978 : 7 132)ql = 113 Btu/lb 39,31 Btu/lbql = 73,69
Btu/lb
e. Panas sensible yang dibuang di kondesor pada sirkulasi
refrigerasi, adalah:
qs = hd he
(Dossat, 1978 : 7 132)qs = 123 Btu/lb 113 Btu/lbqs = 10
Btu/lb
f. Panas total pada saat evaporasi, adalah:
qe = hc hx
(Dossat, 1978 : 7 132)qe = 111 Btu/lb 21 Btu/lbqe = 90
Btu/lb
g. Panas Sensible yang harus dibuang sebelum masuk kedalam tahap
Evaporasi, adalah:
qo = hb hx
(Dossat, 1978 : 7 132)qo = 39,31 Btu/lb 21 Btu/lbqo = 18,31
Btu/lb
h. Mass Flow Rate,
(Dossat, 1978 : 7 132)i. C.O.P (coefficient of performance),
merupakan efisiensi suatu system refrigerasi yang didasari
perbandingan antara panas yang diserap system dan energy panas yang
disuplai kompresor.
j. Theoretical Power,
(Dossat, 1978 : 7 132)c
c
b
Pressure [Psia]
Enthalpy [Btu/lb]
d
a
a
d
105 F
36 F
95 F
46 F
227,65
198,4
92,88
77,67
123
108,71
111
120
39,31
42,65
RE
Wi
b
e
113
Gambar 3.1. Diagram P-h R22.
30
_1418071148.unknown
_1418071152.unknown
_1418071154.unknown
_1418071156.unknown
_1418071158.unknown
_1418071159.unknown
_1418071157.unknown
_1418071155.unknown
_1418071153.unknown
_1418071150.unknown
_1418071151.unknown
_1418071149.unknown
_1418071145.unknown
_1418071147.unknown
_1418071144.unknown