Teknik Pendinginan Oleh Danny Setiawan Dosen Univesitas Gunadarma

Teknik Pendinginan Oleh : Danny Setiawan Dosen Univesitas Gunadarma

Pendahuluan Dalam ilmu Hukum Termodinamika, Kalor dapat berpindah apabila ada usaha yang masuk dalam sistemnya (entalphi yang masuk atau keluar), sehingga menurut Carnott nilai pendinginan (COP cooling) yang terjadi akibat jumlah energi yang keluar dibagi mesin yang bekerja disistem. Akibat penjelasan Carnott tersebut membuat kadar pendinginan dapat diatur dengan adanya kondisi – kondisi yang memungkinkan yakni : kondisi tekanan pada fluida, jumlah partikel yang berada didalam saluran (Volume fluida), dan Energi yang masuk kedalam sistem (entalphi). Apabila 3 faktor umum pendinginan ini ada dan bekerja, maka pendinginan akan dapat dilakukan.

Lanjutan Alasan 3 faktor yang menentukan diatas diakibatkan adanya hukum persamaan gas ideal yang dimana kondisinya terbagi menjadi 3, yakni isobarik, isokhorik, dan adiabatik. Namun dalam pendinginan, kondisi yang sering digunakan adalah kondisi adiabatik dimana ada waktu energi (entaphi) tetap di siklus pendinginan

Energi Dalam sistem yang bekerja, terdapat berbagai jenis energi yang terbagi menjadi 2 yakni : Energi Potensial dan Energi Kinetik. menurut hukum gravitasi, gabungan 2 energi ini disebut pula energi mekanik, namun dalam hukum termodinamika pertama, gabungan kedua energi ini disebut sebagai Energi Total Sistem. Rumus dasarnya yakni: Etotal = EInput - Eout

Lanjutan Kondisi tersebut bernama Keseimbangan Energi (Energi Balance), dimana hukum kekekalan energi menjadi salah satu faktor perubahan energi tersebut. Dalam kondisi pendinginan yang terjadi, nilai energi total dapat didefinisikan menjadi 3 faktor yakni perpindahan kalor, kerja kompresor, dan laju massa refrigeran yang dapat di rumuskan yakni: Ein – Eout = (Qin – Qout) + (Win – Wout) + (Em in – Em out) = ΔEtotal

Kondisi Energi yang bekerja dalam Sistem

Contoh Soal • Sebuah sistem memiliki energi input sebesar 250 k. W/h, apabila energi input tersebut diberikan kedalam bejana tertutup dengan massa total bejana 2500 kg dan temperatur awal 25° C, hitunglah: – Kalor sistem yang dibutuhkan hingga suhu 100° C (apabila c = 4, 179 k. J/kg°C) dalam 1 jam – Berapa energi sisa yang dihasilkan

Jawab • Nilai kalor sistem yakni: Q = (m c d. T)/dt = (2500 kg x 4, 179 x (100 – 25)) / 3600 = 217, 66 k. W/h • Nilai energi yang tersisa/terbuang: Esisa = Ein – Esistem = 250 – 217, 66 = 32, 34 k. W/h

Satuan Energi Dalam aturan SI, satuan energi itu berupa Joule, namun dalam perhitungan pendinginan yang ada di industri menggunakan sistem British yang berupa satuan BTU/h (British Thermal Unit per hour), dan untuk menentukan satuan energi BTU/h ini bisa dianggap PK (Paard Kracht) olh orang Indonesia

Perbandingan energi PK dengan BTU/h Perbandingan energi setiap PK di Indonesia beragam, diantaranya: ½ PK = 4300 – 5000 BTU/h 1 PK = 8500 – 9500 BTU/h 1, 5 PK = 13500 – 14800 BTU/h 2 Pk = kurang dari 19000 BTU/h Satuan PK ini hampir mirip seperti HP nya Amerika, dan PS (Pferdestarke) nya Jerman Dalam 1 BTU/h ini setara dengan 0. 00029307107 k. W atau dalam rumusnya yakni: 1 BTU/h = 1/3412, 142 k. W

Mesin Pendingin Mesin pendingin adalah sebuah mesin yang memanfaatkan perubahan energi didalam sistem dengan menambahkan nilai kerja dari kompresor didalamnya sehingga dapat memanfaatkan perubahan temperatur dibagian komponen penting di mesin tersebut.

Prinsip Kerja Mesin Pendingin

Prinsip Kerja Mesin Pendingin KOMPRESOR MENEKAN REFRIGERAN YANG PANAS TERSEBUT MEMASUKI KATUP EKSPANSI AGAR TEMPERATURNYA MENINGKAT CAIRAN TERSEBUT MEMASUKI PIPA KALIPLER BERLAPIS REFRIGERAN BERPUTAR KE PIPA KAPILER CAIRAN ITU MEMASUKI SEKTOR EVAPORATOR UNTUK MENGAMBIL ENERGI PANAS KEMBALI DARI FASE INI, REFIGREAN MENJADI CAIR KEMBALI MEMASUKI WILAYAH BERNAMA KONDONSOR ENERGI PANAS YANG TERPERANGKAP LEPAS DISEKTOR KONDENSOR SEHINGGA TEMPERATUR REFRIGERAN MENURUN

Komponen Pendinginan Kompresor Kondenser Evaporator Pipa Orifice (U-pipe)/pipa katup ekspansi Mikrokontroler (Pendingin Digital) Inverter (Pendingin Digital) Pipa tembaga dan pipa aluminium (Capillary Tube) • Katup Sambungan Otomatis (Digital) • •

Gambar Komponen Kompesor dan Kondenser Pipa Kapiler

Gambar Komponen Katup Ekspansi Unit Evaporator dan Kipas Inner

Tugas 1. Apa alasannya sebuah Tekanan dapat mengalami perubahan temperatur didalam sebuah sistem yang hampa udara? 2. Sebutkan minimal 5 jenis refrigeran yang digunakan dibidang industri beserta gambar warna refrigeran yang menjadi tanda produksinya? 3. Bagaimana caranya mengontrol sebuah nilai temperatur yang kita inginkan pada mesin pendinginan? 4. Sebuah kulkas dengan nilai efesiensi mendekati 100% memiliki daya kompresor sebesar 600 W, apabila jumlah barang dikulkas beratnya hingga 100 kg dengan suhu penurunannya dari 25° C ke 10° C (apabila Cp = 1, 005 k. J/kg°C), hitunglah nilai energi yang dibutuhan (energi input)?

Referensi • Cengel, Yunus; Introduction to Thermodynamic and Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2009. USA • Dossat, Roy J; Principle of Refrigeration, John Wiley and Sons, 1961. USA • Holman, Jack P; Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Whitman, William C Johnson, John A Tomczyk, and Eugeine Silberstain; Refigeration and Air Condition Technology, 2009. Delmar Cengage Learning. USA • https: //www. scienceabc. com/innovation/how-does-arefrigerator-working-principle. html • Site youtube page Learning. Engineering

PERTEMUAN KE 2 PENERAPAN HUKUM PERPINDAHAN PANAS PADA MESIN PENDINGIN

Pendahuluan Dalam mesin pendingin, terjadi siklus mesin Carnot yang mendukung terjadinya adanya perubahan energi total pada sistem yang bekerja. Akibat perubahan energi ini terdapat kalor sisa yang dibuang keudara bebas, dalam hal ini peristiwa yang menjelaskannya disebut perpindahan panas/kalor.

Konduksi Dalam perpindahan panas pada setiap mediumnya terdapat berbagai jenis perpindahannya tergantung dari kondisi panas ini mengalir dimaterial yang diberi energi panas. Salah satu perpindahan tersebut bernama Konduksi , peristiwa konduksi terjadi jikalau panas yang berpindah tetap berada dibagian material yang diberi energi panas, sehingga kondisi ini dapat memungkinkan adanya arus perpindahan yang terarah tanpa ada hambatan (apabila material bendanya sama satu dengan yang lainnya).

Konduksi (Lanjutan) Kondisi energi yang diperlukan berdasarkan peristiwa konduksi tergantung dari nilai konduktivitas material dan besarnya temperatur yang diinginkan, namun faktor ini juga berbanding terbalik dengan panjang material yang nantinya akan berdampak pada penurunan temperatur perdetiknya, dalam peristiwa ini disebut peristiwa Rayleigh yang diukur berdasarkan Bilangan Rayleigh

Rumus Pada Peristiwa Konduksi Rumus dasar dari konduksi yakni: Q = -k A d. T/dx Dimana Q = Energi Kalor k = konduktivitas termal A = Luas Alas T = Suhu x = Jarak perlintasan energi

Contoh peritiwa Konduksi Perbandingan jenis material yang digunakan pada dinding Penghambatan energi panas dengan menggunakan bahan yang konduktivitasnya kecil pada atap rumah

Contoh Soal • Sebuah tembok dengan tebal hingga 10 cm dilapisi oleh bahan yang tahan panas, tembok pertama mengunakan kayu sebagai lapisannya dan tembok kedua menggunakan tembok beton sebagai lapisannya, apabila nilai konduktivitas kayu dan beton berturut-turut adalah 0, 159 dan 0, 72 W/m. K, apabila kalor yang dipancarkan sebesar 200 W, berapa suhu didalam ruangan tersebut (anggap dalam kondisi 1 dimensi dan luas temboknya sama dengan 25 m 2 ) apabila suhu luar ruangan 34 derajat Celcius

Jawaban 1 • Dikarenakan kondisi yang dicerita adalah kondisi satu dimensi, maka nilai suhu didalam ruangan adalah: • Tembok Kayu Q = k A d. T/x 200 = 0, 159 x 25 x d. T/ 0, 1 d. T = (200 x 0, 1)/3, 975 = 5, 03 K sehingga nilai temperatur ruangan adalah: d. T = t 1 – t 2 = ((34 + 273) – 5, 03) – 273 = 28, 97 C

Jawaban 2 • Tembok Beton Q = k A d. T/x 200 = 0, 72 x 25 x d. T/ 0, 1 d. T = (200 x 0, 1)/18 = 1, 11 K sehingga nilai temperatur ruangan adalah: d. T = t 1 – t 2 = ((34 + 273) – 1, 11) – 273 = 32, 89 C • Dari kedua jawaban diatas, perununan suhu yang cukup tinggi adalah tembok dari kayu, hal ini dikarenakan kayu mendekati kondisi penghambat panas yang baik dibanding beton, sehingga tembok yang dilapisi kayu lebih terasa sejuk dibandingan tembok dari beton

Konveksi Dalam perpindahan panas, kondisi ketika panas berpindah dari kondisi solid ke wilayah yang diliputi oleh fluida (baik itu cair maupun gas) terjadi perpindahan yang membuat peritiwa tersebut disebut konveksi. Kondisi konveksi terjadi apabila 2 medium yang saling bertabrakan mengakibatkan perubahan temperatur yang cukup besar, oleh sebab itu dalam ilmu pendinginan, hal ini sangat berarti dalam menurunkan kondisi temperatur sistem hanya dengan temperatur dari udara sekitarnya.

Rumus Pada Peristiwa Konveksi Rumus dasar dari konduksi yakni: Q = h A (Ts – T 00) Dimana Q = Energi Kalor h = koefisien konveksi perpindahan termal A = Luas Alas Ts = Suhu Sistem T 00 = Suhu Udara

Contoh • Sebuah pipa panas bersuhu 350 C didiamkan didalam ruangan bersuhu 35 C, apabila diameter dari bagian pipa tersebut 4 cm dengan panjang 4 m, dan nilai kalor yang terbuang sebesar 1000 W, berapa nilai koefisien konveksi termal disekitar pipa tersebut

Jawab • Dikarena kondisi pada pertanyaan hanya menjelaskan kondisi biasa, maka hal yang dicari pertama adalah luas dari pipa tersebut secara keseluruhan yakni: A = πr. L = 3, 14 x 0, 04 x 4 = 0, 5024 m 2 • Kemudian nilai dari koefisien bisa diperhitungkan yakni: H = Q / A (T 1 – T 00) h = 1000 / (0, 5024 x (350 – 35)) = 6, 319 W/m 2 C

Latihan • Hitunglah kalor yang hilang dari manusia dalam kondisi suhu 10 C tanpa adanya baju penghangat (agap tinggi manusia 1, 7 m dan lebar badan 90 cm dan suhu tubuh awal 30 C) dengan koefisien perpindahan panasnya 6 W/m K • Berapa jumlah kalor yang dibutuhkan untuk mendingin ruangan dari suhu 30 C kesuhu 16 C, apabila nilai koefisien konveksinya 7 W/m K dan luas ruangan yakni 4 x 8 m

Referensi • Cengel, Yunus; Introduction to Thermodynamic and Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2009. USA • Dossat, Roy J; Principle of Refrigeration, John Wiley and Sons, 1961. USA • Holman, Jack P; Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Kurtz, Meyer; Mechanical Engineering Handbook 3 rd Edition, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Whitman, William C Johnson, John A Tomczyk, and Eugeine Silberstain; Refigeration and Air Condition Technology, 2009. Delmar Cengage Learning. USA

PERTEMUAN KE 3 PENERAPAN RESISTANSI DINDING DAN PENDINGINAN SIRIP

Pendahuluan Setiap material pastilah memiliki nilai resistansi yang bede-beda didalam sifatnya, baik itu nilai resistansinya besar atau kecil. Dalam persamaan keseimbangan energi, jumlah energi yang hilang akibat keluar kesistem, namun dalam kondisi energi melalui dinding sebuah material, energi yang hilang tersebut malah terserap kedalam dinding, peristiwa ini disebut perbandingan perubahan energi didalam dinding.

Lanjutan Energi yang terdapat didalam tersebut terdiri dari energi aliran kalor konduksi dan konveksi, dimana nilai konduktivitas termal dari material yang menentukan perubahan tersebut. Berikut rumus kondukvitas dinding

Resistansi Material Berdasarkan adanya peristiwa tersebut, dapat kita kondisikan nilai resistansi berdasarkan luas alas, tebal dan konduktivitas termalnya menjadi rumus seperti berikut: Dimana: R = resistansi material L = Tebal dinding k = konduktivitas termal A = luas Area

Lanjutan Berdasarkan rumus tersebut, nilai energi kalor yang melaju kedalam dinding dapat dirumuskan yakni: Dimana = Q = energi kalor T = suhu R = resistansi

Resistansi pada Konveksi Selain pada kondisi konduksi, resistansi dapat dijabarkan pada konveksi yang dimana kondisi koefisien konveksi termal udara sekitar dan luas area dinding yang menjadi dasar penilaiannya seperti yang dirumuskan berikut: Dimana : R = resistansi h = koefisien termal konveksi A = luas

Kondisi Gabungan Resistansi Termal pada Dinding Dalam kondisi real, resitensi termal pada dinding merupakan gabungan 2 buah perpindahan panas yaitu konduksi dan konveksi. Kondisi resistansi termal yang terjadi sperti halnya kondisi resistansi listrik pada arus listrik, dimana terdapat 2 jenis sambungan yakni sambungan secara seri dan sambungan secara paralel.

Kondisi Resistansi Seri dan Paralel • Kondisi Seri rumus yang digunakan yakni: Rtotal = R 1 + R 2 + R 3 +…. . +Rn • Kondisi Paralel rumus yang digunakan yakni: 1/Rtotal = 1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3 +…. . +1/Rn

Contoh soal • Sebuah dinding dengan nilai h 1 = 12 W/m^2 °C dan h 2 = 9 W/m^2 °C menghasilkan kalor total sebesar 40 W, apabila nilai k = 13 W/m °C dan nilai T 001 = 35°C dengan A = 1 m^2 dan tebal dinding 10 cm, hitunglah nilai T 002

Jawab • Kondisi dinding pada kondisi 1 dimensi dengan kondisi seri maka: Rtotal = Rkonv 1 + Rwall + Rkonv 2 = 1/h 1. A + L/k. A + 1/h 2. A = (1/12 + 0, 1/13 + 1/9) x 1 = (0, 0833 + 0, 008 + 0, 111) x 1 = 0, 1952 C/W • Setelah mendapatkan nilai resitansi total, maka nilai suhu pada dalam dinding dapat diketahui yakni: T 002 = T 001 – (Q. Rtotal) = 35 – (40 x 0, 1952) = 27, 192° C

Pendinginan Sirip Pendinginan pada penggunaan sirip lebih mengarah kepada perpindahan panas konduksi dan konveksi yang melalui antar medium/material, akibat hal tersebut pendinginan mengunakan temperatur udara yang bergerak mengakibatkan penurunan suhu pada benda yang memiliki sirip-sirip didalamnya.

Lanjutan Dalam peristiwa tersebut, banyak kondisi yang dipehatikan dimulai dari luas dari sirip, koefisien termal konveksi udara, dan temperatur udara yang berada disekitar sirip. Sehingga dapat dirumuskan: Dengan efesiesinya:

Kondisi Pendinginan Sirip yang Panjang Ada kalanya sirip yang digunakan berupa sirip yang sangat panjang, dalam kondisi ini terjadi perbedaan dengan kondisi pada saat biasa, sehingga nilai kalor keluar dari sirip dapat dirumuskan: Dengan kondisi:

Keefektifitasan Pendinginan Sirip Pada peristiwa pendinginan yang mengunakan sirip lebih mudah menurunkan suhunya daripada yang tidak menggunakannya, itulah kondisi nilai keefektifitasan dari sebuah sirip digunakan, sehingga rumusnya dapat didapatkan yakni:

Contoh soal • Sebuah heatsink memiliki 6 buah sirip dengan spesifikasi siripnya yakni : panjang 2 cm, lebar 1, 5 cm dan tebal 4 mm. heatsink tersebut mengalami pengeluarkan suhu bersuhu 60°C, apabila suhu udara 22°C dan efesiensi heatsinknya 80% maka berapa nilai energi kalor yang keluar (diketahui h = 13 W/m^2°C dan perimeternya 1 cm )

Jawaban • Berdasarkan parameter dari siripnya, dapat kita tentukan luas sirip dan sirip antar perimeter yakni: As = 2 x p x l = 2 x 0, 015 = 0, 0006 m^2 Ap = pr x l = 0, 01 x 0, 015 = 0, 00015 m^2 • Setelah ketemu nilai luas sirip tersebut, kita hitung kalor keluaran yang keluar dari heatsink yakni: Qs = nηAsh (T 1 – T 00) = 6 x 0, 8 x 0, 0006 x 13 x (60 – 22) = 1, 4227 W • Dan nilai keluaran perimeter: Qp = n. Aph(T 1 – T 00) = 6 x 0, 00015 x 13 x (60 – 22) = 0, 4446 W • Sehingga kalor keluaran total: Q total = Qs + Qp = 1, 4227 + 0, 4446 = 1, 8673 W

Soal 1 A = 12, 5 cm B = 15 cm C = 10 cm D = 30 cm H 1 = 44 W/m^2 K H 2 = 41 W/m^2 K K 1 = 0, 8 k. W/m^2 K K 2 = 1, 4 k. W/m^2 K T 001 = 33° C T 002 = 25°C Lebar Dinding = 4 m h 1 B k 1 D – – – A C • Perhatian gambar disamping, hitunglah nilai resistansi dan kalor yang hilang apabila: T 001 • Parameter k 2 h 2 T 002

Soal 2 A • Perhatian gambar disamping, hitunglah nilai kalor yang hilang dari heatsink apabila: • Parameter A = 7, 5 cm B = 4 cm C = 10 cm H = 44 W/m^2 K η = 90 % T 001 = 20° C T 1 = 75°C h η C – – – – T 001 T 1 B

Referensi • Cengel, Yunus; Introduction to Thermodynamic and Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2009. USA • Dossat, Roy J; Principle of Refrigeration, John Wiley and Sons, 1961. USA • Holman, Jack P; Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Kurtz, Meyer; Mechanical Engineering Handbook 3 rd Edition, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Whitman, William C Johnson, John A Tomczyk, and Eugeine Silberstain; Refigeration and Air Condition Technology, 2009. Delmar Cengage Learning. USA

PERTEMUAN KE 4 PENERAPAN MESIN HEAT EXCHANGER SEBAGAI MEDIA PENDINGIN

Pendahuluan Dalam proyek teknik pendinginan pada 2 buah benda berbentuk cair, ada kalanya perpindahan panas yang terjadi menggunakan mesin yang dinamakan Heat Exchanger. Mesin ini berfungsi layaknya mengonveksikan kondisi 2 fluida yang mengalir (konveksi paksa) dalam perpindahannya. Oleh sebab itu, kondisi yang sangat pantas dalam hal ini mempelajari beberapa laju fluida didalam pipa itu sendiri

Laju Kontinu pada Aliran Fluida Mempengaruhi Pendinginan Pada dasarnya kondisi aliran fluida terbagi 2 yakni aliran laminar dan turbulen, dari aliran ini berpengaruh pada kondisi perpindahan panas yang terjadi dan sering dilakukan demi mempercepat pendinginan. Akibat adanya kondisi tersebut, didapatlah sebuah bilangan fluida yakni bilangan Nusselt.

Bilangan Nusselt adalah sebuah bilangan yang memperbandingkan nilai koefisien konveksi dan konduksi yang dilakaukan dalam satu sebuah peristiwa. Berikut rumus dasarnya: Dimana Nu adalah bilangan Nusselt, Lc adalah panjang pipa/benda, h dan k berturut-turut adalah koefisien konveksi dan konduksi

Bilangan Prandlt Selain adanya bilangan terdapat perbandingan peristiwa antara kecepatan aliran fluida dengan kondisi jenis aliran yang terjadi akibat viskositas dan tegangan geser pada aliran itu disebut bilangan Prandlt. Rumus dasar dari bilangan Prandlt yakni: Dimana Pr adalah bilangan Prandlt, v adalah kecepatan molekul pada aliran, a adalah perubahan difusi pada kalor, μ adalah viskositas dinamik fluida, Cp adalah koefisien termal kalor fluida dan k adalah koefisien konduksi fluida

Bilangan Reynold Selain itupula, terdapat juga bilangan yang membandingkan nilai inertia pada fluida dengan kinematika viskositas fluida itu disebut bilangan Reynold. Rumus dasar pada bilangan adalah: Dimana Re adalah bilangan Reynold, V adalah kecepatan fluida, L adalah panjang pipa, ν adalah viskositas kinematik, ρ adalah densitas benda dan μ adalah viksositas dinamik fluida

Heat Exchanger Fundamental Dalam mesin perpindahan panas terdapat peristiwa dan hukum yang takkan pernah berubah yakni terjadinya penurunan suhu pada benda yang memiliki temperatur tinggi dan terjadinya kenaikan suhu pada benda yang memiliki temperatur yang lebih rendah seperti grafik dibawah:

Heat Exchanger Fundamental Prinsip teori dari mesin perpindahan kalor yang berpindah adalah kalor yang masuk dan keluar pada peristiwa kenaikan di suhu kondensasi dan penurunan suhu penguapan tidak pernah mendekati sama satu sama lainnya

Heat Exchanger Fundamental

Heat Exchanger Fundamental Akibat ketidaksamaan tersebutlah tercipta perbandingan perbedaan temperatur yang dirumuskan yakni: Dimana d. Tlm adalah perbedaan temperatur pada mesin HE, d. T 1 dan d. T 2 adalah perubahan temperatur pada kondisis kondensasi dan pemanasan.

Kondisi Heat Exchanger Fundamental

Kondisi Heat Exchanger Fundamental

Kalor yang dihasilkan oleh mesin HE Dari perubahan suhu yang terjadi pada HE, terdapat perhitungan pendekatan kalor yang didapat yakni: Dimana Q adalah kalor dari HE, U adalah koefisien keseluruhan kalor bangunan, A adalah luas pada mesin HE dan d. Tlm adalah perubahan temperatur di HE.

Contoh • Sebuah mesin HE memiliki temperatur pipa masuk dan keluaran sebesar 10 C dan 50 C, apabila pipa yang diinginkan bersuhu awal 80 C dan keluar pada suhu 59 C bersamaan (paralel), berapa jumlah kalor yang berpindah dari mesin HE tsb apabila nilai koefisien keseluruhan termal sebesar 400 W/m^2 C dan luas mesin HE tsb sebesar 1000 cm^2

Jawab • Pada soal yang dicari tahu terlebih dahulu adalah mencari perubahan temperatur di mesin HE yakni: T 1 = Thin – Tcin = 80 – 10 = 70 C T 2 = Thout – Tcout = 59 – 50 = 9 C • Sehingga didapat : DT = T 1 – T 2/ ln(T 1/T 2) = 29, 737 C

Jawab • Sehingga nilai kalor yang didapat yakni: Q = U A d. T Q = 400 x 10^-4 x 29, 737 = 1189, 48 W • Jadi kalor yang dilepaskan didalam mesin HE tersebut mendekati 1189, 48 W

Tugas • Hitunglah berapa jumlah air yang dikondensasikan dari steam bersuhu 110 C pada masukannya dan keluaran pada suhu 90 C apabila suhu pendinginan awal 20 C dan keluarannya 70 C dengan arah aliran berlawanan. Diketahui koefisien termal keseluruhan adalah 1500 W/m^2 C dan luas area adalah 40 m^2, dan Cp = 4, 12 k. W/kg C

Tugas 2 • Hitunglah temperatur yang keluar dari pipa pendinginan apabila suhu pipa pemanas masuk 40 F dan keluar 88 F dengan masukan pipa pendingin 120 F. apabila kondisi pemanasan energi kalor sekitar 40 k. W dengan nilai aliran massa 1, 2 kg/s dan koefisien termal pipa sebesar 3, 4 W/kg C dan hitung pula perubahan suhu dimesin HE tsb apabila U = 250 W/m^2 C dan A = 23 m^2

Referensi • Cengel, Yunus; Introduction to Thermodynamic and Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2009. USA • Holman, Jack P; Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Kurtz, Meyer; Mechanical Engineering Handbook 3 rd Edition, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Whitman, William C Johnson, John A Tomczyk, and Eugeine Silberstain; Refigeration and Air Condition Technology, 2009. Delmar Cengage Learning. USA

Pertemuan ke 5 PERHITUNGAN EFESIENSI PENDINGINAN DENGAN MEMBACA TABEL REFRIGRASI PADA ENTALPHI 1

Pendahuluan Dalam mesin pendingin, terdapat siklus ternodinamika yang memberitahukan kondisi refrigeran disetiap saat. Dalam pendinginan, nama siklus itu disebut sebagai siklus refigeran dengan jenis refrigeran yang berbeda- beda, namun dalam termodinamika, siklus ini sering disebut juga sebagai siklus Carnot.

Siklus Carnot Dalam termodinamika, sistem siklus Carnot memberikan kita sebuah kondisi dimana setiap referigeran yang keluar dari tempat penyimpan disekitar kompresi mengalami tekanan, sehingga wujud dari refregeran tersebut mengalami perubahan, lalu dengan penambahan energi/entalphi dari sistem yang bekerja (kipas dan ruangan) mengakibatkan kondisi wujud refrigeran yang awalnya berwujud gas menjadi wujud cair dan ditambahnya penyempitan dipipa ekspansi menjadikan temperatur yang didalamnya mengalami penurunan, hal ini disebabkan jumlah volume mengalami penurunan.

Siklus Refrigeran R-22 h 1 h 5 h 2 h 4 h 3

Siklus Refrigeran R-22 • Pada kondisi h 1 adalah kondisi refrigeran masih dalam wujud setengah cair dan setengah gas, lalu dengan masuknya entalphi kesistem (dikarenakan adanya kompresi dari kompresor), wujud refigeran berubah menjadi gas. • Dari wujud inilah dianggap sebagai h 2, namun seiring perjalanan, nilai entaphi dan tekanan menyusut, nah peristiwa ini dianggap sebagai pembuangan panas kondensor. Dan hasilnya masih berupa gas yang mulai mengembun dengan kadar gas masih berupa 90 – 95% dan 5 - 10% berupa cairan

Siklus Refrigeran R-22 • Pada kondisi h 3 adalah kondisi refrigeran masih dalam wujud setengah cair dan setengah gas, lalu dengan masuk ke wilayah katup ekspansi, wujud refigeran berubah menjadi cairan dengan perbandingan 85% gas dan 15% cairan. • Lalu seiring dengan berjalannya kewilayah evaporator, nilai entalphi menyusut, nah peristiwa ini dianggap sebagai efek aktual pendinginan. Dan hasilnya sudah berupa cairan yang mengembun dengan kadar cairan masih berupa 90 – 95% dan 5 - 10% berupa gas dan temperatur mengalami kenaikan pada kondisi h 5

Perhitungan Pendekatan Pemdinginan • Dalam perhitungan pendekatan pendinginan rumusnya yakni: COP aktual = efek aktual pendinginan efek kondensasi sama dengan: COP aktual = (h 1 – h 4) (h 2 – h 1)

Menghitung Tekanan dan Volume • Dalam perhitungan tekanan dan volume yang terdapat pada jenis mesin Carnot, kondisi yang dirumus didapatkan: P V = n R T namun dalam keadaan perbandingan maka: P 1 V 1 = P 2 V 2 T 1 T 2 • Dimana P adalah tekanan, V adalah Volume dan T adalah suhu

COP Mesin Carnot • Dalam termodinamika, terdapat kondisi mesin Carnot yang rumusnya berbeda pada setiap peristiwa, dalam mesin tersebut terdapat kondisi pemanasan dan pendinginan. • Rumus untuk pendinginan disebut COP refrigerasi yakni: COPr = 1 / ((T panas / T dingin) – 1) Atau : COPr = T dingin / (T panas – T dingin)

COP Mesin Carnot • Rumus untuk pemanasa disebut COP heating yakni: COPh = 1 / (1 – (T dingin / T panas)) Atau : COPh = T panas / (T panas – T dingin) Atau lebih mudahnya: COPh = COPr + 1 • Namun ada kalanya COP Carnot bisa disederhanakan menjadi: COP Carnot = 273 + Te / (Tk – Te) • Dimana Te adalah suhu awal pada evaporator dan Tk adalah suhu awal pada kondensor

Perhitungan Efesiensi Pendinginan • Dalam perhitungan efesiensi pendingin hanya membandingan nilai COP Carnot dengan COP aktual seperti berikut: η pendingin = COP Aktual COP Carnot

Perhitungan Pendekatan Laju Refrigerasi menggunakan Efek Pendingin • Dalam bidang mekanika fluida, laju refrigerasi ditentukan adanya nilai viskositas dinamik sebuah material dan juga Bilangan Reynold, namun dikarenakan sangat sulit menentukan semuanya sebab setiap kondisi pada mesin pendingin sering berubah, maka dibuat perhitungan pendekatan laju pendinginan sbb: • Laju Refrigerasi = Kapasitas Pendingin Efek Pendinginan

Perhitungan Pendekatan Daya Kompresor menggunakan Efek Kondensasi • Dalam ilmu mekanik, daya terjadi akibat adanya torsi yang bergerak secara berputar dengan kecepatan angular tertentu, namun dikarenakan kondisi pendinginan, torsi kompresi sangat sulit diukur hanya tekanan yang dapat diukur, maka pendekatan yang sangat mudah yakni perhitungan laju refrigerasi dengan efek kondensasi yang ada, hal itu dirumuskan sbb: • Daya Kompresor = Laju Refrigerasi X Efek Kondensasi

Contoh • Sebuah pendingin memiliki nilai entalphi sebagai berikut: – H 1 = 410 k. J/kg – H 2 = 450 k. J/kg – H 3 = 315 k. J/kg – H 4 = 290 k. J/kg • Hitungalah berapa nilai COP aktualnya

Jawab • Dikarena sudah diberikan nilai entalphi tanpa harus mencari ditabel properties, maka COP akutual = (h 1 – h 4) / (h 2 – h 1) = (410 – 290) / (450 – 410) = (120 / 40) = 3 • Jadi nilai COP aktualnya adalah 3

Tugas 1 • Sebuah pendingin memiliki nilai entalphi sebagai berikut: – H 1 = 310, 4 k. J/kg – H 2 = 412 k. J/kg – H 3 = 187, 6 k. J/kg – H 4 = 210, 5 k. J/kg • Dengan nilai Te = -7 C dan Tk = 20 C • Hitungalah berapa nilai efesiensi pendinginannya

Tugas 2 • Dengan data dari tugas 1 hitunglah laju aliran refrigeran daya kompresor apabila nilai tekanannya 4 bar dan rasio kompresi 1, 4 dengan kondisi kapasitas pendinginan 14500 BTU/h • Catatan : Tekanan aktual = rasio kompresi x tekanan barik

Referensi • Cengel, Yunus; Introduction to Thermodynamic and Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2009. USA • Holman, Jack P; Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Kurtz, Meyer; Mechanical Engineering Handbook 3 rd Edition, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Whitman, William C Johnson, John A Tomczyk, and Eugeine Silberstain; Refigeration and Air Condition Technology, 2009. Delmar Cengage Learning. USA • Suva Du. Pont R-22 Table Properties • https: //www. learnthermo. com • http: //www. ecourses. ou. edu/cgibin/ebook. cgi? topic=th&chap_sec=05. 5&page=theory

Pertemuan ke 6 PERHITUNGAN EFESIENSI PENDINGINAN DENGAN MEMBACA TABEL REFRIGRASI PADA ENTALPHI 2

Pendahuluan Seperti minggu lalu, kita mempelajari rumus dasar perhitungan COP pada mesin pendingin baik untuk COP Carnot maupun COP aktual, namun pada pertemuan ini, kita akan mempelajari kondisi pembacaan dalam aliran mesin pendingin, seperti kondisi masuk/keluar dari suatu sistem diperalatan pendingin seperti kompresor, evaporator, kondesor dan katup ekspansi.

Kriteria garis pada Grafik Refigeran • Garis Entalphi • Garis Fase Refigeran • Garis Kualitas Fase Konstan Campuran (Constant Quality Line) • Garis Konstan Temperatur • Garis Entrophi • Garis Tekanan • Garis Spesifikasi Volume

Kriteria Garis Entalphi

Kriteria Garis Konstan Entalphi

Kriteria Fase Refrigeran

Garis Kualitas Fase Konstan Campuran

Garis Konstan Temperatur

Garis Entrophi

Garis Tekanan

Garis Spesifikasi Volume

Kondisi nilai Entalphi • Kondisi pada h 1 adalah kondisi dimana refigeran keluar dari fase kondensor dengan suhu kriterianya serta tekanan konstannya dan dalam bentuk fase cair dan sedang menuju kearah katup ekspansi, seperti pada titik A digambar

Kondisi nilai Entalphi • Kondisi pada h 5 adalah kondisi dimana refigeran keluar dari fase katup ekspansi dengan suhu kriterianya serta tekanan konstannya dan dalam bentuk fase latent dan sedang menuju kearah evaporator, seperti pada titik B digambar

Kondisi nilai Entalphi • Kondisi pada h 3 dan h 4 adalah kondisi dimana refigeran keluar dari fase evaporasi dengan suhu kriterianya serta tekanan konstannya dan dalam bentuk fase latent dan sedang menuju kearah storage room, seperti pada titik C dan D digambar

Kondisi nilai Entalphi • Kondisi pada h 2 adalah kondisi dimana refigeran keluar dari fase storage dengan suhu kriterianya serta tekanan konstannya dan dalam bentuk fase gas dan sedang menuju kearah kompresor, seperti pada titik E digambar

Contoh • Sebuah mesin pendingin dengan R 22 bertekanan 130 psia keluar dari kondenser dengan suhu 22 C dengan tekanan 100 psia, apabila ketika memasuki katup ekspansi dan nilai awal evaporasi 6 C dan akhir evaporasi 40 C, sebelum ke kompresor, suhu meningkat 43 C dan perlahan menuju kompresor dengan suhu maksimal 83 C, berapa nilai COP aktual dari mesin tersebut

Jawab • Berdasarkan cerita diatas, nilai dari Ta, Tb, Tc, Td dan Te adalah: Ta = 22 C Tb = 6 C Tc = 40 C Td = 43 C Te = 83 C • Dari temperatur tersebut, nilai Ta berhubungan dengan h 1, Tb dengan h 5, Tc dengan h 4, Td dengan h 3 dan Te dengan h 2, sehingga:

Jawab • Nilai entrophi yang didapat dari tabel propertiesnya R 22 yakni: h 1 = 226, 5 k. J/kg h 2 = 409, 9 k. J/kg h 3 = 416, 7 k. J/kg h 4 = 166, 8 k. J/kg h 5 = 201, 1 k. J/kg • Sehingga nilai COP aktualnya: COP aktual = (h 1 – h 4)/(h 2 – h 1) = (226, 5 – 166, 8)/(409, 9 – 226, 5) = 0, 325 • Sehingga nilai COP nya 32, 5%

Tugas 1 • Sebuah mesin pendingin dengan R 22 bertekanan 130 psia keluar dari kondenser dengan suhu 25 C dengan tekanan 100 psia, apabila ketika memasuki katup ekspansi dan nilai awal evaporasi -4 C dan akhir evaporasi 32 C, sebelum ke kompresor, suhu meningkat 38 C dan perlahan menuju kompresor dengan suhu maksimal 67 C, berapa nilai COP aktual dari mesin tersebut

Tugas 2 • Sebuah mesin pendingin dengan R 410 a bertekanan 110 psia keluar dari kondenser dengan suhu 24 C dengan tekanan 90 psia, apabila ketika memasuki katup ekspansi dan nilai awal evaporasi -2 C dan akhir evaporasi 33 C, sebelum ke kompresor, suhu meningkat 35 C dan perlahan menuju kompresor dengan suhu maksimal 60 C, berapa nilai COP aktual dari mesin tersebut

Referensi • Cengel, Yunus; Introduction to Thermodynamic and Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2009. USA • Holman, Jack P; Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Kurtz, Meyer; Mechanical Engineering Handbook 3 rd Edition, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Whitman, William C Johnson, John A Tomczyk, and Eugeine Silberstain; Refigeration and Air Condition Technology, 2009. Delmar Cengage Learning. USA • Suva Du. Pont R-22 Table Properties

PERTEMUAAN KE 7 MENGHITUNG KAPASITAS AIR CONDITIONER DAN PERHITUNGAN PENGHEMATAN BIAYA AC

Pendahuluan Setiap orang di Indonesia pastinya menginginkan ruangannya sejuk setiap saat, hal ini dikarenakan iklim tropis Indonesia sangat membuat sekujur badan berkeringat, oleh sebab itu dikembangkan suatu alat pengatur suhu ruangan atau lebih kita kenal sebagai Air Conditioner (Penyejuk Udara Ruangan). Dalam AC terdapat banyak jenisnya tergantung dari besarnya tenaga yang dihasilkan untuk mendinginkan ruangan hingga cepat.

Jenis AC • AC tipe Split AC ini memiliki 2 bagian unit, yakni unit dalam (unit evaporator), dan unit luar (unit kondensor) • AC tipe Window AC ini unit evaporator dan kondensor digabung menjadi satu, sehingga AC tipe ini memiliki massa yang cukup berat • AC tipe Central AC ini hampir mirip seperti AC tipe Split, namun unit evaporatornya terbagi lebih dari 3 buah, dengan unit kondensor hanya 1 unit saja • AC tipe Portabel AC ini hampir mirip seperti AC window. Namun didalanya tidak terdapat unit kondensor, hanya terdapat unit kompresor dan evaporator yang digunakan. AC ini sering digunakan untuk menyegarkan ruangan saja

Perhitungan Pendekatan Kapasitas AC secara mudah Pada prinsipnya tugas AC adalah mengatur nilai kelembaban yang terdapat didalam ruang, sehingga ketika terjadi pengambilan kalor panas didalam ruangan, ruangan tersebut mengalami penurunan suhu, sehingga terasa lebih dingin. Perhitungan prakiraan kapasitas AC dengan metode lebih mudah yakni: BTU/h = panjang x lebar x 500 (dimana panjang dan lebar dalam satuan meter) Rumus diatas hanya pendekatan prakiraam yang cukup jauh untuk menyederhanakan penggunaan AC yang lebih cepat dingin

Perhitungan Pendekatan Kapasitas AC secara mudah Namun dalam kondisi pendekatan aslinya, nilai BTU setiap keluarannya berkisar antara 270 BTU hingga 400 BTU, sehingga perhitungan rumusnya adalah: BTU = P x L x 270 (untuk nilai minimum) BTU = P x L x 400 (untuk nilai maksimum) Dimana nilai p dan l adalah panjang dan lebar ruangan yang dipakai, dan parameter yang digunakan adalah satuan meter

Perhitungan Pendekatan Kapasitas AC secara kompleks Pada slide sebelumnya, kita hanya mempelajari rumus sederhana yang sangat mudah namun nilai SEER (seasonal energy efficiency ratio) dan EER (energy efficiency ratio) sangatlah kecil, oleh sebab itu perhitungan ini bisa dirumuskan yakni: BTU/h = C 1 + C 2 + C 3 Dimana C 1 adalah kapasitas asli pengeluaran temperatur suhu di ruangan, C 2 adalah kapasitas jumlah orang dan C 3 adalah kapasitas benda yang ada diruangan (cat: EER = 3, 413 COP dan SEER = 3, 792 COP dengan SEER = EER/0, 9)

Perhitungan Pendekatan Kapasitas AC secara kompleks Rumus untuk C 1 adalah: C 1 = BTU/h = P x L x T x F 1 x K Dimana: P = Panjang (meter) L = Lebar (meter) T = Tinggi (meter) F 1 = Faktor 1 dimana nilainya terdiri dari: F 1 = 5 jika di ruangan kurang dari 10 m^2 (cth : kamar tidur) F 1 = 6 jika di ruangan kurang dari 100 m^2 (cth : ruang tamu) F 1 = 7 jika di ruang lebih dari 100 m^ dan kurang dari 1000 m^2 (cth : mall, restoran) K = 35 jika di ruangan kurang dari 10 m^3 K = 36 jika di ruangan kurang dari 100 m^3 K = 37 jika di ruangan lebih dari 100 m^3

Perhitungan Pendekatan Kapasitas AC secara kompleks Sedangkan rumus untuk C 2 dan C 3 sama yakni: C 2 = BTU/h = n x panas manusia C 3 = BTU/h = n x panas benda Untuk panas manusia dewasa rata – rata 500 hingga 700 BTU/h tergantung pada berat dan tinggi manusia tersebut, sedangan panas benda terkadang memiliki karakteristiknya, untuk benda – benda elektronik biasanya memiliki panas antara 5 W hingga 10 k. W

Contoh • Sebuah rumah dengan ruang tidurnya mempunyai luas 20 m^2, hitunglah kapasitas AC yang diinginkan oleh sipemilik rumah tsb dengan cara 1 dan cara 2. • Rumah tersebut dihuni oleh 4 orang, dimana setiap kamar dengan tinggi 3 meter hanya diisi oleh 2 orang setiap kamarnya dan total jumlah panas dari elektronik dikamar adalah 450 W dan rata – rata panas manusianya 500 BTU/h (cat : 1 W = 3, 412 BTU/h)

Cara 1 • Pada cara satu kita gunakan nilai prakiraan yakni: BTU/h = 20 m^2 x 500 (BTU/h)/m^2 = 10000 BTU/h • Sedangkan untuk cara pendekatan minimumdan maksimum yakni: BTU/h min = 20 m^2 x 270 (BTU/h)/m^2 = 5400 BTU/h maks = 20 m^2 x 400 (BTU/h)/m^2 = 8000 BTU/h • Sehingga sipemilik bisa membeli AC berkapasitas ¾ PK hingga 1 PK hanya untuk memenuhi kebutuhannya.

Cara 2 • Pada langkah selanjutnya kita hitung dengan penilaian kompleks dimana nilai C 1: C 1 = 20 m^2 x 3 m x (6 BTU/h)/ft^3 x 37 ft^3/m^3 = 13320 BTU/h • Kemudian nilai C 2 nya: C 2 = 2 x 500 BTU/h = 1000 BTU/h • Kemudian nilai C 3 nya: C 3 = 450 W x 3, 412 (BTU/h)/W = 1535, 4 BTU/h • Sehingga total energi yang dihasilkan perkamar: BTU/h = 13320 + 1000 + 1535, 4 = 15855, 4 BTU/h • Berdasarkan nilai kapasitas ruangannya, sipemilik rumah harus menggunakan minimal AC 1, 5 PK dan maksimal 2 PK

Tugas 1 • Sebuah rumah dengan ruang keluarga mempunyai luas wilayah 8 x 7 meter, hitunglah kapasitas AC yang diinginkan oleh si pemilik rumah tsb dengan cara 1 dan cara 2. • Rumah tersebut dihuni oleh 7 orang, dimana ruangan dengan tinggi 3, 5 meter hanya menggunakan energi total jumlah panas dari elektronik adalah 850 W dan rata – rata panas manusianya 500 BTU/h (cat : 1 W = 3, 412 BTU/h)

Tugas 2 • Sebuah restoran dengan luas bangunan 20 x 17 meter dengan tinggi 4 meter didesain untuk menampung orang dengan jumlah 50 orang, apabila penggunaan alat elektronik total mencapai 7, 5 Kw, hitunglah berapa kapasitas AC yang harus digunakan (anggap rata 2 panas manusia 500 BTU/h dan 1 W = 3, 412 BTU/h) gunakan cara 2

Referensi • Cengel, Yunus; Introduction to Thermodynamic and Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2009. USA • Holman, Jack P; Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Kurtz, Meyer; Mechanical Engineering Handbook 3 rd Edition, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Whitman, William C Johnson, John A Tomczyk, and Eugeine Silberstain; Refigeration and Air Condition Technology, 2009. Delmar Cengage Learning. USA • National. com/refigerant/capacity_of_Air_conditioner

Pertemuan ke 8 PERHITUNGAN WAKTU PENDINGINAN

Pendahuluan Setiap pendingin pastinya memerlukan waktu untuk mendingin sebuah benda atau ruangan yang suhunya sesuai yang diinginkan. Oleh sebab itu, waktu yang diperlukan itu disebut pula waktu pendinginan. Dalam waktu pendingin tidak ada penetapan waktu yang pasti, hanyalah perhitungan pendekatan (kalkulasi) yang hampir mendekati waktu pendinginan yang sebenarnya (aktual).

Perhitungan Pemakaian AC Dalam perhitungan pendekatan pendinginan, terdapat 2 jenis perhitungan, pertama perhitungan mudah yakni perhitungan dimana waktu pendingin dapat dihitungan dengan mnbandingkan jumlah energi yang diperlukan dengan jumlah energi yang dikeluarkan mesin pendingin per-jam-nya, seperti rumus berikut: Waktu Pendingin = Jumlah energi yang dihasilkan

Perhitungan Waktu Pendinginan pada Benda Sedangkan dalam perhitungan yang satu lagi adalah perhitungan yang memerlukan banyak parameter dan kondisi yang memungkinakan untuk dihitung, sebagai contoh perhitungan waktu dingin sebuah benda secara lebih spesifik seperti benda yang punya parameter luas atau panjangnya sendiri. Hal ini dipengaruhi oleh adanya energi sistem yang keluar ke lingkingan, sehingga jumlah energi yang didalam menyebabkan temperatur didalamnya turun pula.

Analisa Lumped System Perhitungan rumit ini menggunakan Bilangan Biot sebagai parameter perhitungan Lumped system, dimana perhitungannya tidak memerlukan spesikasi yang tepat tempat berada dimana, sehingga perhitungan bisa dianggap pendekatan yang cukup signifikan dan tidak membedakan adanya perhitungan pada bidang aktual.

Rumus Bilangan Biot Dikarenakan Bilangan Biot adalah bilangan perbandingan antara Konduksi dan Konveksi, maka rumus yang diterapkan adalah: Bi = h. Lu/k Dimana : Bi = Bilangan Biot h = kofisien konveksi fluida Lu = panjang benda k = koefisien konduksi benda padat Dengan nilai Lu = Vu / Au

Perhitungan waktu Pendinginan Kompleks Pada perhitungan waktu pendinginan kompleks dengan kondisi lumped sistem, dibutuhkan kondisi yakni nilai Bilangan Biot kurang dari 0, 1 Bi < 0, 1 Maka, perhitungan dapat dilakukan dengan menggunakan rumus: T 1 – T 00 = 0, 01 T 0 – T 00 Dimana T 1 - T 00 = e^bt T 0 – T 00

Nilai Konstanta Waktu Dalam perhitungan pada slide sebelumnya terdapat rumus pangkat terhadap bilangan natural seperti gambar dibawah: T 1 - T 00 = e^bt T 0 – T 00 Dimana : T 1 = Temperatur sesudah T 0 = Temperatur sebelum T 00 = Temperatur ruangan b = konstanta waktu t = waktu pedinginan/pemanasan

Nilai Konstanta Waktu Sehingga dari perhitungan tersebut didapat nilai kontanta waktunya adalah: b = h Au ρ V Cp Dimana : b = konstanta waktu h = koefisien konveksi Au = luas benda ρ = densitas V = Volume Cp = koefisien termal benda

Contoh • Sebuah ruangan dengan ruangan memerlukan energi pendingin 20000 Btu, apabila dipasang sejumlah AC berkapasitas 12000 Btu/h, berapa lama waktu pendinan yang terjadi diruanganan menggunakan perhitungan pendekatan

Jawaban • Ruangan membutuhkan energi 20000 BTU utk bisa dingin dengan AC berkapasitas 12000 BTU/h, maka waktu pendinginannya: Waktu pendinginan = 20000 BTU / 12000 BTU/H = 1, 67 Jam • Sehingga waktu pendinginan yang terjadi adalah 100 menit

Tugas • Sebuah ruangan dengan ruangan memerlukan energi pendingin 120000 Btu, apabila dipasang sejumlah AC berkapasitas 24000 Btu/h, berapa lama waktu pendinginan yang terjadi diruanganan menggunakan perhitungan pendekatan • Berapa jumlah pengeluaran listrik yang dipakai jika pemakaian dari jam 05. 30 – 23. 00 dengan tarif listrik Rp 998 / k. Wh dengan keluaran AC-nya 1800 W/h

Tugas • Sebuah daging ingin didinginkan dari suhu 27 C ke - 6 C, apabila temperatur ruangan – 10 C, berapa waktu pendinginan yang terjadi, (anggap nilai diameter daging 15 cm dengan panjang 60 cm, kemudian nilai h = 8 W/m^2 C dan k = 0, 620 W/m C dengan nilai Cp = 4180 J/kg C dan ρ = 998 kg/m^3)

Referensi • Cengel, Yunus; Introduction to Thermodynamic and Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2009. USA • Holman, Jack P; Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Kurtz, Meyer; Mechanical Engineering Handbook 3 rd Edition, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Whitman, William C Johnson, John A Tomczyk, and Eugeine Silberstain; Refigeration and Air Condition Technology, 2009. Delmar Cengage Learning. USA

Pertemuan ke 9 PENGENALAN EXHAUST DAN SISTEM SIRKULASINYA

Pendahuluan Pada sistem tata udara, ada kalanya mempelajari sistem keluar masuknya udara yang membuat kondisi seperti didalam ruangan menjadi lebih sejuk dan nyaman, hal ini dipengaruhi oleh kondisi dimana pernapasan pada manusia memerlukan pengaturan udara yang bersih agar meningkatkan metabolisme tubuh sehingga dapat bekerja dengan baik dan tujuan dari pekerjaan dapat terpenuhi tepat waktu

Pendahuluan Kegunaan dari mempelajari tata udara adalah untuk mempelajari arah sirkulasi udara dengan lebih baik, lalu dengan mempelajarinya kita bisa mengeluarkan kondisi udara didalam ruangan yang buruk seperti udara panas, virus, bakteri tipe aerob, dan kelembaban (udara pengap), oleh sebab itu peralatan untuk mengatur sistem tata udara (ventilator) ini sering disebut juga exhaust

Jenis baling Exhaust • • • Tipe kincir clover Tipe kincir horizontal/keong/centrifugal Tipe kincir turbin Tipe kincir berongga Tipe tabung/gabungan kompleks

Gambar tipe kincir Exhaust

Gambar tipe kincir Exhaust

Skema gambar Sirkulasi Exhaust outlet inlet exhaust

Skema gambar Sirkulasi Exhaust Kompleks exhaust Penyangga pipa udara Motor listrik Exhaust indoor intake Saringan udara Kontrol arah udara Exhaust indoor outake

Debit Udara pada Exhaust Pada exhaust, terjadi debit pengambilan udara, hal ini disebabkan adanya kecepatan hisap dari kipas yang berputar. Perhitungan pendekatan Debit udara pada ruangan tertutup yakni: Q = ¼ π Dk 2 x ωk x Rk Dimana : Q = debit aliran udara Dk = diameter kipas ωk = kecepatan putar kipas Rk = jari – jari kipas Atau jika disederhanakan secara matematika yakni: Q = Vk x ωk Dimana Vk adalah volume kipas

Referensi • Cengel, Yunus; Introduction to Thermodynamic and Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2009. USA • Holman, Jack P; Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Kurtz, Meyer; Mechanical Engineering Handbook 3 rd Edition, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Whitman, William C Johnson, John A Tomczyk, and Eugeine Silberstain; Refigeration and Air Condition Technology, 2009. Delmar Cengage Learning. USA • ANSI/ASHRAE Standard 62. 2 -2013: Ventilation and Acceptable Indoor Air Quality in Low-Rise Residential Buildings". Atlanta, GA: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. 2013.

Pertemuan ke 10 SISTEM VENTILASI DAN PERHITUNGANNYA

Pendahuluan Pada pertemuan sebelumnya, kita membahas tentang kinerja exhaust dan kegunaan mesin tersebut, pada pertemuan ini kita mempelajari sistem ventilasi yang berpengaruh pada sistem tata udara pada pertemuan yang lalu. Dalam pertukaran udara ini (sistem sirkulasi) adalah menentukan berapa jumlah udara bersih yang harus masuk kedalam perdetiknya seperti yang sudah ditetapkan oleh ASHRAE

Tipe Ventilasi pada Bangunan • • Mechanical Ventilation Natural Ventilation Mixed – Based Ventilation Infiltration Based Ventilation

Mechanical Ventilation tanpa Pemanas

Mechanical Ventilation dengan Pemanas

Mixed – Based Ventilation

Infiltration Based Ventilation

Analisa Perhitungan Debit Natural Ventilation (Wind – Driven ) Pada penggunaan natural ventilation, perhitungan rumusnya terbagi 2 yakni Wind –Driven calculation dan Bouyancy Driven calculation perhitungan rumus pendekatan Wind Driven yakni : Dimana Q adalah debit udara natural, U adalah kecepatan udara sekitar, Cp adalah koefisien tekanan drag pada bangunan, A adalah luas area angin yang bertiup, C adalah koefisien pelepasan aliran angin

Analisa Perhitungan Debit Natural Ventilation Rate (Wind – Driven ) Sedangkan untuk yang berventilasi hanya 1, perhitungannya menjadi : Dimana Q. adalah debit rate, U kecepatan rata – rata, Cd adalah koefisien drag, i adalah lebar jendela, h adalah tinggi jendela, z adalah tekanan bawah, zref adalah tekanan yang terjadi akibat adanya kecepatan

Perhitungan ACPH (air change perhour) adalah kondisi pergantian udara yang dilakukan sebuah mesin tata udara dalam setiap sirkulasinya, rumus untuk mencari ACPH yakni: Dimana Q adalah Debit aliran ventilasi dan V adalah volume ruangan

Perhitungan ACPH (perorangan) Selain untuk perhitungan pada ruangan, terdapat perhitungan pendekatan ACPH untuk perorangan yakni: Dimana Rp adalah rate ACPH perorang, D adalah luas orang, dan h adalah tinggi orang tersebut

Standar ACPH

Standar ACPH

Standar ACPH/luas

Standar ACPH/orang

KUIS 1. Perhatian gambar disamping, hitunglah nilai kalor yang hilang dari heatsink apabila: Parameter A = 8 cm B = 9 cm C = 10 cm H = 40 W/m^2 K η = 75 % T 001 = 29° C T 1 = 69°C T 001 h η C – – – – A T 1 B

2. Sebuah mesin pendingin dengan R 410 a bertekanan 100 psia keluar dari kondenser dengan suhu 25 C dengan tekanan 91 psia, apabila ketika memasuki katup ekspansi dan nilai awal evaporasi 3 C dan akhir evaporasi 30 C, sebelum ke kompresor, suhu meningkat 35 C dan perlahan menuju kompresor dengan suhu maksimal 52 C, berapa nilai COP aktual dari mesin tersebut

3. Sebuah ruangan dengan ruangan memerlukan energi pendingin 150000 Btu, apabila dipasang sejumlah AC berkapasitas 24000 Btu/h, berapa lama waktu pendinginan yang terjadi diruanganan menggunakan perhitungan pendekatan Berapa jumlah pengeluaran listrik yang dipakai jika pemakaian dari jam 05. 30 – 23. 00 dengan tarif listrik Rp 998 / k. Wh dengan keluaran ACnya 1800 W/h

KRITERIA MENJAWAB SOAL KUIS • Diketik dengan rapi soal dan jawaban dikertas A 4 dengan Margin 3 cm rata kanan dan bawah lalu margin 4 cm rata kiri dan atas dengan font berjenis ARIAL • Dikumpulkan paling lambat jam 24. 00 WIB pada tanggal 29 November 2018 via email (alamat email mesin. harajuku@gmail. com)

Referensi • Cengel, Yunus; Introduction to Thermodynamic and Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2009. USA • Holman, Jack P; Heat Transfer, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Kurtz, Meyer; Mechanical Engineering Handbook 3 rd Edition, Mc. Graw Hill, 2007. USA • Whitman, William C Johnson, John A Tomczyk, and Eugeine Silberstain; Refigeration and Air Condition Technology, 2009. Delmar Cengage Learning. USA • ANSI/ASHRAE Standard 62. 2 -2013: Ventilation and Acceptable Indoor Air Quality in Low-Rise Residential Buildings". Atlanta, GA: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. 2013. • Ventilation and Infiltration chapter, Fundamentals volume of the ASHRAE Handbook, ASHRAE, Inc. , Atlanta, GA, 2005

THANK YOU SELAMAT UJIAN TENGAH SEMESTER SEMOGA SUKSES SELALU