Upload
dianmorfinasution
View
315
Download
7
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Refrigeration & Air Conditioning
Citation preview
0
REFRIGERATION AND AIR CONDITIONING
CONTOH KALKULASI BEBAN PENDINGINAN
OLEH :
DIAN MORFI NASUTION, ST
M E D A N
2011
Cooling Load
1
PROYEK PEMASANGAN AC
Sebuah bangunan komersial (perkantoran), seperti yang ditunjukkan pada gambar
di bawah,berlokasi di daerah 40 LU. Dinding A berbatasan langsung dengan
ruangan yang tidak dikondisikan, temperatur di ruangan tersebut dianggap sama
dengan temperatur udara luar. Sementara, dinding B, C, dan D terpapar sinar
matahari. Dinding A menghadap ke Tenggara dan temperatur ruangan yang
direncanakan TR = 20 °C.
Ukuran ruangan adalah 25 m x 15 meter, tinggi ruangan di dalam gedung adalah 3
m dan data tambahan dari gedung ini adalah sebagai berikut:
1. Dinding D: terbuat dari bata kilat 100 mm (light-colored face brick), 200 mm
bata biasa (common brick), 16 mm plester, 6 mm plywood yang dilengketkan
ke plester. Menurut data koefisien perpindahan panas tembok ini pada musim
panas U =1,36 W/m2K (R=0,735).
2. Dinding B dan Dinding C: terbuat dari blok konkret cerah padat 200 mm dan
plester 16 mm.Koefisien perpindahan panas pada musim panas U =2,73
W/m2K (R=0,366).
3. Dinding A: terbuat dari bata padat 325 mm (tidak dicat), tidak diplester. Jika
300 mm bata ini mempunyai U =2,29 W/m2K (R=0,435). Pada kedua sisi
S E
N W
NE
NW
SW
SE
2
dinding diasumsikan terjadi konveksi dengan tahanan termal masing-masing
Rfc =1/ h=0,121 . Dengan menggunakan informasi ini tahanan thermal total
dinding menjadi: Rw =0,121 =0,435×325/300 +0,121 = 0,713 dan U =1/ Rw =
1,4 W/m2K.
4. Atap: terbuat dari atap datar 115 mm dan 50 mm gypsum, dan 50 mm isolasi
berwarna gelap dengan nilai U =0,51 W/m2K (R=1,96).
5. Lantai: terbuat dari konkret 100 mm, terhubung dengan tanah.
6. Jendela: jenis fixed (non operable) dengan ukuran 1m x 1,5 m terbuat dari plat
gelas biasa dengan tirai (veneterian blind) warna cerah.
7. Pintu: terbuat dari 45 mm baja dengan inti urethane (sejenis campuran
organik) dan isolator. Koefisien perpindahan panas menyeluruh pintu pada
musim panas diperkirakan U=1,08 W/m2K (R=0,926) untuk pintu luar dan U
=1,02 W/m2K (R=0,980) untuk pintu dalam. Ukuran pintu adalah: Pintu depan
1,5 m x 2 m, pintu samping 1,5 m x 2 m, dan pintu belakang 1,5m x 2 m
(termasuk pintu dalam). Catatan: Koefisien perpindahan panas menyeluruh
pada permukaan luar yang ditampilkan di sini untuk kondisi musim panas
dengan asumsi kecepatan angin 12 km/jam dan untuk permukaan dalam
diasumsikan adanya lapisan udara. Kondisi saat perancangan adalah:
a. Kondisi udara luar (pada musim panas) adalah: temperatur bola kering 35
oC dan bola basah 25
oC dan perbedaan temperatur harian 11
oC.
b. Kondisi udara di ruangan yang ingin dicapai adalah temperatur bola kering
20 oC dan RH 60%.
c. Penghuni ruangan: terdiri dari 85 pekerja, mulai jam 8 pagi s/d jam 5 sore.
d. Lampu: Total daya lampu 17,5kW jenis fluorenscent beroperasi mulai jam
8 pagi s/d jam 5 sore setiap hari dan juga 4000 W jenis pijar beropeasi
secara continiu. Konfigurasi lampu adalah type tidak perlu ventilasi.
e. Motorlistrik dan peralatan memasak: tidak ada peralatan memasak dan
motor listrik di ruangan yang dikondisikan.
f. Ventilasi: yang direncanakan di sini adalah sebesar 7L/s/orang, maka total
udara ventilasi adalah 85 x 7 =595 L/s.
3
g. Infiltrasi: yang mungkin pada ruangan ini hanyalah dari pembukaan pintu,
dengan mempertimbangkan terjadi 30 orang keluar masuk dari pintu
selama satu jam maka diperkirakan jumlah udara infiltrasi adalah 31,1 L/s.
h. Termal Respon bangunan: dikategorikan medium.
i. Lokasi peralatan pendingin: direncanakan di dinding A sehingga tidak ada
pengaruh langsung pada sumber panas.
Lakukanlah Perencanaan sistem pendingin untuk ruangan tersebut di atas dengan
menjawab pertanyaan berikut:
1. Lakukan Perhitungan Beban Pendingin mulai jam 8 pagi s/d jam 20
2. Beban Pendingin puncak pada soal 1 anggap jadi Q evaporator, lakukan
perhitungan SKU dengan Te = -5 oC dan Tk = 40
oC untuk mendapatkan
Wk dan Qk. Jenis refrigeran yang digunakan adalah R-22. Sebagai
kondensor anda mempertimbangkan menggunakan APK shell-and-tube
dengan jumlah pipa 52 dan dibuat 2 laluan dengan 13 kolom dengan air
sebagai pendingin yang mengalir di dalam pipa tembaga dengan diameter
dalam 15mm dan diameter luar 17mm. Fouling factor untuk air yang
mengalir di dalam pipa dianggap 0,000176 m2K/W. Sebagai kompressor
anda menggunakan kompresor sentrifugal dan refrigerant masuk impeller
pada kondisi kering secara axial dan posisi impeler adalah radial. Motor
penggerak kompressor yang digunakan adalah 3000 rpm. Karena
keterbatasan mesin untuk fabrikasi diameter impeller tidak boleh lebih dari
80 cm, jika untuk satu tingkat diameter impeler lebih dari 80 cm, maka
pertimbangkan untuk membuat kompressor dengan impeler bertingkat dua,
atau lebih. Tugas anda adalah:
3. Tentukanlah diameter impeller kompressor yang sesuai untuk kasus ini
4. Tentukanlah panjang pipa kondensor yang dibutuhkan.
4
KALKULASI BEBAN PENDINGINAN (COOLING LOAD CALCULATION)
Estimasi beban pendinginan ini akan dilakukan perhitungan mulai pukul 8 pagi
sampai 20.00. Untuk memudahkan perhitungan akan dibantu dengan Microsoft
Excel.
1. Beban pendinginan dari atap
a. Tentukan type atap dari Tabel 31 (ASHRAE 1997 Bab 28 Cooling Loads).
Atap bangunan di soal ini adalah tanpa langit-langit (ceiling) dan terdapat
isolasi di dalam (mass inside) dengan nilai R = 1,96, maka type yang
sesuai adalah Type 4.
b. Tentukan CLTD dari Tabel 30 (ASHRAE 1997 Bab 28 Cooling Loads)
Nilai CLTD ini harus dikoreksi karena adanya perbedaan temperature
ruangan yang didesign.
c. Hitung koreksi pada CLTD dimana perbedaan temperatur harian adalah
11oC. Koreksi = 25,5 – 20 + ((35 -11/2) - 29,4) = 5,6
oC. Oleh karena itu
semua angka CLTD harus dikoreksi menjadi:
CLTDcorr = CLTDtabel + 5,6 oC
d. Hitung beban pendingin dari atap
5
Qs =U A CLTDcorr
Dimana U = 0,51 W/m2K dan A = 25 x 15 = 375 m
2
Misalnya untuk pukul 08.00 adalah:
Qs = 0,51(375)(-2+5.6) = 688,5 W
Cara yang sama dapat digunakan untuk perhitungan pukul 9 s/d pukul 20.
Hasilnya ditampilkan pada tabel berikut ini.
Jam CLTD tabel CLTD corr U (W/m²K) A (m²) Qs (W)
8 -2 3.6 0.51 375 688.5
9 0 5.6 0.51 375 1071
10 4 9.6 0.51 375 1836
11 9 14.6 0.51 375 2792.25
12 16 21.6 0.51 375 4131
13 23 28.6 0.51 375 5469.75
14 30 35.6 0.51 375 6808.5
15 36 41.6 0.51 375 7956
16 41 46.6 0.51 375 8912.25
17 43 48.6 0.51 375 9294.75
18 43 48.6 0.51 375 9294.75
19 41 46.6 0.51 375 8912.25
20 37 42.6 0.51 375 8147.25
2. Panas transmisi dari dinding D (Posisi North East)
Koefisien perpindahan panas dari dingin D adalah U = 1,36 W/m2K. Luas
permukaan dinding D = (15 x 3) – (4 x (1 x 1,5)) – (2 x 1,5) = 36 m2. Dinding
D dikategorikan Wall 16 pada tabel 32 (ASHRAE 1997 Bab 28 Cooling
Loads)
0
2000
4000
6000
8000
10000
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
6
Karena kondisi ruangan dan udara luar sama, maka koreksi untuk tabel ini sama
dengan untuk atap, yaitu sebesar 5,6 oC. Sebagai contoh perhitungan untuk beban
pada pukul 08.00 beban dari dinding D adalah:
Qs = U A CLTDcorr = 1,36 (36)(6 +5,6) = 567,936 Watt
Cara yang sama dapat digunakan untuk perhitungan pukul 9 s/d pukul 20.
Hasilnya ditampilkan pada tabel berikut ini.
Jam CLTD tabel CLTD corr U (W/m²K) A (m²) Qs (W)
8 6 11.6 1.36 36 567.936
9 6 11.6 1.36 36 567.936
10 6 11.6 1.36 36 567.936
11 7 12.6 1.36 36 616.896
12 8 13.6 1.36 36 665.856
13 9 14.6 1.36 36 714.816
14 11 16.6 1.36 36 812.736
15 12 17.6 1.36 36 861.696
16 12 17.6 1.36 36 861.696
17 13 18.6 1.36 36 910.656
18 13 18.6 1.36 36 910.656
19 13 18.6 1.36 36 910.656
20 14 19.6 1.36 36 959.616
7
3. Panas transmisi dari dinding C (Posisi North West)
Koefisien perpindahan panas dari dinding C adalah U = 2,73W/m2K. Luas
permukaan dinding C = (25 x 3) – (2 x 1,5) = 72 m2. Dinding C dikategorikan
Wall 10 pada tabel 32 (ASHRAE 1997 Bab 28 Cooling Loads).
Tabel ini juga harus dikoreksi dengan menambahkan 1,6 °C. Sebagai contoh
perhitungan untuk beban pada pukul 08.00 beban dari dinding C adalah:
Qs =U A CLTDcorr = 2,73× 72× (4+5,6) = 1886,976 Watt
Cara yang sama dapat digunakan untuk perhitungan pukul 9 s/d pukul 20.
Hasilnya ditampilkan pada tabel berikut ini.
Jam CLTD tabel CLTD corr U (W/m²K) A (m²) Qs (W)
8 4 9.6 2.73 72 1886.976
9 3 8.6 2.73 72 1690.416
10 3 8.6 2.73 72 1690.416
11 3 8.6 2.73 72 1690.416
12 3 8.6 2.73 72 1690.416
13 4 9.6 2.73 72 1886.976
14 6 11.6 2.73 72 2280.096
500
600
700
800
900
1000
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
8
15 7 12.6 2.73 72 2476.656
16 8 13.6 2.73 72 2673.216
17 10 15.6 2.73 72 3066.336
18 13 18.6 2.73 72 3656.016
19 16 21.6 2.73 72 4245.696
20 18 23.6 2.73 72 4638.816
4. Panas transmisi dari dinding B yang terbuka (Posisi South West)
Jenis dinding ini sama dengan dinding C, maka tabel untuk dinding C masih
bisa dipakai. Luas dinding B yang terbuka = (6 x 3) – 2 (1 x 1,5) = 15 m2.
Sebagai contoh perhitungan untuk beban pada pukul 08.00 beban dari dinding
B adalah:
Qs =U A CLTDcorr = 2,73 (15) (4+5,6) = 393,12 Watt
Cara yang sama dapat digunakan untuk perhitungan pukul 9 s/d pukul 20.
Hasilnya ditampilkan pada tabel berikut ini.
Jam CLTD tabel CLTD corr U (W/m²K) A (m²) Qs (W)
8 4 9.6 2.73 15 393.12
9 4 9.6 2.73 15 393.12
10 3 8.6 2.73 15 352.17
11 3 8.6 2.73 15 352.17
12 4 9.6 2.73 15 393.12
13 4 9.6 2.73 15 393.12
14 6 11.6 2.73 15 475.02
15 8 13.6 2.73 15 556.92
16 11 16.6 2.73 15 679.77
17 14 19.6 2.73 15 802.62
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
9
18 18 23.6 2.73 15 966.42
19 21 26.6 2.73 15 1089.27
20 23 28.6 2.73 15 1171.17
5. Panas dari dinding B dan A yang kopel dengan ruang lain.
Panas dari dinding ini, dihitung tidak menggunakan CLTD, tetapi berdasarkan
temperatur udara luar. Hal ini dikarenakan dinding ini tidak kena paparan sinar
matahari. Tempertur udara luar untuk lokasi dimana gedung berada dapat
dilihat pada Tabel 1 Bab 28 ASHRAE 1997. Pada pukul 08.00 sampai dengan
pukul 20.00 ditampilkan pada tabel berikut.
Data dari soal menyebutkan untuk dinding B dan A yang kopel dengan ruangan
yang lain, nilai dari koefisien perpindahan panas menyeluruh U =1,4
W/m2K. Luas kedua dinding ini adalah = 25 × 3 + 9 × 3 – (1,5 × 2) = 99 m
2.
Sebagai contoh perhitungan, beban dari kedua dinding ini pada pukul 08.00
adalah:
Qs =U A Δt = 1,4 × 99× (25,8 – 20) = 803,88 Watt
Cara yang sama dapat digunakan untuk perhitungan pukul 9 s/d pukul 20.
Hasilnya ditampilkan pada tabel berikut ini.
Jam Temp. TR U (W/m²K) A (m²) Qs (W)
8 25.8 20 1.4 99 803.88
9 27.2 20 1.4 99 997.92
10 28.8 20 1.4 99 1219.68
11 30.7 20 1.4 99 1483.02
200
400
600
800
1000
1200
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
10
12 32.4 20 1.4 99 1718.64
13 33.8 20 1.4 99 1912.68
14 34.7 20 1.4 99 2037.42
15 35 20 1.4 99 2079
16 34.7 20 1.4 99 2037.42
17 33.9 20 1.4 99 1926.54
18 32.7 20 1.4 99 1760.22
19 31.3 20 1.4 99 1566.18
20 29.8 20 1.4 99 1358.28
6. Panas dari pintu di dinding D (Wall Number 2) Posisi North East
Data yang diberikan soal adalah U = 1,08 W/m2K dan A = 1,5 × 2 = 3 m
2.
Sebagai contoh perhitungan beban pada pukul 08.00 adalah:
Qs =U A CLTDcorr = 1,08 (3) (7+5,6) = 40,824 Watt
Cara yang sama dapat digunakan untuk perhitungan pukul 9 s/d pukul 20.
Hasilnya ditampilkan pada tabel berikut ini.
Jam CLTD tabel CLTD corr U (W/m²K) A (m²) Qs (W)
8 7 12.6 1.08 3 40.824
9 14 19.6 1.08 3 63.504
10 20 25.6 1.08 3 82.944
11 22 27.6 1.08 3 89.424
700
1200
1700
2200
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
11
12 21 26.6 1.08 3 86.184
13 18 23.6 1.08 3 76.464
14 17 22.6 1.08 3 73.224
15 16 21.6 1.08 3 69.984
16 16 21.6 1.08 3 69.984
17 16 21.6 1.08 3 69.984
18 16 21.6 1.08 3 69.984
19 14 19.6 1.08 3 63.504
20 13 18.6 1.08 3 60.264
7. Panas dari pintu di dinding C posisi North West.
Tabel untuk pintu di dinding D masih dapat digunakan. Perhitungan untuk
beban pada pukul 08.00 adalah:
Qs =U A CLTDcorr = 1,08(3)(-1+5,6) = 14,904 Watt
Cara yang sama dapat digunakan untuk perhitungan pukul 9 s/d pukul 20.
Hasilnya ditampilkan pada tabel berikut ini.
Jam CLTD tabel CLTD corr U (W/m²K) A (m²) Qs (W)
8 -1 4.6 1.08 3 14.904
9 1 6.6 1.08 3 21.384
10 3 8.6 1.08 3 27.864
11 5 10.6 1.08 3 34.344
12 7 12.6 1.08 3 40.824
13 9 14.6 1.08 3 47.304
14 12 17.6 1.08 3 57.024
15 14 19.6 1.08 3 63.504
16 18 23.6 1.08 3 76.464
17 23 28.6 1.08 3 92.664
3035404550556065707580859095
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
12
18 28 33.6 1.08 3 108.864
19 32 37.6 1.08 3 121.824
20 30 35.6 1.08 3 115.344
8. Panas dari pintu yang dikopel ruang lain
Karena pintu ini tidak terkena paparan sinar matahari, temperatur udara
lingkungan pada tabel langkah 5 di langkah ke 5 di atas dapat digunakan. Pada
soal disebutkan nilai dari koefisien konveksi menyeluruh dari pintu ini adalah
U = 1,02 W/m2K dan A = 1,5 × 2 = 3m
2. Contoh perhitungan beban pada pukul
08.00 adalah
Qs =U A Δt = 1,02 (3) (25,8 – 20) = 17,748 Watt
Cara yang sama dapat digunakan untuk perhitungan pukul 9 s/d pukul 20.
Hasilnya ditampilkan pada tabel berikut ini.
Jam Temp. TR U (W/m²K) A (m²) Qs (W)
8 25.8 20 1.02 3 17.748
9 27.2 20 1.02 3 22.032
10 28.8 20 1.02 3 26.928
11 30.7 20 1.02 3 32.742
12 32.4 20 1.02 3 37.944
13 33.8 20 1.02 3 42.228
14 34.7 20 1.02 3 44.982
15 35 20 1.02 3 45.9
16 34.7 20 1.02 3 44.982
17 33.9 20 1.02 3 42.534
18 32.7 20 1.02 3 38.862
19 31.3 20 1.02 3 34.578
20 29.8 20 1.02 3 29.988
0
20
40
60
80
100
120
140
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
13
9. Panas konduksi melalui jendela
CLTD untuk konduksi pada jendela yang terbuat dari kaca ditampilkan pada
Tabel 34 Bab 8 ASHRAE 1997. Untuk interval waktu pukul 08.00 sampai
pukul 20.00 ditampilkan pada tabel berikut:
Nilai ini juga harus dikoreksi dengan menjumlahkannya dengan 5,6 oC akibat
perbedaan temperatur ruangan perbedaan temperatur harian (daily range). Dari
soal, koefisien perpindahan panas menyeluruh untuk gelas 4,6 W/m2K dan luas
total jendela adalah 9 m2.
Perhitungan pada pukul 08.00 adalah
Qs =U A CLTDcorr = 4,6 × 9 × (0+5,6) = 231,84 Watt
Cara yang sama dapat digunakan untuk perhitungan pukul 9 s/d pukul 20.
Hasilnya ditampilkan pada tabel berikut ini.
Jam CLTD tabel CLTD corr U (W/m²K) A (m²) Qs (W)
8 0 5.6 4.6 9 231.84
9 1 6.6 4.6 9 273.24
10 2 7.6 4.6 9 314.64
11 4 9.6 4.6 9 397.44
12 5 10.6 4.6 9 438.84
13 7 12.6 4.6 9 521.64
14 7 12.6 4.6 9 521.64
15 8 13.6 4.6 9 563.04
16 8 13.6 4.6 9 563.04
17 7 12.6 4.6 9 521.64
18 7 12.6 4.6 9 521.64
15
20
25
30
35
40
45
50
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
14
19 6 11.6 4.6 9 480.24
20 4 9.6 4.6 9 397.44
10. A. Panas transmisi dari jendela di dinding D posisi North East
Qs = A × SC × SCL
Dimana SC = 0,55 untuk jendela gelas yang bening dengan tirai jenis
venetian blinds. SCL adalah solar cooling load factor. Pada soal ini
dikategorikan zona B dan nilainya ditampilkan pada tabel berikut.
Contoh perhitungan untuk beban pada jendela di dinding D pada pukul 08.00
adalah sebagai berikut:
Qs = (6)(0,55)(365) = 1204,5 Watt
Cara yang sama dapat digunakan untuk perhitungan pukul 9 s/d pukul 20.
Hasilnya ditampilkan pada tabel berikut ini.
200
300
400
500
600
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
15
Jam SCL SC A (m²) Qs (W)
8 365 0.55 6 1204.5
9 318 0.55 6 1049.4
10 230 0.55 6 759
11 183 0.55 6 603.9
12 164 0.55 6 541.2
13 151 0.55 6 498.3
14 142 0.55 6 468.6
15 129 0.55 6 425.7
16 113 0.55 6 372.9
17 95 0.55 6 313.5
18 72 0.55 6 237.6
19 41 0.55 6 135.3
20 28 0.55 6 92.4
B. Panas transmisi dari jendela di dinding B posisi South West
Contoh perhitungan untuk beban pada jendela di dinding B pada pukul 08.00
adalah sebagai berikut:
Qs = (3)(0,55)(69) = 113,85 Watt
Cara yang sama dapat digunakan untuk perhitungan pukul 9 s/d pukul 20.
Hasilnya ditampilkan pada tabel berikut ini.
Jam SCL SC A (m²) Qs (W)
8 69 0.55 3 113.85
9 85 0.55 3 140.25
10 98 0.55 3 161.7
11 113 0.55 3 186.45
12 183 0.55 3 301.95
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
16
13 280 0.55 3 462
14 369 0.55 3 608.85
15 425 0.55 3 701.25
16 435 0.55 3 717.75
17 397 0.55 3 655.05
18 296 0.55 3 488.4
19 145 0.55 3 239.25
20 98 0.55 3 161.7
11. Panas dari manusia
Data yang diberikan soal adalah jumlah pekerja tanpa memberitahukan jenis
kelamin. Kemudian jenis aktivitas di gedung ini dikategorikan kantor.
Dengan menggunakan data pada Tabel 3 Bab 28 ASHRAE untuk kategori
aktivitas di kantor jumlah panas per orang adalah 75 W untuk panas sensibel
dan 55 W untuk panas laten.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
17
Maka panas sensibel dan panas laten dapa dihitung dengan menggunakan
persamaan berikut:
Qs = N ×75× CLF
Ql = N × 55
CLF adalah cooling load factor untuk beban sensibel yang dapat dilihat pada
Tabel 37 Bab 8 ASHRAE untuk kategori C. Jam masuk adalah jam 8 pagi
dan selesai jam 5 sore, berdasarkan kriteria ini lama pekerja di ruangan adalah
sekitar 10 jam, pukul 8 pagi dianggap pekerja sudah berada 1 jam di ruangan.
Nilai dari CLF ini ditampilkan pada tabel di bawah.
Contoh perhitungan untuk beban dari pekerja di ruangan ini pada pukul 16.00
(setelah 9 jam diruangan) adalah:
Qs = 85 × 75 × 0,92 = 5865 Watt
Ql = 85× 55 = 4675 Watt
Cara yang sama dapat digunakan untuk perhitungan pukul 9 s/d pukul 20.
Hasilnya ditampilkan pada tabel berikut ini.
18
Jam
Jam
setelah
masuk
CLF
Sensibel
Heat
(W)
Laten
Heat
(W)
Jumlah
Pekerja Qs (W) Ql (W) Q total
8 1 0.62 75 55 85 3952.5 4675 8627.5
9 2 0.7 75 55 85 4462.5 4675 9137.5
10 3 0.75 75 55 85 4781.25 4675 9456.25
11 4 0.8 75 55 85 5100 4675 9775
12 5 0.83 75 55 85 5291.25 4675 9966.25
13 6 0.86 75 55 85 5482.5 4675 10157.5
14 7 0.89 75 55 85 5673.75 4675 10348.75
15 8 0.91 75 55 85 5801.25 4675 10476.25
16 9 0.92 75 55 85 5865 4675 10540
17 10 0.94 75 55 85 5992.5 4675 10667.5
18 11 0.35 75 55 85 2231.25 4675 6906.25
19 12 0.28 75 55 85 1785 4675 6460
20 13 0.23 75 55 85 1466.25 4675 6141.25
12. Beban panas dari lampu
Beban lampu untuk masing-masing jenis dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan berikut:
Qs = W × Ful Fsa × CLF
Pada perhitungan ini diasumsikan Ful= 1dan Fsa = 1 untuk jenis tungsten dan
1,2 untuk jenis fluoresense. Sementara jika lampu hidup 24 jam nonstop CLF
=1. Untuk lampu yang dinyalakan secara periodik, CLF ditampilkan pada
tabel berikut. Maka beban dari lampu pada pukul 16.00 (9 jam setelah
dinyalakan) adalah:
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
19
Qtung = 4000 × 1× 1 = 4000 Watt
Qfluor = 17500× 1× 1,2× 0,92 = 19320 Watt
Cara yang sama dapat digunakan untuk perhitungan pukul 9 s/d pukul 20.
Hasilnya ditampilkan pada tabel berikut ini.
Jam
Lama
setelah
ON
CLF F ul F sa
tungsten
F sa
fluoresense
Total
Daya
Lampu
Fluor
Total
Daya
Lampu
Pijar
Q
tungsten
(W)
Q
fluor
(W)
Q total
8 1 0.73 1 1 1.2 17500 4000 4000 15330 19330
9 2 0.81 1 1 1.2 17500 4000 4000 17010 21010
10 3 0.85 1 1 1.2 17500 4000 4000 17850 21850
11 4 0.87 1 1 1.2 17500 4000 4000 18270 22270
12 5 0.89 1 1 1.2 17500 4000 4000 18690 22690
13 6 0.9 1 1 1.2 17500 4000 4000 18900 22900
14 7 0.91 1 1 1.2 17500 4000 4000 19110 23110
15 8 0.92 1 1 1.2 17500 4000 4000 19320 23320
16 9 0.92 1 1 1.2 17500 4000 4000 19320 23320
17 10 0.93 1 1 1.2 17500 4000 4000 19530 23530
18 11 0.25 1 1 1.2 17500 4000 4000 5250 9250
19 12 0.16 1 1 1.2 17500 4000 4000 3360 7360
20 13 0.13 1 1 1.2 17500 4000 4000 2730 6730
13. Panas dari motor listrik dan peralatan memasak: Tidak ada pada soal
ini.
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
20
14. Panas dari udara ventilasi
Panas dari udara ventilasi dan infiltrasi dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan berikut:
Qs = 1,23Q( To – Ti )
Ql = 3010Q( wo – wi )
Dimana Q adalah besarnya udara ventilasi dan infiltrasi dalam L/s. Laju udara
ventilasi yang disarankan untuk keperluan gedung seperti perkantoran adalah
sekitar 7 liter/detik/orang. Dengan menggunakan angka ini, maka kebutuhan
udara ventilasi adalah:
V = 85× 7 = 595 L/s.
Maka panas sensibel dan panas laten udara ventilasi pada pukul 08.00 adalah:
Qs = 595 ×1,23× (25,8 − 20) = 4244,73 Watt
Ql = 595 ×3010× (0,0159 − 0,0088) = 12715,745 Watt
Cara yang sama dapat digunakan untuk perhitungan pukul 9 s/d pukul 20.
Hasilnya ditampilkan pada tabel berikut ini.
Jam Temp. TR Q
(L/s)
wo
(kg air/kg
udara)
wi
(kg air/kg
udara)
ho
(kJ/kg)
hi
(kJ/kg) Qs (W) Ql (W) Q total
8 25.8 20 595 0.0159 0.0088 75.69 43 4244.73 12715.745 16960.475
9 27.2 20 595 0.0159 0.0088 75.69 43 5269.32 12715.745 17985.065
10 28.8 20 595 0.0159 0.0088 75.69 43 6440.28 12715.745 19156.025
11 30.7 20 595 0.0159 0.0088 75.69 43 7830.795 12715.745 20546.54
12 32.4 20 595 0.0159 0.0088 75.69 43 9074.94 12715.745 21790.685
13 33.8 20 595 0.0159 0.0088 75.69 43 10099.53 12715.745 22815.275
14 34.7 20 595 0.0159 0.0088 75.69 43 10758.195 12715.745 23473.94
15 35 20 595 0.0159 0.0088 75.69 43 10977.75 12715.745 23693.495
16 34.7 20 595 0.0159 0.0088 75.69 43 10758.195 12715.745 23473.94
17 33.9 20 595 0.0159 0.0088 75.69 43 10172.715 12715.745 22888.46
18 32.7 20 595 0.0159 0.0088 75.69 43 9294.495 12715.745 22010.24
19 31.3 20 595 0.0159 0.0088 75.69 43 8269.905 12715.745 20985.65
20 29.8 20 595 0.0159 0.0088 75.69 43 7172.13 12715.745 19887.875
21
15. Panas dari udara infiltrasi
Perhitungan beban dari udara infiltrasi sama dengan beban dari udara
infiltrasi, yang berbeda adalah cara menentukan laju udara infiltrasi.
a. Pada soal ini jenis jendela adalah tertutup rapat, maka infiltrasi udara = 0.
b. Dari dinding juga dianggap = 0
c. Infiltrasi yang mungkin di sini adalah pembukaan pintu. Standard yang
biasa digunakan adalah 2,8 m3 akan masuk udara tiap kali terjadi
pembukaan pintu. Terjadi 30 orang keluar masuk dari pintu selama satu
jam maka diperkirakan jumlah udara infiltrasi adalah 31,1 L/s.
Maka panas sensibel dan panas laten udara infiltrasi pada pukul 08.00
adalah:
Qs = 31,1 ×1,23× (25,8 − 20) = 221,8674 Watt
Ql = 31,1 ×3010× (0,0159 − 0,0088) = 664,6381 Watt
Cara yang sama dapat digunakan untuk perhitungan pukul 9 s/d pukul 20.
Hasilnya ditampilkan pada tabel berikut ini.
Jam Temp. TR Q
(L/s)
Wo
(kg air/kg
udara)
Wi
(kg air/kg
udara)
Qs (W) Ql (W) Q total
8 25.8 20 31.1 0.0159 0.0088 221.8674 664.6381 886.5055
9 27.2 20 31.1 0.0159 0.0088 275.4216 664.6381 940.0597
10 28.8 20 31.1 0.0159 0.0088 336.6264 664.6381 1001.2645
11 30.7 20 31.1 0.0159 0.0088 409.3071 664.6381 1073.9452
12 32.4 20 31.1 0.0159 0.0088 474.3372 664.6381 1138.9753
10000
12000
14000
16000
18000
20000
22000
24000
26000
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
22
13 33.8 20 31.1 0.0159 0.0088 527.8914 664.6381 1192.5295
14 34.7 20 31.1 0.0159 0.0088 562.3191 664.6381 1226.9572
15 35 20 31.1 0.0159 0.0088 573.795 664.6381 1238.4331
16 34.7 20 31.1 0.0159 0.0088 562.3191 664.6381 1226.9572
17 33.9 20 31.1 0.0159 0.0088 531.7167 664.6381 1196.3548
18 32.7 20 31.1 0.0159 0.0088 485.8131 664.6381 1150.4512
19 31.3 20 31.1 0.0159 0.0088 432.2589 664.6381 1096.897
20 29.8 20 31.1 0.0159 0.0088 374.8794 664.6381 1039.5175
Setelah seluruh cooling load diestimasi, maka diambil nilai maksimum dari
masing – masing beban pendinginan antara pukul 9.00 s/d 20.00 untuk
selanjutnya dijumlahkan, dan nilai inilah yang menjadi beban evaporator
maksimum.
Grand Total Heat (GTH) = Q atap + Q dinding D + Q dinding C + Q dinding B
+ Q dinding B&A + Q pintu di dinding D + Q pintu di
dinding C + Q pintu yang dikopel ruang lain + Q
konduksi jendela + Q jendela di dinding D + Q
jendela di dinding B + Q manusia + Q lampu + Q
udara ventilasi + Q udara infiltrasi
800
900
1000
1100
1200
1300
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
23
GTH max = 9294.75 + 959.616 + 4638.816 + 1171.17 + 2079 + 89.424 + 121.824 +
45.9 + 563.04 + 1204.5 + 717.75 + 10667.5 + 23530 + 23693.495 +
1238.4331
= 80015,2181 Watt
A. GTH max menjadi Q evaporator max = 80015,2181 Watt = 80,0152181 kW
Perhitungan Siklus Kompresi Uap
Diketahui : Te = - 5 °C
Tk = 40 °C
Jenis refrigerant R-22
Dengan menggunakan tabel sifat refrigerant pada ASHRAE bab 19 untuk R-22,
diperoleh data entalpi sebagai berikut:
h1 = 403,01 kJ/kg s2 = 1,6973 kJ/kg K
h2 = 415,87 kJ/kg s2s = s1 = 1,7575 kJ/kg K
h3 = h4 = 249,71 kJ/kg s3 = 1,338 kJ/kg K
Tentukan h2s dengan cara berikut ini.
2𝑠 − 3
2 − 3=
𝑠2𝑠 − 𝑠3
𝑠2 − 𝑠3
2
P
(kJ/kg
)
4
3
1
2s
Te = - 5 ° C
Tk = 40 ° C
h
(kJ/kg
)
24
2𝑠 − 249,71
415,87 − 249,71=
1,7575 − 1,338
1,6973 − 1,338
2𝑠 = 443,71 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Tentukan laju aliran massa R-22 dengan cara berikut.
𝑸𝒆𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓𝒂𝒕𝒐𝒓 = 𝒎 𝑹−𝟐𝟐 𝒉𝟏 − 𝒉𝟒
𝑚 𝑅−22 =𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟
1 − 4 =
80,0152181
(403,01 − 249,71)= 0,522 𝑘𝑔/𝑠
Sehingga diperoleh kerja kompresor dan kalor yang dilepas kondensor sebagai
berikut.
𝑾𝒌𝒐𝒎𝒑𝒓𝒆𝒔𝒐𝒓 = 𝑚 𝑅−22 2𝑠 − 1
= 0,522 443,71 − 403,01
= 𝟐𝟏, 𝟐𝟒𝟑 𝒌𝑾
𝑸𝒌𝒐𝒏𝒅𝒆𝒏𝒔𝒐𝒓 = 𝑚 𝑅−22 2𝑠 − 3
= 0,522 443,71 − 249,71
= 𝟏𝟎𝟏, 𝟐𝟔 𝒌𝑾
B. Perhitungan Kompresor
N = 3000 rpm
β = 90
VT =0
h1 = 403,01kJ/kg
h2s= 443,71 kJ/kg
Daya refrigerant pada kompresor yaitu
𝑊
𝑚= 2𝑠 − 1 = 443,71 − 403,01 = 40,7
𝑘𝐽
𝑘𝑔= 40700
𝐽
𝑘𝑔
25
Kecepatan tip dari impeller
𝑊
𝑚= 𝑢2
2 1 −𝑉𝑛 ,2𝐶𝑜𝑡 90
𝑢2
𝑢2 = 40700
𝑢2 = 201,742 𝑚/𝑠
Jari – jari impeller
𝑢2 = 𝜔𝑟2
𝜔 =2𝜋3000
60= 314
𝑟2 =201,742
314= 0,6425 𝑚
Diameter impeller
𝐷 = 2𝑟2 = 2 0,6425 = 1,285 𝑚 = 128,5 𝑐𝑚 > 80 𝑐𝑚 (𝑡𝑖𝑑𝑎𝑘 𝑏𝑖𝑠𝑎)
Maka direncanakan membagi dua ukuran diameter menjadi
𝑫 = 𝟎, 𝟔𝟒𝟐𝟓 𝒎
𝑟2 = 0,3212 𝑚
𝑢2 = 𝜔𝑟2 = 314 0,3212 = 100,87 𝑚/𝑠
𝑊
𝑚= 𝑢2
2 1 −𝑉𝑛 ,2𝐶𝑜𝑡 90
𝑢2 = 100,872 1 − 0 = 10175 𝐽/𝑘𝑔
Jumlah tingkat kompresor yang sesuai adalah
𝑛 =40700 𝐽/𝑘𝑔
10175 𝐽/𝑘𝑔= 3,999994376 ≈ 4
C. Perhitungan Kondensor
𝑇𝑘 = 40 °𝐶
𝑄𝑘 = 101,26 𝑘𝑊
Jumlah pipa 52 (13 kolom)
Jumlah pipa tiap baris = 52/13 = 4
𝑇𝑤𝑖 = 30 °𝐶
26
𝑇𝑤𝑜 = 35 °𝐶
𝑅𝑓𝑖 = 0,000176 𝑚2𝐾/𝑊
𝑑𝑖 = 15 𝑚𝑚
𝑑𝑜 = 17 𝑚𝑚
𝑘 = 384 𝑊/𝑚 ℃
Sifat fisik air pada suhu rata – rata
30 + 35
2= 32,5 °𝐶 + 273 = 305,5 𝐾
𝜇𝑤 = 7,73 × 10−4𝑘𝑔/𝑚𝑠
𝑘𝑤 = 0,614 𝑊/𝑚𝐾
𝜌𝑤 = 995𝑘𝑔
𝑚3
𝑐𝑝 = 4,19 𝑘𝐽/𝑘𝑔𝐾
𝑃𝑟 = 5,25
Sifat fisik R-22 pada suhu kondensasi 40 °C
𝜇𝑓 = 1,363 × 10−4𝑘𝑔/𝑚𝑠
𝑘𝑓 = 0,0798 𝑊/𝑚𝐾
𝜌𝑓 = 1128,4𝑘𝑔
𝑚3
𝑓𝑔 = 415,87 − 249,71 = 166,16 𝑘𝐽/𝑘𝑔
𝐿𝑀𝑇𝐷 =(𝑇𝑤𝑜 − 𝑇𝑤𝑖 )
ln 𝑇𝑐 − 𝑇𝑤𝑖
𝑇𝑐 − 𝑇𝑤𝑜
=35 − 30
ln 40 − 3040 − 35
= 7,21 ℃
Laju aliran massa air pendingin
𝑄𝑤 = 𝑚 𝑤𝑐𝑝(𝑇𝑤𝑜 − 𝑇𝑤𝑖 )
101,26 = 𝑚 𝑤 4,19 35 − 30
𝑚 𝑤 = 4,883 𝑘𝑔/𝑠
Karena pipa ada 52 dan dibuat 2 laluan, maka jumlah pipa tiap laluan adalah
26, maka laju aliran massa air pada tiap pipa adalah 0,186 kg/s
Koefisien konduksi di dalam pipa
𝑖 = 0,023𝑅𝑒0,8𝑃𝑟0,4 ×𝑘𝑤
𝑑𝑖
27
Hitung Re terlebih dahulu
𝑅𝑒 =4𝑚 𝑤𝜋𝑑𝑖𝜇𝑤
=4(0,186)
𝜋 0,015 (7,73 × 10−4)= 20424
𝑖 = 0,023(20424)0,85,250,4 ×0,614
0,015= 5128,4 𝑊/𝑚2𝐾
Koefisien konveksi di permukaan luar pipa
Jumlah pipa tiap baris N = 4
𝑜 = 0,725 𝑘𝑓
2𝜌𝑓2𝑔𝑓𝑔
𝑁𝑑𝑜𝜇𝑓∆𝑇
0,25
= 0,725 0,079821128,42 9,81 (166,16 × 1000)
(4 × 0,017 × 1,363 × 10−4∆𝑇
0,25
=4454
∆𝑇0,25
Persamaan ini hanya bisa dihitung jika temperatur permukaan pipa Ts
diketahui. Karena belum ada maka kita harus menggunakan cara Trial and
Error.
1. Misalkan ∆𝑻 = 𝟓℃
𝑜 =4454
(5)0,25= 2978,6 𝑊/𝑚2𝐾
Koefisien perpindahan panas menyeluruh
𝑅𝑓𝑜 𝑑𝑖𝑎𝑛𝑔𝑔𝑎𝑝 𝑛𝑜𝑙
1
𝑈𝑜=
𝑟𝑜𝑟𝑖
1
𝑖+
𝑟𝑜𝑟𝑖
𝑅𝑓𝑖 +𝑟𝑜 ln
𝑟𝑜𝑟𝑖
𝑘+
1
𝑜
1
𝑈𝑜=
0,0085
0,0075
1
5128,4+
0,0085
0,00750,000176 +
0,0085 ln 0,00850,0075
384+
1
2978,6
𝑈𝑜 = 1317,5918 𝑊/𝑚2𝐾
28
Luas permukaan total pipa
𝐴𝑜 =𝑄
𝑈𝑜𝐿𝑀𝑇𝐷=
101,26 𝑘𝑊
1317,6 7,21 = 10,6591 𝑚2
2. 𝒄𝒆𝒌 𝒕𝒆𝒃𝒂𝒌𝒂𝒏 ∆𝑻
∆𝑇 =𝑄
𝑜𝐴𝑜=
101,26 𝑘𝑊
2978,6(15,6)= 3,1894 ℃
Karena tebakan masih berbeda, maka digunakan ΔT = 3,1894 dan kembali ke
langkah 1. Untuk selanjutnya perhitungan dilakukan dengan bantuan Microsoft
Office Excel agar lebih mudah.
ΔT ho Q Uo LMTD Cek ΔT Ao
5 2978.6 101260 1317.5918 7.21 3.1894 10.6591
3.1894 3332.9 101260 1382.6149 7.21 2.9910 10.1578
2.9910 3386.9 101260 1391.8122 7.21 2.9629 10.0907
2.9629 3394.8 101260 1393.1599 7.21 2.9588 10.0810
2.9588 3396 101260 1393.3584 7.21 2.9582 10.0795
2.9582 3396.2 101260 1393.3877 7.21 2.9581 10.0793
2.9581 3396.2 101260 1393.3920 7.21 2.9581 10.0793
2.9581 3396.2 101260 1393.3927 7.21 2.9581 10.0793
Maka di dapat ΔT = 2,9581 °C, luas permukaan total pipa yang sebenarnya
adalah
𝐴𝑜 = 10,0793 𝑚2
Panjang pipa
𝐿 =𝐴𝑜
52 × 𝜋𝑑0=
10,0793
52 × 𝜋 × 0,017= 3,6312 𝑚
(Sementara panjang kondensornya sendiri angka ini harus dibagi 2, karena dua
laluan dan ditambah ukuran head dan rear).