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