Upload
jimisac
View
571
Download
39
Embed Size (px)
Citation preview
Refrigerasi dan Pengkondisian UdaraDr.Ir.Dipl.-Ing.Berkah Fajar TK
Bab III Pschycrometry
•
Pschycrometry adalah ilmu yang mempelajari campuran udara dan uap air.
•
Pada pengkondisian udara ilmu ini penting, sebab proses pengkondisian udara merupakan pengurangan atau penambahan uap air untuk udara yang dikondisikan
•
Contoh : dehumidifier, humidifier, cooling tower.
PSYCHROMETRIC CHART
Garis Jenuh (khusus untuk air)
Garis jenuh yang diperoleh dari tabel jenuh udara-air (tabel A-2)
Tekanan uap air
Temperatur
Daerah udara-
air tidak jenuh
Garis jenuh yang diperoleh dari tabel jenuh air (tabel A-1)
Dew-point temperature
Didinginkan pada tekanan konstan
Catatan:
Tabel A-1: tabel jenuh air
Tabel A-2:tabel jenuh-udara air pada 1 atm
Kelembaban Relatif
Kelembaban relatif = perbandingan fraksi mol pada campuran udara-air dan fraksi mol uap air pada tekanan jenuh dan temperatur sama.
Dengan menganggap campuran udara dan uap air sebagai gas ideal, maka dehisi tersebut dapat ditulis:
samaPTpadamurniairuapjenuhtekanansamaPTpadaairuapparsialtekanan
,,
=φ
Ratio Kelembaban (Kelembaban Mutlak)
Udara kering dan uap air diasumsikan sebagai gas ideal, karena temperatur udara kering relatif tinggi terhadap temperatur jenuhnya dan tekanan uap air relatif rendah terhadap tekanan jenuhnya.
Ratio Kelembaban (Kelembaban Mutlak)
( )a
sts
s
aa
ss
RppR
p
TRVp
TRVp
ingudarakgairuapkgW
−===
ker
W = rasio kelembaban (kg uap air/kg udara kering)
V = volume sebarang campuran udara dan uap air dalam m3
Pt
= tekanan atmosfer = pa
+ps
, Pa
Pa
= tekanan parsial udara kering, Pa
Ra
= konstanta gas udara kering = 287 J/kg.K
Rs
= konstanta gas uap air = 461,5 J/kg.K
T = Temperatur absolut campuran uap air-udara, K
3-1
Ratio Kelembaban (Kelembaban Mutlak)
Harga Ra
dan Rs
disubtitusikan ke persamaan (3-1)
st
s
st
spp
ppp
pW−
=−
= 622,05,461
287
Ratio Kelembaban (Kelembaban Mutlak)
Contoh 3-1 :
Hitung kelembaban mutlak untuk kelembaban relatif 60 % ketika temperaturnya 300C. Tekanan atmosfer 101,3 kPa:
Jawab :
Dari tabel A-1 tekanan jenuh uap air pada 300
C = 4,241 kPa
Maka tekanan uap air = 60%.4,241 kPa = 2,545 k Pa.
Dari persamaan (3-2)
kgkgW /0160,0545,23,101
545,2622,0 =−
=
Tentukan dengan diagram psychrometric !
EntalpiEntalpi campuran udara-uap air = entalpi udara kering + entalpi uap air
Entalpi uap air = entalpi jenuh uap air pada temperatur konstan
kgkJtpadaairuapjenuhentalpihCairuapudaracampurancampurantemperaturt
kkgkJkonstekananpadaingudarajenispanasC
hWtch
g
p
gp
/,,
./0,1tanker
.
0
=−=
=
+=
Entalpi
H= Cp t+ W.hg
Volume Jenis
st
s
st
a
a
a
pppW
ppTR
pTRv
−=
−==
622,0
Kombinasi perpindahan panas dan massa
Penjenuhan Adiabatik dan Temperatur bola basah
fhWWhh )( 1221 −−=
Penjenuhan Adiabatik dan Temperatur bola basah
Bab II Perhitungan Beban Pemanasan/Pendinginan
Faktor Yang Mempengaruhi Kenyamanan Manusia
Katagori Beban Pendinginan
Outdoor Design
Indoor design
Pendinginan :•
Temperatur : 200
C sampai 220 C
•
RH : 55 % ±
5%
Indoor design
Beban Orang
Beban Orang
Beban Orang
Beban Orang
174
=−=
CLFlatenbebanUntukCLFxorangjumlahxtabeldariorangperbebanorangbeban
Infiltrasi
Ventilasi
Ventilasi
Ventilasi dan Infiltrasi
kgkgmutlakkelembabanWsLiltrasiventilasivolumealiranlajuQ
WWQq
ttQq
ilaten
isensible
/,)/(inf/
)(.3000
)(.23,1
0
0
==
−=
−=
&
&
&
Beban Lampu
FactorLoadCoolingCLFballastFaktorFpenggunaanFaktorF
CLFFFwattdalamlampuratingq
b
u
bu
===
==
2,1
))()()((
Heat Storage
CLF untuk Lampu
Beban dari Radiasi Matahari
Heat Storage
Beban Radiasi Matahari
FactorLoadCoolingCLFLuasA
tCoefficienShadingSCCLFASCSHGFq maks
===
= ).()..()(
Beban Pendinginan Melalui Dinding dan Atap
)( iew ttAUq −=
BAB V Sistem Pengkondisian Udara
Sistem Distribusi Termal:Sistem yang memindahkan panas dari ruangan ke mesin pendingin, atau sistem yang memindahkan panas dari pompa kalor/boiler ke ruangan.
Multiple-Zone
•
Air Systemsa. Terminal Reheatb. Dual-duct atau multizonec. Variable-air-volume
•
Water Systemsa. Two-pipeb.Four-pipe
Classic Single –zone System
Optional return-fan diperlukan untuk menghindari tekanan berlebihan di ruang yang dikondisikan
Heating and humidification Cooling and dehumidification with reheat
Outdoor Air ControlTemperatur di A diatur pada 130C-140C
Ventilasi : 10 %-
20 % total flow rate, kecuali penggunaan khusus seperti di r. operasi atau laboratorium
Enthalpy-Control Concept
Single Zone System
( )
( ) ic
Ls
icp
s
Ls
s
ic
icp
hhqq
ttcqw
qqq
hhttc
−+
=−
=
+=
−
−
Terminal Reheat System
Dual Duct or Multizone System
Variable-Air-Volume System
Water System
BAB VI Fan dan Duct
•
Menghitung hilang tekan udara yang melalui ducting dan fitting
•
Merancang sistem ducting•
Mempelajari karakteristik Fan yang berhubungan dengan sistem ducting
•
Merancang distribusi udara untuk ruang yang dikondisikan
Sistem Distribusi Udara
Ducting
Hilang Tekan di Cerobong Lurus
( )
μρ
εε
ρ
VD
fD
Df
VDLfp
=
⎪⎪⎪
⎭
⎪⎪⎪
⎬
⎫
⎪⎪⎪
⎩
⎪⎪⎪
⎨
⎧
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡+−+
=
=Δ
Re
Re3.91loglog214,1
1
22
2
Kekasaran Permukaan
Material Kekasaran ε, m
Riveted Stell 0,0009-0,009
Concrete 0,0003-0,003
Cast Iron 0,00026
Sheet Metal 0,00015
Commercial Steel 0,000046
Drawn tubing 0,0000015
Moody Diagram
Hilang Tekan Ducting Segiempat
baab
baba
perimeterpenampangluasxD
SegiempatPenampang
DD
D
perimeterpenampangluasxD
lingkaranpenampang
VDLfp
eq
eq
eq
+=
+==
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
==
=Δ
2)(2
.44
444
2
2
2
π
π
ρ
Hilang Tekan Ducting Segiempat
( ) ( )
( )( ) 25,0
625,0,
2
2,0
422,0
2
2,0
2
2
2,0
2
2,0
30,1
122
164
1
222
24
4
Re
baabD
ababbaba
DDD
abQ
baab
L
abba
abQ
Cp
abQV
DQ
DL
DQD
Cp
Cf
feq+
=
+⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
+
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
+
=Δ
=
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=Δ
=
ππ
ρ
μ
ρ
ρπ
μπρ
Hilang Tekan untuk Ducting Segiempat
Hilang tekan di Fitting
2
2
12
1 12 ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
AAVPloss
ρ
22
2 )11(2
−=c
loss CVP
Bentuk 2ρV2
{
43421geometri
geometri
AAVPP
AA
VV
VPVP
VDLfp
⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎣
⎡−⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=−
=
+=+
=Δ
12
22
2
2
2
12
121
2
1
1
2
222
211
2
ρ
ρρ
ρ
Sudden Enlargement
( ) ( )
2
2
12
1
1112222221
222
211
12
:.
22
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
−=−
++=+
AAVP
BernoulliperskeikandisubtitusmomentumPersamaan
AVVAVVAPAPtekanhilanguntukmomentumPersamaan
PVPVP
direvisiyangBernoulliPersamaan
loss
loss
ρ
ρρ
ρρρ
Sudden Contraction
( )
222
1
2
2
'1
2
2
'1
21
112
12
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
==
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
Closs
C
loss
CVP
VV
AAC
AAVP
ρ
ρ
Hilang tekan di Belokan
Branch Takeoff
( )22
14,02 ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
u
ddloss V
VVP ρ
Velocity Methode•
Kecepatan udara di main duct 5-8 m/s
•
Kecepatan di duct cabang 4-6 m/s
Optimasi
Total Cost = Biaya Investasi+ Biaya Operasi
Biaya Investasi = (ketebalan)(πD)(L)(massa jenis duct)(biaya instalasi Rp/kg)
Biaya operasi = C H Δp Q
Fan
Karakteristik Fan
Hukum Fan
1.
Variasi ω, ρ
konstanQ~ω
SP~ω2
P~ω3
2. Q konstan, ρ
variasiSP~ρ
P~ρ
3. Ρ
variasi, SP konstanQ~ ω~ P~
ρ1
ρ1
ρ1
Distribusi Udara
Distribusi Udara
BAB VII Cooling and Dehumidifying Coils
Koil pendingin digunakan untuk menurunkan temperatur udara sekaligus untuk memisahkan sebagian uap air dari udara (50C –
350C)
Terminology
•
Face area of the coil: luas penampang melintang aliran udara pada udara masuk koil
•
Face velocity of the air : laju aliran volume udara dibagi dengan luas penampang
•
Surface area of the coil : luas perpindahan panas yang kontak dengan udara
•
Number of rows of tubes : jumlah baris dalam arah aliran udara
DX (direct expansion) Coil
Chilled Water Coil
Closed and Opened System
Closed System
Opened System
Kondisi udara melalui Koil (Ideal)
Heat and Mass Transfer
Heat and Mass Transfer
( )
)(
)(.)(.
.
.
riir
iapm
c
pm
c
iapmiac
ttdAhdq
hhC
dAhdq
CdAhm
ttCmttdAhdq
−=
−=
=
−=−=
&
&
Cpm
panas jenis campuran udara dan air
Hr
konduktansi permukaan basah, logam, fin dan tube dan lapis batas fluida di dalam tube
Heat and Mass Transfer
RAA
hCh
hhtt
irpm
c
ia
ri ==−−
Jika tr
, ha
dan R diketahui ti dan hi harus dicari
ti
digunakan untuk menentukan performance koil
Heat and Mass Transfer
32 00098855,001135,07861,13625,9 iiii ttth +++=
000098855,001135,07861,13625,9 32 =++++−− iiiari ttthRt
Rt
Entalpi jenuh fungsi temperatur jenuh dari tabel A-2 untuk temperatur 20C sampai 300C:
Disubtitusikan ke persamaan sebelumnya :
Moisture Removal
( )
( ) )22
(
)22
(
2,1,212121
2,1,2121
21
ii
pm
c
ii
pm
c
WWWWCAhWWG
WWWWCAhremovawaterofRate
WWGremovalwaterofRate
+−
+=−
+−
+=
−=
−
−
Actual Coil Condition Curves
Solving for Outlet Conditions
Solving for Outlet Conditions
( )
( )2,2,
2,1,21
2,1,2,1,21
2,1,
2/
22
ii
rii
i
r
iiaa
pm
c
aa
tfh
qttt
AAAh
qhhhh
CAh
qhhG
=
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
+
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ +−
+
=−
−
−
Partially Dry Coil
Coil Performance from Manufacture
BAB 9 Pengaturan AC
Fungsi Kontrol/Pengaturan•
Mengatur sistem, sehingga kondisi nyaman dapat dicapai dan dijaga di ruang yang dikondisikan.
•
Untuk memperoleh kondisi operasi peralatan yang efisien
•
Untuk melindungi peralatan dan bangunan dari kerusakan dan penghuni dari cidera.
Dari fungsi sistem pengaturan dapat disimpulkan, bahwa sistem tersebut hanya dapat mengurangi kapasitasnya (idak dapat menambah kapasitas)
Elemen Pengaturan dasar
Pada pembahasan pengaturan ini hanya didasarkan pada logika dari pada pendekatan matematika dan pada pengaturan tunak (steady) dari pada pengaturan dinamik
Pengaturan Pneumatic, Elektrik dan Elektronika
•
Beberapa tipe sensor, actuator dan perangkat keras lain untuk pengaturan adalah pneumatic, elektrik dan elektronika.
•
Tidak ada yang jelas antara pengaturan elektrik dan elektronika. Pengaturan elektronika pasti elektrik
•
Pneumatic merupakan penggunaan standar di bangunan besar.
•
Pneumatik paling banyak digunakan di bangunan besar, karena : lebih alami, mudah dipahami oleh operator dan cocok untuk menggerakkan katub dan damper.
•
Jarang ditemui pengaturan yang secara murni hanya menggunakan satu tipe saja, biasanya hybrid
Sistem Pneumatic
Alat Pengaturan Pneumatic
1.
Valves for liquids( two-way, three-way mixing, three way by pass)
2.
Valves for control air (two way solenoid, three way solenoid)
3.
Dampers to restrict the flow of air4.
Manual pressure regulator for control air
5.
Pressure regulator for working fluids6.
Differential pressure regulators
Alat Pengaturan Pneumatic7. Velocity sensors8. Thermostats9. Temperature transmitters10. Receiver-controlers11. Humidistats12. Master and submaster controllers13. Reversing relays foe control pressure14. Pressure selectors15. Pneumatic electric switches16. Freezestats
Bimetal Sensor
Direct and Reverse-Acting Thermostats
A direct acting : kenaikkan tekanan di ruang yang bertekanan 1 kPA, karena kenaikkan temperatur, sehingga bimetal menutup port katub tertutup
Reverse acting : penurunan tekanan pada ruang kontrol karena penurunan tekanankatub terbuka
Actuator
Control Valve
Three-Way Valve
Damper
Temperature Transmitter with Receiver Controller
Throttling Valve
Two-way and Three-way Valves
Three-way valve
mixing Bypass
Harga two-way valve<three-way mixing<three-way bypass
Fail-Safe Design
Kehilangan tekanan suplai udara harus diantisipasi ketika merencana sebuah sistem kontrol.
•
Heating coils : normally open valves•
Cooling coils : not crucial, either normally open or normally closed valves
•
Humidification : normally closed valves•
Outdoor-air inlet and exhaust air : Normally closed dampers
ContohPada gambar disamping (reheat system), apakah termostats yang digunakan reverse atau direct-acting, apakah normally open atau closed?
Normally open
Direct-acting
Throttling Range
•
Throttling range : sebuah range pengaturan dari beban nol sampai beban maksimum
ContohTemperature transmitter range : 10-650
C, perubahan tekanan 20 sampai 100 kPa
Gain of Receiver-Controller : 10 to 1
Spring range hot water valve :60 to 90 kPa
Hot water valve normally open
Fully Open 60 kPa
Fully closed 90 kPa range (90-60)kPa = 30 kPa
Dengan gain of the receiver-controller: 10 to 1
Pressure range from the temperature transmitter =30/10 = 3 kPa
This pressure change in the temperature transmitter corresponds to a temperatur change of
(3kPa) (65-100C)/(100-20 kPa) = 2 K
BAB X Siklus Kompresi Uap
BAB X KOMPRESOR
Jenis Kompresor
Kompresor adalah jantung mesin pendingin yang bekerja berdasarkan SIKLUS KOMPRESI UAP
Jenis Kompresor :1.
Screw
2.
Reciprocating3.
Vane
4.
centrifugal
Reciprocating Kompresor
Reciprocating Kompresor
Kecepatan : rendah (2 sampai 6 r/s) ---
tinggi (60 r/s)
KOMPRESOR
(a) tipe terbuka (b) tipe hermetik
(c) semi hermetik
Pada mesin refrigerasi rumah tangga dan komersial jenis kompresor yang biasa digunakan adalah kompresor tipe hermetik
Performansi Kompresor
•
Performansi kompresor yang penting adalah : KAPASITAS PENDINGINAN dan DAYA KOMPRESOR
Efisiensi Volumetrik
•
Efisiensi volumetrik adalah dasar untuk mempridiksi performansi sebuah kompresor.
•
Actual volumetric efficiency :
%100/,
/,3
3x
smkompresornperpindahalajusmkompresormemasukivolumealiranlaju
va =η
Pressure-volume Diagram sebuah Kompresor Ideal
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−−=
==
=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−−=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
−−=
−−
−=
−−
+=
−−+−
=
−=
1100
100.1100
100.1100
100.100
100.100
%100.
%100.
1
1
1
3
3
1
3
1
3
13
3
dis
sucvc
dis
suct
ntdisplaceme
suction
C
Cvc
CC
Cvc
C
Cvc
C
Cvc
C
CCvc
C
C
vvm
isentropikkompresisetelahspesifikvolumevkompresormasukspesifikvolumev
vv
VV
VVm
VV
VVV
VVVVVVVV
VVVVVV
VVVm
η
η
η
η
η
η
Performansi Ideal Kompresor
suc
vc
vxnperpindahalajuw 100η
=
Screw Kompresor
Vane Kompresor