SISTEM PENGKONDISIAN UDARA

Apr 12, 2023TEKNIK MESIN FT UGM 1

sistem pengkondisian udara

Apr 12, 2023 TEKNIK MESIN FT UGM 2

U.S. DOE Electrical End-Use Estimates “Commercial Buildings Energy Consumption Survey”


Prinsip pengkondisian udara

Pengkondisian udara adalah pengaturan udara meliputi : Temperatur Kelembaban Kualitas Sirkulasi Kebisingan


Udara atmosfir

• Udara yang mengisi atmosfir bumi, umumnya mengandung uap air (moisture),

• Kandungan uap air dalam udara atmosfir dapat berubah sebagai akibat dari adanya proses kondensasi atau evaporasi air laut, sungai, danau atau human body.

Udara kering (dry air)Udara yang tidak mengandung uap air.Komposisi udara kering relatif konstan, tersusun dari (fraksi volume) : Oxygen 0.2095 ( 21 %), Nitrogen 0,7809 ( 78 %), gas lainnya 0,01( 1 %).


Udara

Udara standar atmosfer G = 9,807 m/s2

T = 15 C P = 1 atm = 14,7 psi = 101,325 kPa P v = R T = 1,225 kg/m3

R = 287 J/kgK

UDARA KERING :O2 = 20,95%N2 = 78,09%CO2= 0,03%Ar = 0,93%BM =28,965

UAP AIR(H2O)BM=18


Sifat-sifat udara

Udara dapat diperlakukan sebagai campuran antara uap air (moisture) dan udara kering (dry air).

Tekanan udara total : P = Pa + Pv

Pa , Pv masing-masing tekanan parsial udara kering dan tekanan parsial uap air

Massa uap air (mv) yang ada pada setiap satuan massa udara kering (ma)

1. TEKANAN

2. Kelembaban absolut (absolute humidity / specific humidity / humidity ratio)


v

a

m

m kg.uap air/kg.udara kering

v

a

P0 622

P,

Bila pada udara yang humidity ratio nya nol (=0), dimasukkan uap air kedalamnya, maka akan naik. Semakin ditambah uap air maka akan terus naik sampai mencapai harga maximum. Pada keadaan ini udara disebut jenuh (saturated air), uap air yang ditambahkan akan mengalami kondensasi.


Perbandingan massa uap air (mv) yang ada di udara dengan massa uap air maximum (mg) yang dapat dikandung oleh udara (jenuh) pada temperatur yang sama.

3. Kelembaban relatif (Relatif humidity)

v

g

mRH

m

g

PRH

0 622 P( , )

atau

Pg Psat@T

udara jenuhudara ing

0 RH 1 ker


Temperatur yang diukur dengan menggunakan termometer dimana bagian sensornya dalam keadaan basah (dibungkus dengan kain/kapas basah) dan ditempatkan dalam aliran udara.

4. Temperatur bola kering (dry bulb temperature, Tdb)

5. Temperatur bola basah (wet bulb temperature, Twb)

Temperatur yang diukur dengan menggunakan termometer dimana bagian sensornya dalam keadaan kering.


Temperatur tertentu dimana proses kondensasi uap air yang ada dalam udara mulai terjadi bila udara didinginkan pada tekanan konstan.

6. Temperatur titik pengembunan (dew point temperature, Tdp)

Tdp = Tsat@Pv

Volume udara tiap satu satuan massa udara kering (m3/kg udara kering)

7. Volume spesifik ()


Entalpi udara total

H = Ha + Hv atau H = maha + mvhv

8. Entalpi (h)

Menunjukkan energi (Heat content) yang dikandung oleh udara tiap satu satuan massa udara kering (kJ/kg udara kering).

va v

a a

mHh h h

m m Entalpi spesifik

Karena hv hg dan v

a

m

m

a gh h h

h 1 005t 2501 3 1 8 t) 2, ( , ,

atau


Grafik Psikrometri

RH (%)

Tdp


Contoh : Udara pada temperatur Tdb = 35 0C dan RH = 40 %


MACAM-MACAM PROSES

0 12

3

4 5

6

7

8

Proses :0-1 = Sensible heating0-2 = Sensible cooling0-3 = Humidification0-4 = Dehumidification0-5 = Heating & Dehumidification0-6 = Heating & Humidification0-7 = Cooling & Humidification0-8 = Cooling & Dehumidification


Sensible Heating

1 = 80 % 2 = 30 %


Sensible cooling

Cooling coils

>


Simple Heating and coolingMost air-conditioning processes can be modeled as steady-flow processes, and thus the mass balance relation min , mout can be expressed for dry air and water as

Disregarding the kinetic and potential energy changes, the steady-flowenergy balance relation Ein Eout can be expressed in this case as


Heating with humidification


Cooling with humidification


Termodinamika tubuh manusia

Hm = 100%

UDARA(0,5 m3/jam)

Ha = 2%

HL = 80%

W = 20%

Hc = 25%HR = 43%

He = 30%

SENSIBEL

LATEN

Hm – W = He + Hc + HR

Kalor yang dilepas tubuh manusia = 105 – 117 Watt/orang


dengan : Hm = Kalor hasil metabolisme W = Kerja yang berguna

He = Kalor melalui penguapan

Hc = Kalor melalui konveksi

Hr = Kalor melalui radiasi

Hs = Kalor yang tersimpan dalam tubuh V = kecepatan udara m/min

Tb = temperatur permukaan tbh T = temperatur udaraTa = temperatur lingkungan

wsb = kelembaban spesifik pada temperatur tubuhw = kelembaban spesifik udara


Sumber-sumber kalor

Internal : Penghuni Lampu Peralatan listrik

Eksternal : Infiltrasi Radiasi surya Konduksi,

konveksi

VentilasiFan, ducting

Lampu

Peralatan listrik

Penghuni

Infiltrasi

Konduksi

1TR = 12 000 Btu/hr = 3,5 kW = 3000 kcal/hr


Pengelompokan beban pendinginan

TR, RH%

RSH,RLH,RTH

ERSH, ERLH, ERTH

AHUSA DA MA OA

EA

RA

RA

BABF

OASH,OALHOATH

TSH,TLH,GTH

ERSH = RSH + BF.OASHERLH = RLH + BF. OALHERTH + ERSH + ERLH

TSH = RSH + OASHTLH = RLH + OALHGTH = TSH +TLH

GTH

TSHGSHF

ERTH

ERSHERSHF

RTH

RSHRSHF


CARA MENGGAMBAR GARIS SHF

R(24oC,60%)

Misal RSHF = 0,75


R

M

STadp

GSHF

RSHF

ERSHF

Proses pengkondisian udara

O

TSATR


Kebutuhan udara suplaiSatuan BritishCFMsa

Satuan SICMMSA

SAR

SAR

saR

hh

RTH

RLH

TT

RSH

020

680

11

,

,

,

SAR

SAR

saR

hh02,0

RTH

50

RLH

TT0204,0

RSH

RSH,RLH, RTH (Btu/hr)T (F), ( grain/lb)CFM (ft3/min)

RSH,RLH, RTH (kW)T (F), ( gram/kg)CMM (m3/min) = 35 CFM


adpRDA TTBF11,1

ERSHCFM

BF Aplikasi Contoh0.3 – 0.5 Beban kecil Recidence

0.2 – 0.3 Beban besarSHF kecil

Recidence, Retail shop, factory

0.1 – 0.2 Kenyamanan Dept. Store, Bank, factory

0.05 – 0.1 Beban besarBeban laten besar

Dept. Store, Restaurant

0.0 – 0.1 All Outdoor Systems Hospital, Operation Room


SKALA SHF

Tdb=24 oC

RH =50%


Tabel Bypass Factor

Pipe/row3 Fin/cm 6 Fin/cm

Air Velocity (m/min)

90 210 90 210

2 0.42 0.55 0.22 0.38

3 0.27 0.40 0.10 0.23

4 0.19 0.30 0.05 0.14

5 0.12 0.23 0.02 0.09

6 0.08 0.18 0.01 0.06

8 0.03 0.08

Apr 12, 2023TEKNIK MESIN FT UGM 31

Tipe pengkondisian udara


Ceiling Type Indoor Unit


AC tipe Almari


Wall Mounted Indoor Unit


Tipe pengkondisian udara

1. Tipe jendela (window)2. Tipe almari (paket)3. Tipe terpisah (split)4. Tipe atap (roof top)5. Tipe udara sentral6. Tipe air sentral7. Tipe induksi


Window type air conditioner

1. Evaporator2. Kondenser3. Kompresor4. Katup ekspansi5. Fan kondenser6. Fan evaporator7. Penampung kondensat

1 2

3

4

56

7


AC tipe almari

1. Evaporator2. Kondenser3. Kompresor4. Katup ekspansi5. Fan evaporator6. Penampung kondensat

1

2

3

45

6


AC tipe split (terpisah)

1. Evaporator2. Kondenser3. Kompresor4. Katup ekspansi5. Fan kondenser6. Fan evaporator7. Penampung kondensat

Indoor

Unit

Outdoor Unit

1

23

4

5

6

7


AC type atap (roof top)

1. Evaporator2. Kondenser3. Kompresor4. Katup ekspansi5. Fan kondenser6. Blower evaporator7. Penampung kondensat

12

3

4

5

6

7


AC tipe udara sentral

All Outdoor Systems (Fresh Air Systems)Return Air SystemsVariable Air Volume Systems


All Outdoor systems

1 2 3 4 5 6

7

8

SA

OA

1. OA DAMPER

2. BAG FILTER

3. CA FILTER

4. COOLING COIL

5. MIST ELIMINATOR

6. HEATING COIL (OPTIONAL)

7. CENTRIFUGAL BLOWER

8. CONDENSAT PAN


Return Air systems

1. RA DAMPER

2. OA DAMPER

3. BAG FILTER

4. CA FILTER

5. COOLING COIL

6. MIST ELIMINATOR



9. CONDENSAT PAN

1

2 3 4 5 6 7

8

9

SA

OA

RA

MA

BA

RA


Variable Air Volume Systems

1

2 3 4 5 6 7

8

9

SA

OA

RA

MA

VAV

1. RA DAMPER

2. OA DAMPER

3. BAG FILTER

4. CA FILTER

5. COOLING COIL

6. MIST ELIMINATOR



9. CONDENSAT PAN

10. VARIABLE AIR VOLUME DAMPER

10


All Water Systems

CONDENSER

EVAPORATOR

COM

FCU

AHU

CHILLER

COOLING TOWER

EV


Induction Systems

Udara panas atau dingin dari unit terpusat

Air panas atau dingin dari unit terpusat

Udara suplai

Ruang yang dikondisikan

Udara disirkulasi


Induction Systems

ROOM FCU &

RECIRCULATING AIR

ROOM FCU &

CONDITIONED OUTDOOR AIR

ROOM FCU & CONDITIONED OUTDOOR AIR

ROOM FCU &

OUTDOOR AIR


Saluran dan distribusi udara

1. Sistem distribusi udara suplai dan udara balik2. Sistem saluran udara suplai dan udara

balik3. Blower/ Fan


Kecepatan udara keluar dari lubang suplai

PemakaianKecepatan (m/menit)

Studio pemancar 90 – 150

Rumah tinggal, kantor, teater 150 – 225

Gedung bioskop 300

Kantor pelayanan umum 300 – 375

Toko 450 – 600


Penempatan wall mounted indoor unit

V =15 m/menit

L

3/4 L

1,8 m


Penempatan floor mounted indoor unit


Penempatan ceiling mounted indoor unit


Distributor udara suplai

Jenis distributor : Grilles dan registers Ceiling diffuser Slot diffuser Panel berlubang

Pertimbangan pemilihan : Jumlah udara Tinggi ruangan Penempatan Pemakaian Pola distribusi Jangkauan Kebisingan Penyebaran Estetika


Penempatan lubang saluran balik

Tidak terlalu dekat dengan lubang udara suplaiTidak menimbulkan efek tarikan pada penghuniTidak menimbulkan kebisinganKecepatan 180 – 240 m/menit atau0,75 kecepatan udara suplai


Aliran udara dalam saluran

tankonsgzVp 2

21

tankonsgzVp 2

21

tankonspppp tzvs

tankonsppp tvs

Persamaan Bernoulli

mmka04,4

Vp

2

v

PaV6,0p 2v

Tekanan dinamis


Tekanan total fan

AHU

Saluran udara suplaiSaluran udara balik

pv

pT

ps

pv1

pT1

ps1

pE

pv1

ps2

pT2

pv2pv3

ps2

pT3

pT4

ps4

pv4 pO

pO+pv4FTP

FTP = pT3 – pT2


FTP (Fan Total Pressure)

pT1= – pE

ps1= pT1 – pv1= –(pE+ pv1)

pT2= pT1 – p1-2= –(pE+ p1-2)

ps2= pT2 – pv2= – (pE+ p1-2+ pv2)

pT4= pO+ pv4

ps4= pT4–pv4= pO

pT3= pT4+ p3-4= p3-4+ pO+ pv4

ps3= pT3–ps3= p3-4+ pO+ pv4-ps3

FTP= pT3–pT2= pE+ p1-2 + p3-4+ pO+ pv4


FTP

FTP merupakan jumlah dari :1) Kerugian tekanan pada lubang masuk2) Kerugian tekanan pada saluran balik3) Kerugian tekanan pada AHU4) Kerugian tekanan pada saluran suplai5) Kerugian tekanan pada lubang keluar6) Tekanan dinamis pada lubang keluar


Daya yang diperlukan oleh Fan

FSP (Fan Static Pressure) = FTP – pv3

FVP (Fan Velocity Pressure) = pv3

Daya yang diperlukan oleh Fan :

FTP.QPower v


Penurunan tekanan pada saluran udara

Penurunan tekanan pada saluran lurus1) Persamaan Darcy

v2 p

D

LfV

2

1

D

Lfp

SaluranKeliling

SaluranPenampangLuas

P

ADh

fRe

255,1

D7,3

klog4

f

1

k = 0,00015 m

VDRe

mm.k.a


2) Persamaan Fritzsche V(m/s)L(m)D(m)Qv(m3/s)

(kg/m3)

269,1

852,1

D

LV01422,0p

atau

973,4

852,1v

D

LQ22243,0p

atau

6343,0v

4865,2

Q

LV012199,0p

973,4

852,1v

D

LQ002268,0p

Pa

Pa

Pa

mmka

atau

D(m)

V(m

/s)

p/L (Pa/m)Q

v(m

3 /s)


3) Diameter ekivalen

63

ba

ab265,1D

25,0

625,0

ba

ab3,1D

atau

a

b

Aspect Ratio = a/b < 4


Penurunan tekanan dinamis

No. Item F

1 Elbow 90o 1.5

2 Ell 90o Rounded 0.5

3 Long Ell 90o 0.1

4 Elbow 45o 0.5

5 Ell 45o Rounded 0.2

6 Long Ell 45o 0.05

2

v2

21

4

VFKpVKp

mm.k.a


No. Item F

7

Luas penampang membesar 8o

8o

8

Pembesaran mendadak

2

2

1

A

A115.0

2

2

1

A

A1

A1A2

A1A2

2

2

1

A

A1


No. Item F

9 Dari ducting masuk ruangan

1

10 Penyempitan gradual

0

11 Penyempitan mendadak

0 – 0.35

12 Aliran dri ruang masuk ducting

0 – 0.35


No. Item

13

14 Grill

Free area divided by total area

0.6 0.4 0.2

Wire gauze 2 5 17

Sheet metal 4 10 50

A0A1

Aa

A0 = A1 + A2

Lihat No. 7

Lihat No. 6

Lihat No. 10


Perancangan sistem saluran udara

Perhatikan aspek ekonomis :1) Biaya awal berkaitan dengan ukuran2) Biaya operasi berkaitan dengan daya FanPertimbangan : Saluran sependek mungkin Perubahan arah mendadak dihindarkan Kecepatan aliran mempertimbangkan kebisingan Sudut pembesaran < 20o

Aspec ratio < 4 Menggunakan bahan yang halus Pada percabangan dilengkapi damper


Bahan saluran udara Aluminium Baja digalvanis Asbes/semen untuk bahan yang korosif Fibre-glass

Klasifikasi saluran udaraKecepatan Tekanan

Tekanan rendah < 600 mpm < 5 mm ka

Tekanan medium

< 600 mpm < 15 mm ka

Tekanan tinggi > 600 mpm > 15 mm ka


Tebal plat saluran udara

Sisi terpanjang (cm)BWGTek. rendah Tek.

mediumTek. tinggi

Sampai 30 - - 26

30 – 75 Sampai 45 - 24

75 – 135 45 – 120 Sampai 120 22

135 – 210 120 – 180 120 – 180 20

> 210 > 180 180 – 240 18

> 240 16


Kecepatan aliran udara (mpm)

Aplikasi

Pertimbang-

an Noise pada

Saluran utama

Pertimbangan gesekan

Saluran utama

Saluran cabang

Suplai

Balik Suplai Balik

Rumah tinggal 180 300 240 180 180

Apartemen, Hotel, RS 300 450 300 360 300

Kantor, Perpustakaan 360 600 450 480 360

Teater 240 390 330 300 240

Toko, Bank, Restauran 450 600 450 480 360

Kafe 540 600 450 480 360


Metode perancangan saluran udara

1) Metode gesekan sama2) Metode reduksi kecepatan3) Metode SPR (Static Pressure Regain)


Metode gesekan sama

Jumlah udara total telah diketahuiPilih kecepatan yang diijinkan pada saluran utamaUkuran saluran utama dan kerugian gesekan per satuan panjang ditentukan menggunakan grafikUkuran saluran lain ditentukan berdasarkan kerugian gesekan per satuan panjang yang sama dengan kerugian gesekan per satuan panjang pada saluran utamaJika sistem jaringan ducting tidak simetris, gunakan damper pada setiap percabanganDaya Fan ditentukan berdasarkan kerugian tekanan total terbesar


Metode reduksi kecepatan

Ukuran saluran utama ditentukan berdasar kan kecepatan yang diijinkan seperti pada metode gesekan samaSaluran lain ditentukan berdasarkan kecepatan yang diijinkan pada percabanganPerlu pengalaman


Metode SPR

Mempertahankan tekanan statik konstan sebelum tiap terminal dan tiap percabanganKenaikan tekanan statik sesudah tiap cabang atau terminal akibat pengurangan kecepatan sama dengan kerugian tekanan pada seksi saluran berikutnya


Grafik pskrometri

Tdb

RH

Tdp

vTwb

h

Garis jenuh


Psikrometri

01 2

3

45

6

7

8

Proses :0-1 = Sensible cooling0-2 = Sensible heating0-3 = Dehumidification0-4 = Humidification0-5 = Cooling & Humidification0-6 = Heating & Dehumidification0-7 = Heating & Humidification0-8 = Cooling & Dehumidification

Tdb


Proses pengkodisian udara

Tdb

O

R

M

STadp

GSHF

RSHF

ERSHF

TRTSA


Basic HVAC Equipment

Fans / BlowersFurnace / Heating unitFiltersCompressorCondensing unitsEvaporator (cooling coil)Control SystemAir Distribution System


System Types and Common Terms

Packaged Rooftop Unit

Split System

Heat Pump

Geothermal

Air to Air

Hydronic (water)

PTAC / PTHP

Constant Volume

Variable Volume

Indoor Air Quality

Direct Expansion


Packaged Rooftop Units


FURNACE

A/C UNIT

Ductwork

Heating and Cooling Equipment

Temperature &Humidity Controls

Split System


Heat Pump

• Operate on simple refrigeration cycle

• Reversing the cycle provides heating

• Temperature limitations

• Air to air

• Water source

• Geothermal

• Lake coupled


Geothermal Heat Pump Systems


Variable Air Volume

T T

Variable Speed Return Fan

Re

turn

Air

Return Ducts

Zone Thermostat

Reheat Coil

VAV Box

Supply DuctsVariable Speed Supply Fan

Filt

ers

Co

ol C

oil

w/T

em

p R

es

et

He

at

Co

il w

/Tem

p

Re

set

HVAC-89


Terminal Units

Variable volume: Parallel

Constant volume: Series


Hydronic systems

PumpsPipingValves


Control Devices

Thermostats Manual

Programmable

Optimum Start

DDC Systems

Variable Speed Drives

Automatic Valves and Dampers

Outdoor Sensors


Major Equipment

Chillers

Boilers

Cooling Towers


Economizers

Air Side Water Side


EconomizersFree cooling source: When available, use cool outdoor

air instead of mechanically cooled air.

55 oF

80 oF

Minimum supply of outside air

Normal OperationOutside air dampers are positioned to provide the minimum outside air

Economizer OperationOutside air dampers are fully open. Maximum outside air is provided

80 oF

55 oF and up

85%outside air

85%exhaust

HVAC-95


Air DistributionDuctwork Metal Flexible Ductboard

Grilles, Louvers, & RegistersDampers Shut off Fire Smoke

SealantsSupports


Return Plenum Problems

HVAC-97


Additional Equipment

Energy Recovery Units

Desiccant Systems


Additional Equipment

Heat ExchangersHumidifiersSilencers


Mechanical Dehumidification

Return air is mixed with ventilation air

Cold coil condenses moisture

Heat is added back (electric or gas) so that room air is not over cooled- Reheat

Filt

er


Historical Minimum Ventilation Rates (cfm/person)

0

10

20

30

40

50

60

70

Tredgold 1836

Nightengale 1865

Billings 1895

Flugge 1905

Yaglou 1938

ASHRAE 62-73

ASHRAE 62-81

Smoking 62-81

ASH- RAE 62-89

Smoking 62-89


Improved Ventilation Effectiveness

• Mechanically provide filtered and dehumidified outdoor air to the breathing space

• Vary ventilation based on the number of occupants and process loads - changes in occupancy can be measured by CO2 sensors

• Consider designs that separate ventilation and space conditioning

• Utilize heat recovery systems to reduce system size and ventilation energy costs


Improved Ventilation Effectiveness

Effective mixing of ventilation air within spaceNet positive pressure in the southeast; exhaust from appropriate spacesProvide clean outdoor air, avoid: loading docks exhaust vents plumbing stacks waste collection stagnant water


Additional Information / Resources

ASHRAE – The American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers www.ashrae.org

Southface Energy Institute www.southface.orgGeothermal heat pump consortium www.geoexchange.orgwww.buildingscience.comwww.energycodes.gov


Pokok bahasan

1. prinsip pengkondisian udara2. termodinamika tubuh manusia3. beban pendinginan4. psikrometri5. macam-macam sistem pengkondisian

udara6. air handling unit7. fan8. trouble shooting

SISTEM PENGKONDISIAN UDARA

Documents

Transcript of SISTEM PENGKONDISIAN UDARA