Proyek Pemasangan Ac (Cooling Load Calculation)

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




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




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




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



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




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




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



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




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



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



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



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



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



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



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

2𝜌𝑓2𝑔𝑕𝑓𝑔

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).

Proyek Pemasangan Ac (Cooling Load Calculation)

Documents

Transcript of Proyek Pemasangan Ac (Cooling Load Calculation)