SUHU

Suhu

April 25, 2008

Suhu adalah suatu besaran pokok yang menyatakan ukuran derajat panas atau dinginnya suatu benda.

Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu dengan tepat dan dapat dinyatakan dengan angka. Termometer bekerja dengan memanfaatkan sifat termometrik zat yang dijadikan pengisi termometer, yaitu sifat fisik zat yang berubah karena perubahan suhu.

Beberapa sifat termometrik zat seperti:

1. pemuaian kolom cairan dalam pipa kapiler
2. hambatan listrik seutas kawat platina
3. pemuaian suatu keping bimetal
4. pemuaian tekanan gas pada volume tetap
5. radiasi yang dipancarkan benda

Deskripsi

Siklus refrigerasi kompresi mengambil keuntungan dari kenyataan bahwa fluida yang bertekanan tinggi pada suhu tertentu cenderung menjadi lebih dingin jika dibiarkan mengembang. Jika perubahan tekanan cukup tinggi, maka gas yang ditekan akan menjadi lebih panas daripada sumber dingin diluar (contoh udara diluar) dan gas yang mengembang akan menjadi lebih dingin daripada suhu dingin yang dikehendaki. Dalam kasus ini, fluida digunakan untuk mendinginkan lingkungan bersuhu rendah dan membuang panas ke lingkungan yang bersuhu tinggi.

Siklus refrigerasi kompresi uap memiliki dua keuntungan. Pertama, sejumlah besar energi panas diperlukan untuk merubah cairan menjadi uap, dan oleh karena itu banyak panas yang dapat dibuang dari ruang yang disejukkan. Kedua, sifat-sifat isothermal penguapan membolehkan pengambilan panas tanpa menaikan suhu fluida kerja ke suhu berapapun didinginkan. Hal ini berarti bahwa laju perpindahan panas menjadi tinggi, sebab semakin dekat suhu fluida kerja mendekati suhu sekitarnya akan semakin rendah laju perpindahan panasnya.

Siklus refrigerasi ditunjukkan dalam Gambar 1 dan 2 dan dapat dibagi menjadi tahapan-tahapan berikut:
1 – 2. Cairan refrigeran dalam evaporator menyerap panas dari sekitarnya, biasanya udara, air atau cairan proses lain. Selama proses ini cairan merubah bentuknya dari cair menjadi gas, dan pada keluaran evaporator gas ini diberi pemanasan berlebih/ superheated gas.
2 – 3. Uap yang diberi panas berlebih masuk menuju kompresor dimana tekanannya dinaikkan. Suhu juga akan meningkat, sebab bagian energi yang menuju proses kompresi dipindahkan ke refrigeran.
3 – 4. Superheated gas bertekanan tinggi lewat dari kompresor menuju kondenser. Bagian awal proses refrigerasi (3-3a) menurunkan panas superheated gas sebelum gas ini dikembalikan menjadi bentuk cairan (3a-3b). Refrigerasi untuk proses ini biasanya dicapai dengan menggunakan udara atau air. Penurunan suhu lebih lanjut terjadi pada pekerjaan pipa dan penerima cairan (3b - 4), sehingga cairan refrigeran didinginkan ke tingkat lebih rendah ketika cairan ini menuju alat ekspansi.
4 - 1 Cairan yang sudah didinginkan dan bertekanan tinggi melintas melalui peralatan ekspansi, yang mana akan mengurangi tekanan dan mengendalikan aliran menuju

Gambar 1. Gambaran skematis siklus refrigerasi kompresi uap

Gambar 2. Gambaran skematis siklus refrigerasi termasuk perubahan tekanannya
(Biro Efisiensi Energi, 2004)

Kondenser harus mampu membuang panas gabungan yang masuk evaporator dan kondenser.
Dengan kata lain: (1 - 2) + (2 - 3) harus sama dengan (3 - 4). Melalui alat ekspansi tidak terdapat panas yang hilang maupun yang diperoleh.

Jenis-jenis refrigeran yang digunakan dalam sistim kompresi uap

Terdapat berbagai jenis refrigeran yang digunakan dalam sistim kompresi uap. Suhu refrigerasi yang dibutuhkan sangat menentukan dalam pemilihan fluida. Refrigeran yang umum digunakan adalah yang termasuk kedalam keluarga chlorinated fluorocarbons (CFCs, disebut juga Freons): R-11, R-12, R-21, R-22 dan R-502.

Sifat-sifat bahan-refrigeran dan kinerja bahan refrigeran tersebut diberikan dalam 2 Tabel dibawah:

Pemilihan refrigeran dan suhu pendingin dan beban yang diperlukan menentukan pemilihan kompresor, juga perancangan kondenser, evaporator, dan alat pembantu lainnya. Faktor tambahan seperti kemudahan dalam perawatan, persyaratan fisik ruang dan ketersediaan utilitas untuk peralatan pembantu (air, daya,

Suhu adalah ukuran derajat panas atau dingin suatu benda.
Alat yang digunakan untuk mengukur suhu disebut termometer.

Hubungan suhu pada skala-skala Celcius (C), Reamur (R), Fahrenheit (F), dan Kelvin (K):

® Acuan atas (air mendidih) ® Acuan bawah (es mencair)

Acuan ini ditentukan pada tekanan 1 atm = 76 cm Hg

Gbr. Hubungan Suhu Skala-Skala Celcius, Reamur, Fahrenheit, Kelvin

Jadi: t^oC = 4/5 t^oR = ( 9/5t+ 32 )^oF = ( t + 273 )^oK

Contoh:

Temperatur termometer Celcius (^oC) menunjukkan p kali temperatur termometer Fahrenheit (^oF). Berapakah besarnya temperatur masing-masing termometer itu?

Jawab:

Derajat Celcius : t_c = 5x

x(5 - 9p) = 32p ® x = 32p/(5-9p)

Derajat Fahrenheit: t_F = 9x + 32

C = 5x = 5(32p/5-9p) = 160p/(5-9p)

C = pF

F = C/P = 160p/p(5-9p) = 160/(5-9p)

5x = p(9x + 32)

5x - 9px = 32p

dll.) juga mempengaruhi pemilihan komponen.

psikometri

1. Prinsip Dasar Pengkondisian Udara

Untuk mencapai kenyamanan, kesehatan dan kesegaran hidup dalam rumah tinggal atau bangunan – bangunan bertingkat, khususnya di daerah beriklim tropis dengan udara yang panas dan tingkat kelembaban tinggi, diperlukan usaha untuk mendapatkan udara segar baik udara segar dari alam dan aliran udaran buatan. Udara yang nyaman mempunyai kecepatan tidak boleh lebih dari 5 km/jam dengan suhu/ temperatur kurang dari 30°C dan banyak mengandung O2.

Daerah di Indonesia kebanyakan kurang memberikan kenyamanan karena udaranya panas (23 -34°C), kotor (berdebu, berasap) dan angin tidak menentu, khususnya pada bangunan tinggi dimana angin mempunyai kecepatan tinggi. Karena keadaan alam yang demikian, maka diperlukan suatu cara untuk mendapatkan kenyamanan dengan menggunakan alat penyegaran udara (air condition).

Pengkondisian udara adalah perlakuan terhadap udara untuk mengatur suhu, kelembaban, kebersihan dan pendistribusiannya secara serentak guna mencapai kondisi nyaman yang diperlukan oleh orang yang berada di dalam suatu ruangan. Atau dapat didefinisikan suatu proses mendinginkan udara sehingga mencapai temperatur dan kelembaban yang ideal. Sistem pengkondisian udara pada umumnya dibagi menjadi 2 golongan utama :

• Pengkondisian udara untuk kenyamanan kerja

• Pengkondisian udara untuk industri

Sistem pengkondisian udara untuk industri dirancang untuk memperoleh suhu, kelembaban dan distribusi udara yang sesuai dengan yang dipersyaratkan oleh proses serta peralatan yang dipergunakan di dalam ruangan. Dengan adanya pengkondisian udara ini, diharapkan udara menjadi segar sehingga karyawan dapat bekerja dengan baik, pasien di rumah sakit menjadi lebih nyaman dan penghuni rumah tinggal menjadi nyaman

1.b. Komposisi utama sistem pengkondisian udara

Gambar 9.1. Sistem pengkondisian udara

Gambar 9.1. memperlihatkan komponen utama dari skema sistem pengkondisian. Komponen sistem pengkondisian udara adalah: sistem pembangkit kalor, mesin refrigerasi, menara pendingin dan ketel uap sistem pipa: pipa air dan pipa refrigerasi dan pompa pengkondisian udara: saringan udara, pendingin udara, pemanas udara dan pelembab udara sistem saluran udara: kipas dan saluran udara

Komponen AC yang dilalui sirkkulasi udara

• Fan (kipas udara) menggerakkan udara dari atau ke dalam ruangan. Udara yang dialirkan fan dapat berupa udara luar, udara ruangan atau gabungan dari udara luar dan udara ruangan. Jumlah aliran udara dan kecepatan udara harus diatur, agar memperoleh sirkulasi udara yang baik
• Supply Duct (saluran udara keluar): untuk saluran udara dingin dari fan ke dalam ruangan
• Supply out let (lubang keluar): untuk megatur arah aliran udara dari fan, sehingga udara terdistribusi ke seluruh ruangan. Untuk kenyamanan, jumlah out let turut menentukan
• Ruangan yang didinginkan: ruangan harus tertutup, sehingga udara dingin dalam ruangan tidak terbuang keluar dan udara luar tidak masuk ke dalam ruangan.

Gambar 9.2 Diagram sistem pengkondisian udara

Prinsip pengkondisian udara adalah kondisi udara dalam ruangan dapat dalam keadaan sangat dingin, panas, lembab, kering, kecepatan udara tinggi atau tidak ada gerakan udara. Udara dingin digerakkan oleh Fan masuk reducting (saluran udara) dan melalui out let (lubang keluar) udara masuk ke dalam ruangan. Udara dari dalam ruangan kembali ke return out let (grile/ lubang isap) masuk ke ducting return (saluran kembali) dan melalui filter untuk pembersihan udara masuk melewati celah-celah/ permukaan coil evaporator (koil pendinginan) dan kembali digerakkan Fan (kipas udara).

2. Psikrometrik untuk Proses Air Conditioning

Psikometrik adalah ilmu yang mempelajari sifat-sifat termodinamika dari udara basah. Secara umum digunakan untuk mengilustrasikan dan menganalisis perubahan sifat termal dan karakteristik dari proses dan siklus sistem penyegaran udara (air conditioning). Diagram psikometrik adalah gambaran dari sifat-sifat termodinamika dari udara basah dan variasi proses sistem penyegaran udara dan siklus sistem penyegaran udara. Dari diagram psikometrik akan membantu dalam perhitungan dan menganalis kerja dan perpindahan energi dari proses dan siklus sistem penyegaran udara. Diagram psikrometrik ditunjukkan pada Gambar 9.3.

Gambar 9-3 Kurva Psikrometri

Proses yang terjadi pada udara dapat diganbarkan dalam bagan psikrometrik guna menjelaskan perubahan sifat-sifat udara yang penting seperti suhu, asio kelembaban dan entalpi dalm proses-proses tersebut. Beberapa proses dasar dapat ditunjukkan sebagai berikut

a. Proses Pemanasan dan pendinginan

Proses pemanasan dan pendinginan diartikan sebagai laju perpindahan kalor yang hanya disebabkan oleh perubahan suhu bola kering. Gambar 9.4. menunjukkan suatu perubahan suhu bola kering tanpa ada perubahan rasio kelembaban.

Gambar 9.4. Pemanasan dan pendinginan sensibel

b. Pelembaban adiabatik dan non adiabatik

Gambar 9.5. menunjukkan proses pelembaban yang dapat bersifat adiabatik (proses 1-2) atau dengan penambahan kalor (proses 1-3).

Gambar 9.5. Proses pelembaban udara

c. Pendinginan dan pengurangan kelembaban

Proses ini menurunkan suhu bola kering dan rasio kelembaban (Gambar 9.6). Proses ini terjadi pada koil pendingin atau alat penurun kelembaban.

Gambar 9.6. Pendinginan dan penurunan kelembaban

d. Pengurangan kelembaban kimiawi

Pada proses kimiawi (Gambar 9.7), uap air dari udara diserap atau diadsorbsi oleh suatu bahan higroskopik. Jika proses tersebut diberi penyekat kalor, sehingga entalpinya tetap, dan karena kelembabannya turun maka suhu udara tersebut harus naik.

Gambar 9.7. Proses penurunan kelembaban kimiawi

e. Pencampuran Udara

Campuran dua aliran udara adalah proses yang umum di dalam pengkondisian udara. Gambar 9.8 menunjukkan pencampuran udara antara w1 kg/detik udara dari keadaan 1 dengan w2 kg/detik udara dari keadaan 2. Hasilnya adalah kondisi 3, terlihat pada grafik psikrometrik dalam Gambar 9.9.

Gambar 9.8. Skema pencampuran udara Gambar 9.9. Proses pencampuran udara pada kurva psikrometrik

Persamaan dasar untuk proses pencampuran ini adalah persamaan kesetimbangan energi dan keseimbangan massa. Persamaan keseimbangan energi adalah:

	.........................................................................................	9-1

Dan persamaan kestimbangan massa air adalah:

	.........................................................................................	9-2

Persamaan 9.1 dan 9.2 menunjukkan bahwa entalpi dan rasio kelembaban akhir adalah rata-rata dari entalpi dan rasio kelembaban udara saat masuk. Suatu pendekatan yang dilakukan oleh para ahli adalah bahwa suhu dan rasio kelembaban merupakan harga rata-rata udara masuk. Dengan pendekatan ini, titik yang terdapat pada grafik psikrometrik di atas menyatakan hasil dari suatu proses pencampuran yang terletak pada garis lurus yang menghubungkan titik-titik dari kondisi-kondisi pemasukan. Selanjutnya perbandingan jarak pada garis 1-3 dan 2-3 sama dengan perbandingan laju aliran w2 dan w1.

3. Perhitungan Beban Pendinginan

Tujuan utama sistem pengkondisian udara adalah mempertahankan keadaan udara didalam ruangan dan meliputi pengaturan temperatur, kelembaban relatif, kecepatan sirkulasi udara maupun kualitas udara. Sistem pengkondisian udara yang dipasang harus mempunyai kapasitas pendinginan yang tepat dan dapat dikendalikan sepanjang tahun. Kapasitas peralatan yang dapat diperhitungkan berdasarkan beban pendinginan setiap saat yang sebenarnya. Alat pengatur ditentukan berdasarkan kondisi yang diinginkan untuk mempertahankan selama beban puncak maupun sebagian. Beban puncak maupun sebagian tidak mungkin dapat diukur sehingga diperlukan prediksi melalui perhitungan yang mendekati keadaan yang sebenarnya.

Untuk maksud perkiraan tersebut diperlukan survei secara mendalam agar dapat dilakukan analisis yang teliti terhadap sumber-sumber beban pendinginan. Pemilihan peralatan yang ekonomis dan perancangan sistem yang tepat dapat dilakukan juga beban pendinginan sesaat yang sebenarnya dapat dihitung secara teliti.

Beban pendinginan sebenarnya adalah jumlah panas yang dipindahkan oleh sistem pengkondisian udara setiap hari. Beban pendinginan terdiri atas panas yang berasal dari ruang dan tambahan panas. Tambahan panas adalah jumlah panas setiap saat yang masuk kedalam ruang melalui kaca secara radiasi maupun melalui dinding akibat perbedaan temperatur. Pengaruh penyimpanan energi pada struktur bangunan perlu dipertimbangkan dalam perhitungan tambahan panas. Perhitungan beban pendingin dapat diperoleh dari ASHRAE Handbook of Fundamentals. Tata cara perhitungan ini dapat menghasilkan sistem pengaturan udara yang terlalu besar yang mengakibatkan kurang efisien dalam pemakaian. Dengan makin besarnya biaya-biaya pemakaian energi maka makin dirasa perlu mengadakan optimasi sistem pengaturan udara suatu gedung atau bangunan yang harus dihitung dari waktu kewaktu secara dinamis.

Gambar 9.10. Perhitungan beban pendinginan

Didalam kenyataannya kalor yang masuk kedalam gedung tidak tetap, karena faktor-faktor yang mempengaruhi kalor tersebut juga berubah-ubah. Sebagai contoh temperatur udara luar (lingkungan) nilainya merupakan fungsi waktu, yaitu maksimum disiang hari rendah dipagi dan sore hari, sedang minimumnya dimalam hari. Demikian pula kelengasan udara luar maupun radiasi surya yang mengenai dinding bangunan nilainya berubah terhadap waktu.

Untuk memperhitungkan pengaruh dari perubahan tersebut sangatlah sulit, bahkan mungkin tidak praktis untuk dihitung. Oleh karena itu untuk menentukan keadaan tak lunak (transien) akan dipilih faktor-faktor yang dominan. Disamping itu akan diperhatikan adanya absorbsi oleh struktur bangunan.

Dasar perhitungan beban pendinginan dilakukan dengan dua cara, yaitu:

• perhitungan beban kalor puncak untuk menetapkan besarnya instalasi
• perhitungan beban kalor sesaat, untuk mengetahui biaya operasi jangka pendek dan jangka panjang serta untuk mengetahui karakteristik dinamik dari instalasi yang bersangkutan.

Beban pendinginan merupakan jumlah panas yang dipindahkan oleh suatu sistem pengkondisian udara. Beban pendinginan terdiri dari panas yang berasal dari ruang pendingin dan tambahan panas dari bahan atau produk yang akan didinginkan. Tujuan perhitungan beban pendinginan adalah untuk menduga kapasitas mesin pendingin yang dibutuhkan untuk dapat mempertahankan keadaan optimal yang diinginkan dalam ruang.

Aspek-aspek fisik yang harus diperhatikan dalam perhitungan beban pendingin antara lain :
1. Orientasi gedung dengan mempertimbangkan pencahayaan dan pengaruh angin
2. Pengaruh emperan atau tirai jendela dan pantulan oleh tanah
3. Penggunaan ruang
4. Jumlah dan ukuran ruang
5. Beban dan ukuran semua bagian pembatas dinding
6. Jumlah dan aktivitas penghuni
7. Jumlah dan jenis lampu
8. Jumlah dan spesifikasi peralatan kerja
9. Udara infiltrasi dan ventilasi

Beban pendinginan suatu ruang berasal dari dua sumber, yaitu melalui sumber eksternal dan sumber internal.
a. Sumber panas eksternal antara lain :

• Radiasi surya yang ditransmisikan melaui kaca
• Radiasi surya yang mengenai dinding dan atap, dikonduksikan kedalam ruang dengan memperhitungkan efek penyimpangan melalui dinding
• Panas Konduksi dan konveksi melalui pintu dan kaca jendela akibat perbedaan temperatur.
• Panas karena infiltrasi oleh udara akibat pembukaan pintu dan melalui celah-celah jendela.
• Panas karena ventilasi.

b. Sumber panas internal antara lain :

• Panas karena penghuni
• Panas karena lampu dan peralatan listrik
• Panas yang ditimbulkan oleh peralatan lain
  

Beban pendinginan total merupakan jumlah beban pendinginan tiap ruang. Beban ruang tiap jam dipengaruhi oleh perubahan suhu udara luar, perubahan intensitas radiasi, surya dan efek penyimpanan panas pada struktur/dinding bagian luar bangunan gedung.

Dalam sistem pendingin dikenal dua macam panas atau kalor yaitu panas sensible (panas yang menyebabkan perubahan temperatur tanpa perubahan fase). Setiap sumber panas yang dapat menaikkan suhu ruangan ditandai dengan naiknya temperatur bola kering (Tdb) akan menambah beban panas sensible.

Panas laten yaitu : panas yang menyebabkan perubahan fase tanpa menyebabkan perubahan temperatur misalnya : kalor penguapan. Setiap sumber panas yang dapat menambah beban laten. Udara yang dimasukkan kedalam ruangan harus mempunyai kelembaban rendah agar dapat menyerap uap air (panas laten) dan temperatur yang rendah agar dapat menyerap panas dari berbagai sumber panas dalam ruangan (panas sensible), agar kondisi ruangan yang diinginkan dapat dipercepat.

Beban ini dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

a. Penambahan beban sensible

• Transmisi panas melalui bahan bangunan, melewati atap, dinding, kaca, partisi, langit-langit dan lantai
• Radiasi sinar matahari
• Panas dari penerangan atau lampu-lampu
• Pancaran panas dari penghuni ruangan
• Panas dari peralatan tambahan dari ruangan
• Panas dari elektromotor

b. Penambahan panas laten

• Panas dari penghuni ruangan
• Panas dari peralatan ruangan

c. Ventilasi dan infiltrasi