PSIKOMETRI DAN SISTEM PENYEGARAN UDARA
a. Tujuan
Setelah mempelajari unit ini peserta pelatihan diharapkan mampu :
? Mengaplikasikan psikrometri kedalam bidang teknik pengkondisian udara.
b. Uraian Materi 2
2.1. Udara
Komposisi udara.
Udara bila mengandung dinamakan udara lembab sedangkan udara yang tidak
mengandung air dikatakan udara kering. Adapun komposisi dari udara kering
adalah seperti tabel 2.1. berikut :
Tabel 2.1. Komposisi udara kering.
N
2
0
2
Ar
CO
2
Volume %
Berat %
78.09
75,53
20.95
23.14
0,93
1.28
0,03
0,03
17
2.2.
Diagram Psikrometri
Gambar 2.8. Diagram Psikometri
Gambar di atas adalah diagram psikometri dimana psikometri adalah merupakan
kajian tentang sifat-sifat campuran udara dan uap air yang mempunyai arti yang
sangat penting dalam pengkondisian udara atau penyegaran udara karena atmosfir
merupakan campuran antara udara dan uap air.
Prinsip-prinsip psikrometrik akan diterapkan pada perhitungan beban, sistem-
sistem pengkondisian udara, koil pendingin udara, pengurangan kelembaban,
menara pendingin dan kondensor penguapan.
Pada diagram psikrometrik memuat sifat-sifat psikometerik seperti pada gambar
2.1. dalam hal ini ada dua hal yang penting diperhatikan yaitu penguasaan atas
dasar-dasar bagan dan kemampuan menentukan sifat-sifat pada kelompok-
kelompok keadaan yang lain misalnya tekanan barometrtik yang tidak standar.
Diagram yang dikembangkan dari persamaan-persamaan cukup teliti dan dapat
digunakan dalam perhitungan-perhitungan keteknikan.
Sifat termal dari udara basah pada umumnya ditunjukkan dengan menggunakan
diagram psikrometri seperti terlihat pada diagra dan memakai beberapa istilah
dan simbol seperti :
a). Garis jenuh (saturation line)
Garis jenuh ini adalah salah satu istilah pada diagram psikometri koordinat-
koordinat dimana suhu (t) sebagai basis dan tekanan uap air (ps) sebagai
ordiat. Untuk jelasnya dapat dilihat pada diagram psikrometri. Garis jenuh
dapat ditarik pada diagram tersebut seperrti gambar 2.9. data untuk garis
jenuh dapat dilihat langsung pada tabel tentang air jenuh. Daerah sebelah
kanan garis jenuh adalah daerah uap air panas lanjut.
Jika uap ini didinginkan dengan tekanan tetap maka akan dicapai garis nuh
yaitu batas uap air mulai mengembun gambar 2.9 dapat dianggap berlaku
untuk campuran udara uap air. Pada gambar menunjukkan apabila titik A
merupakan keadaan suatu campuran udara agar terjadi pengembunan, maka
suhu campuran tersebut harus diturunkan hingga B udara pada titik A
dikatakan mempunyai suhu titik embun B.
b) Temperatur Bola Kering
Temperatur tersebut dapat dibaca pada termometer dengan sensor kering dan
terbuka. Tetapi perlu diperhatikan bahwa penunjukkannya tidak selalu tepat
karena ada pengaruh radiasi panas kecuali jika sensornya memperoleh
ventilasi yang cukup baik (gambar 2.10)
c) Temperatur Bola Basah
Temperatur ini disebut juga temperatur jenuh adiabatik diperoleh dengan
menggunakan termometer dengan sensor yang dibalut dengan kain basah
untuk menghilangkan pengaruh radiasi panas, tetapi perlu diperhatikan bahwa
sensor harus dialiri udara sekurang-kurangnya 5m/s
Uap Panas lanjut
B
A
Suhu
0
C
Garis Jenuh
Tekanan
Uap Air
KPA
d) Kelembaban Relatif
Kelembaban relatif adalah perbandingan fraksi molekul uap air, di dalam
udara basah terhadap fraksi molekul uap air jenuh pada suhu dan tekanan
yang sama jika kelembaban relatif disimbolkan dengan ? , maka jika
kelembaban relatif disimbolkan dengan ? , maka :
Untuk jelasnya, untuk memperoleh garis-garis kelembaban relatif konstan
dapat dilihat pada diagram seperti pada gambar 2.11 dengan mengukur jarak
vertikal antara garis jenuh dan alas diagram, misalnya untuk kelembaban
(2.1)
.....
..........
sama
yang
suhu
pada
murni
air
jenuh
tekanan
parsial
air
uap
Tekanan
?
?
relatif 0,5 maka ordinatnya sama dengan setengah tinggi garis jenuh pada
suhu yang sama.
Gambar 2.11. Garis Kelembaban Relatif
e) Perbandingan Kelembaban (Rasio Kelembaban)
Yang dimaksud dengan rasio kelembaban adalah berat atau masa air yang
terkandung dalam setiap kg udara kering. Untuk menghitung rasio
kelembaban dalam teknik pengkondisian udara dapat digunakan persamaan
gas ideal dimana uap air dan udara dapat dianggap sebagai gas ideal sehingga
berlaku persamaan :
PV = Rt ……………………….. (2.2)
Jika rasio kelembaban disimbolkan dengan W, maka
)3.
2
....(
..........
..........
..........
..........
..........
..........
Ps)Ra
-
(pt
ps/Rs
V/Rat
ps)
-
(pt
psV/RsT
/RaT
paV
/RT
psV
kering
udara
kg
air
uap
kg
W
?
?
?
?
Suhu
0
C
Garis Jenuh
Tekanan
Uap Air
KPA
Kelembaban relatif ? = 0,5
Dimana :
W
= volume campuran udara – uap, m
3
pt
= tekanan atmosferik = pa + ps, Pa
pa
= tekanan parsial udara kering, Pa
Ra
= tetapan gas untuk udara kering = 287 kj/kg, K
Rs
= tetapan gas untuk uap air = 461,5 j/kg.k
Ps
= tekanan partial uap air dalam keadaan jenuh
Maka dengan memasukkan harga Ra dan Ks ke dalam rumus diperoleh :
Contoh : Hitunglah rasio kelembaban udara pada kelembaban relatif 50% bila
suhunya 26
o
C, tekanan barometrik standar 101,3 kPa.
Penyelesaian :
Tekanan uap air jenuh pada 26
o
C = 3,360 kPa (lihat tabel sifat-sifat cairan dan
uap jenuh).
Tekanan uap air udara dengan kelembaban relatif 50% = 0,50 (3,360 kPa) =
1,680 kPa.
)4.
2
...(
..........
..........
..........
..........
..........
..........
.
ps
-
pt
ps
0,622
.461.5
ps)
(pt
ps.287
ps)Ra
-
(pt
/Rs
psV
W
?
?
?
?
Maka :
Hasil perhitungan ini dapat dikoreksi pada diagram psikrometri gambar 2.8
f) Entalpi
Entalpi adalah energi kalor yang dimiliki oleh suatu zat pada suatu temperatur
tertentu. Jadi entalpi campuran udara kering dengan uap air adalah jumlah entalpi
udara kering dengan entalpi uap air. Persamaan untuk entalpi tersebut :
h = Cpt + Whg kj/kg udara kering ………………. (2.5)
Dimana :
Cp =
kalor spesifik udara kering pada tekanan konstan = 1,0 kj/kg K
T =
suhu campuran udara-uap
o
C
hg =
entalpi uap air jenuh kj/kg
Suatu garis entalpi konstan dapat ditambahkan pada diagram psikrometrik seperti
gambar 2.12.
Contoh :
Tentukan letak titik yang bersuhu 60
o
digaris entalpi 100 kj/kg
kg/kg
0,0105
1,680
-
101,3
1,680
0,622
ps
-
pt
ps
0,622
?
?
?
W
Penyelesaian :
Dengan menggunakan tabel sifat-sifat cairan dan uap jenuh untuk t = 60
o
C, hg =
2610 kj/kg
Dengan menggunakan rumus rasio kelembaban :
Pada gambar diagram psikrometri pada gambar 2.8 garis-garis entalpi konstan
ditunjukkan pada bagian kiri garis jenuh dan terusannya digambarkan pada
bagian kanan serta alas diagram.
g) Volume Spesifik
Volume spesifik (udara lembab) adalah volume udara lembab per 1 kg udara
kering. Untuk menghitung volume spesifik campuran udara – uap digunakan
persamaan gas ideal.
Dari persamaan gas ideal, volume spesifik V adalah :
Untuk menentukan titik-titik pada garis volume spesifik konstan, misalnya
0,90m3/kg, masukkan harga V = 0,9 tekanan barometris pt dan harga T
sembarang sehingga didapat harga ps. Pada gambar 2.12 berikut pasangan
harga ps dan t dapat langsung digunakan untuk melukis harga V konstan.
kg/kg
0,01533
2610
1,0(60)
-
100
W
?
?
.
Contoh :
Hitung volume spesifik V campuran udara-uap air yang bersuhu
28
o
C dan kelembaban relatif 30% pada tekanan barometer standar.
Penyelesaian :
Tekanan uap air pada udara jenuh 28
o
C dari tabel sifat cairan dan uap jenuh
adalah 3,778 kPa.
Tekanan uap pada kelembaban relatif 30% adalah :
(0,3 x 3,778) kPa = 1,1334 kPa = 1133,4 Pa
kering
udara
/kg
m
0,863
4,
1133
101300
273,15
287/28
kering
udara
/kg
m
ps
-
pt
T
Ra
V
3
3
?
?
?
?
?
Volume
Spesifik
Konstan
Entalpi
Suhu
0
C
Garis Jenuh
Rasio
Kelembaban
Kg/Kg
Dengan menggunakan persamaan :
Harga ini menilai harga pada diagram 2.9
h) Perpindahan Gabungan Kalor Massa
Dalam hal ini digunakan hukum garis lurus dimana hukum ini menyatukan
bahwa apabila udara memindahkan kalor dan massa (air) ke atau dari suatu
permukaan basah, maka keadaan udara yang terlihat pada diagram psikrometrik
bergerak ke arah garis jenuh pada suhu permukaan basah tersbut. Pada gambar
2.13 menggambarkan udara mengalir di atas suatu permukaan basah, maka udara
seperti gambar 3.14 berubah dari keadaan 1 ke keadaan 2. Pada hukum ini
menyatakan bahwa titik-titik terletak pada garis lurus yang ditarik dari titik 1 ke
arah kurva jenuh yang bersuhu permukaan basah.
Dalam hal ini terjadi :
? Udara hangat pada keadaan 1 akan turun suhunya bila bersentuhan dengan air
bersuhu tw
? Pada titik 1 yang bertekanan uap lebih tinggi dari cairan yang bersuhu tw
akan memindahkan massa dengan cara mengemunkan sejumlah uap air.
? Menurunkan rasio kelmababn udara tersebut.
Gambar 2.13. Udara melewati permukaan basah
Aliran Udara
1
2
suhu tw
.
i) Penjenuhan adiabatik dan suhu bola basah termodinamik
Untuk mengetahui penjenuhan adiabatik ini digunakan mengalirkan udara dengan
percikan atau semprotan air dinama air disirkulasi secara terus menerus. Percikan
air akan mengakibatkan luas permukaan basah yang besar dan udara yang
meninggalkan ruang penyemprotan berada dalam keseimbangan dengan air
dalam hal suhu dan tekanan uapnya. Dinding alat ini dibaut dari penyekat kalor
supaya bersifat adiabatik sehingga tidak ada kalor yang diserap atau ditambah.
Apabila suhu adiabatik sudah mantap, maka suhu dapat dibaca pada termometer
dengan mencelupkan dalam bak dan suhu inilah suhu bola basah termodinamik.
Untuk menghasilkan persamaan keseimbangan energi dalam alat penjenuh,
dilakukan penggabungan tertentu kondisi-kondisi udara yang menghasilkan suhu-
suhu bak tertentu. Keseimbangan energi ini didasarkan pada satuan aliran massa
udara dimana hf adalah entalpi cairan jenuh bersuhu bak basah termodinamik :
h
1
= h
2
– (ws – w
1
) hf ………………. (2.7)
Suhu
0
C
Rasio
Kelembaban
Kg/Kg
garis lurus
2
1
Pada gambar psikrometrik gambar 2.16 bahwa titik 1 terletak di bawah garis
entalpi konstan melewati titik 2. Kondisi udara lain menghasilkan suhu bak sama
seperti 1. Menurut hukum garis lurus titik-titik 1.1. dan 2 terletak pada garis
lurus.
Garis suhu bola basah konstan dapat dilihat pada diagram psikrometrik gambar
2.8.
j) Penyimpangan antara garis entalpi dan garis bola basah.
Pada gambar diagram psikrometerik gambar 2.8 memuat garis suhu bola basah
termodinamik konstan, bukan garis-garis entalpi konstan. Pembacaan entalpi
dengan mengikuti garis bola basah ke arah kurva jenuh memberikan harga-harga
entalpi yang terlalu tinggi, ini dapat dilihat pada gambar 2.16. skala entalpi pada
bagian kiri hanya berlaku bagi keadaan-keadaan yang berada di garis jenuh dan
untuk mengetahui harga entalpi secara lebih tepat maka skala-skala dibagian kiri
dan dibagian kanan serta alas diagram harus digunakan.
keseimbangan suhu dan
tekanan uap
Air penambah
(w
2
– w
1
) hf
2
1
Penyekat
t
2
w
2
h
2
t
2
termometer menun
w
2
jukan suhu bola
h
2
basah termodinamik
Udara
Untuk lebih jelas melihat penyimpangan entalpi, dapat kita lihat pada diagram
psikrometrik gambar 2.8 dengan membandingkan pembacaan diagram yang
melalui perhitungan untuk udara yang bersuhu bola kering 35
o
C dan kelembaban
relatif 40 persen. Dari hasil pembacaan digrafik maka suhu bola basah pada
keadaan ini 24
o
C.
Maka dengan melihat diagram psikrometri pada gambar 2.8 yaitu pada titik
bersuhu bola kering 35
o
dan kelembaban relatif 40 persen harga entalpi disebelah
kiri dan kanan berskala sama adalah sekitar 72,5 kj/kg maka dengan
menggunakan persamaan (2.7) dapat dicari entalpi titik yang ditanya yaitu :
h
1
= h
2
– (ws – w
1
) hf ………………. (2.7)
harga-harga h
2
, w
2
, w
1
dapat dicri pada diagram psikrometrti dimana h
2
= 72,5
kj/kg.
W
1
= 0,0143
W
2
= 0,019
hf
= entalpi pada 24oC = 100,59 kj/kg
Jadi h1 = 72,5 kj/kg – (0,019 – 0,0143) 100,59 kj/kg
= 72,5 kj/kg – 0,473 kj/kg
= 72,027 kj/kg
.
Garis suhu bola basah konstan
Garis entalpi konstan
Suhu bola basah
Suhu
0
C
t
1
w
1
2
1
1’
c. Rangkuman 2
1. Komposisi dari udara terdiri dari n
2
, 0
2
, Ar dan CO
2
.
2. Diagram psikrometri merupakan kajian tentang sifat-sifat campuran udara dan uap
air yang mempunyai arti penting dalam pengkondisian udara
3. Dalam diagram psikrometeri terdapat istilah-istilah yang perlu dipahami untuk
mengetahui sifat-sifat psikrometerik dan penggunaannya dalam perhitungan
keteknikan.
4. Istilah-istlah yang ditemukan dalam diagram psikrometerik yang sangat perlu
dipahami antara lain :
a. Garis jenuh
b. Temperatur bola kering
c. Terperatur bola basah
d. Kelembatan relatif
e. Perbandingan kelembaban
f. Entalpi
g. Volume spesifik
Tidak ada komentar:
Posting Komentar