KARAKTERISTIK UDARA OLEH : MOH. ARIS AS’ARI, S.Pd REFRIGERATING AND AIR CONDITIONING TECHNICAL SKILL PROGRAM SMK NEGERI 1 CIREBON Visit us on : refacsmkn1crb.wordpress.com

Dry air compositions Udara atmosfir merupakan campuran tiga material yaitu udara kering (dry air), uap air (water vapour) dan polutan seperti asap, debu dan gas-gas berbahaya lainnya. Udara kering itu sendiri merupakan campuran dari beberapa gas, yang utama adalah gas oksigen dan gas nitrogen sedangkan selebihnya berupa gas karbondioksida dan gas-gas ringan lain, yaitu argon, neon, helium dan krypton. Harrison (1965) mengemukakan persentase kandungan dari udara :: Nitrogen = 78.084 % helium = 0.000524 % Oxygen = 20.9476 % methane = 0.00015 % Argon = 0.934 % sulfur dioxide = 0 sampai 0.0001 % carbon dioxide = 0.0314 % hydrogen = 0.00005 % neon = 0.001818 % krypton, xenon, dan ozone = 0.0002 %

Moisture contents Uap air adalah bentuk gas dari air pada suhu di bawah titik uap air, yang nilainya tergantung pada tekanan atmosfir. Pada suhu dan tekanan barometer tertentu, uap air dapat berwujud gas atau liquid, hal ini dapat dibuktikan dengan adanya formasi awan dan kabut. Kandungan uap air di udara dapat mencapai 1 hingga 3% dari total volume udara. Uap air dapat menguap pada tekanan yang sangat rendah misalnya, pada tekanan 29 inchi mercury di bawah nol, uap air akan menguap pada suhu 27 C. Jumlah kandungan uap di udara berpengaruh terhadap kelembaban udara. Kelembaban udara di suatu tempat dapat bertambah tinggi bila konsentrasi uap air di tempat tersebut ditambah. Dan sebaliknya bila konsentrasi uap airnya dikurangi maka tingkat kelembabannya akan turun.

Dry and Wet Bulb Temperature Temperatur bola kering (Dry Bulb Temperature) didapatkan dari hasil pengukuran temperatur dengan kondisi thermometer dijaga dalam kondisi kering. Alat yang digunakan untuk mengukur temperatur bola kering disebut thermometer bola kering (Dry Bulb Thermometer). Temperatur bola basah (Wet Bulb Temperature) didapatkan dari hasil pengukuran temperatur dengan kondisi sensor panas (bulb) pada thermometer dijaga dalam kondisi basah dengan menggunakan kain higroskopis. Alat yang digunakan untuk mengukur Temperatur bola kering dan Temperatur bola basah disebut Slink Psychrometer.

Slink Psychrometer THERMOMETER DRY BULB DRY BULB WET BULB THERMOMETER WET BULB

Dew Point Temperature Suhu Titik Embun atau Dew Point Temperature adalah suhu di mana udara mulai menunjukkan aksi pengembunan/ berubah menjadi titik-titik embun pada tekanan atmosfer.

Kelembapan (Humidity) Absolute humidity atau kelembapan absolut adalah masa uap air setiap satuan volume udara pada kondisi tertentu dan dinyatakan sebagai berat jenis uap air dalam satuan gr/m3 atau kg/m3. Relative humidity atau kelembapan relatif adalah perbandingan antara tekanan parsial aktual yang diterima uap air dalam suatu volume udara tertentu dengan tekanan parsial yang diterima uap air pada kondisi saturasi pada suhu udara saat itu dalam satuan % . Kelembapan spesifik atau ratio kelembaban (w), dinyatakan dalam besaran masa uap air yang terkandung di udara per satuan masa udara kering yang diukur dalam gram per kilogram dari udara kering (gr/kg) atau kg/kg.

Hukum Charles Apabila energi disuplai pada gas di bawah kondisi dimana tekanan dipertahankan konstan/tetap, maka perubahan volume akan berbanding lurus dengan perubahan temperatur absolut (K) Pernyataan matematisnya dapat ditulis : 𝑇 1 𝑇 2 = 𝑉 1 𝑉 2 atau T1V2 = T2V1 Dimana : T1 = Temperatur absolute awal gas T2 = Temperatur absolute akhir gas V1 = Volume awal gas V2 = Volume akhir gas Proses ini disebut dengan proses Isobaric

Hukum Charles Example: Berapakah besar volume gas yang temperaturnya dinaikan dari 4°C menjadi 16°C jika volume gas awalnya 40 ft3 dan tekanan pada saat proses pemanasan dijaga untuk konstan!

Hukum Charles Solusi: Dik : V1 : 40 ft3 T1 : 4°C = 4° + 273° = 277 K Problem? V2 Solusi : V1T2 = V2T1 (40) x (289) = (P2) x (277) P2 = 40 ×(289) 277 = 41,73 ft3

Hukum Boyle Apabila volume gas dinaikkan atau diturunkan pada kondisi temperatur konstan (tidak berubah), maka tekanan absolut gas akan berubah berbanding terbalik dengan perubahan volume nya. Bila gas dimampatkan (volumenya diturunkan) sedangkan temperatur nya konstan (tidak berubah) maka tekanan absolut nya akan naik dan sebaliknya jika gas diekspansikan (volume dinaikkan) sedangkan temperatur nya konstan (tidak berubah) maka tekanan absolut nya akan turun. Pernyataan matematisnya dapat ditulis : P1V1 = P2V2 Dimana : P1 = Tekanan absolute awal gas (Pa/Psia) P2 = Tekanan absolute akhir gas (Pa/Psia) V1 = Volume awal gas (cm3/ft3) V2 = Volume akhir gas (cm3/ft3) Proses ini disebut dengan proses Isothermal.

Hukum Boyle’s Example: Suatu gas bervolume 5 ft3 memiliki tekanan 20 psi dan dikompresikan hingga mencapai 50 psi. Jika temperatur pada saat proses kompresi dijaga untuk konstan, maka berapa volume gas setelah kompresi!

Hukum Boyle’s Solusi: Dik : V1 : 5 ft3 P1 : 20 psi = 20 + 14,7 = 34,7 psia P2 : 50 psi = 50+ 14,7 = 64,7 psia Problem? V2 Solusi : P1V1 = P2V2 (34,7) x (5) = (64,7) x (V2) V2 = 34,7 ×(5) 64,7 = 2,68 ft3

unconditioned air Conditioned air (Perpindahan Panas) Heat transfer unconditioned air Conditioned air

Conduction – heat transfer Konduksi Perpindahan panas yang terjadi melalui kontak langsung antara molekul suatu benda atau antara molekul benda satu dengan molekul benda lainnya melalui suatu kontak thermal yang baik. Benda yang memiliki molekul dengan suhu lebih tinggi karena proses pemanasan akan memberikan energi panasnya kepada molekul yang ada di dekatnya yang memiliki suhu lebih rendah. Contohnya adalah memanaskan sebatang besi dan menempelkan besi panas ke besi yang tidak panas.

Conduction Quantity Kuantitas atau jumlah energi panas yang dikonduksikan melalui suatu benda tergantung pada beberapa faktor sebagai berikut : 1. Beda suhu antara kedua sisi benda (t2-t1) 2. Luas penampang benda (A) 3. Tebal benda (L) 4. Konduktivitas Panas yang dimiliki benda (K) Waktu (t) Sehingga dapat kita cari persamaan : 𝑄= 𝐾 (𝐴)(𝑇)(𝑇1−𝑇2) (𝐿) Di mana, Q = Jumlah panas ( Btu atau watt (W) ) K = Koefisien konduktivitas panas (Btu)/(hr)(ft2))(oF/in) atau (W)/(m2)(oC/m) A = Luas Area ( ft2 atau m2 ) t = Waktu (detik) t2-t1 = Beda suhu (oF atau oC) L = tebal benda (in atau m)

Tabel Koefisien Konduktivitas Panas

Contoh soal Example: Suatu batang logam yang terbuat dari baja dipanaskan dari temperatur awal 35oC menjadi 200oC selama 30 menit. Jika dimensi dari batang logam tersebut adalah 20 m x 0,5 m, maka carilah jumlah panas yang diserap oleh logam tersebut.

Convection Konveksi Pemindahan panas secara konveksi terjadi bila panas bergerak dari satu tempat ke tempat lain melalui suatu aliran arus dalam medium liquid atau gas. Aliran arus panas ini disebut arus konveksi sebagai akibat dari perubahan berat jenis liquid atau gas karena menerima panas. Bila ada bagian fluida yang mendapat energi panas, maka fluida yang mendapat energi panas akan lebih ringan, sehingga bergerak naik ke puncak, dan ruang yang ditinggalkannya akan langsung diganti oleh fluida yang lebih dingin.

Arah aliran konveksi

Arah aliran konveksi Udara panas naik ke atas dan didinginkan di indoor unit AC Udara dingin turun ke bawah dan mendorong udara panas naik ke atas

Radiation Radiasi Radiasi adalah pemindahan panas melalui pancaran gerakan gelombang cahaya dan gelombang elektromagnetik melalui medium transparan. Contoh : Sinar matahari, sinar infrared, radiasi panas api.

Heat transfer konveksi konduksi radiasi radiasi

Saturated temperature Suhu saturasi adalah suhu di mana suatu fluida atau zat cair berubah dari fasa cair menjadi fasa uap atau gas, atau kebalikannya, yaitu dari fasa gas berubah menjadi fasa cair. Liquid/cairan yang berada pada suhu saturasi disebut liquid saturasi dan uap atau gas yang berada pada suhu saturasi disebut uap saturasi. Suhu saturasi untuk liquid (suhu di mana liquid akan menguap) dan suhu saturasi uap (suhu di mana uap mulai mengembun) adalah sama pada suatu tekanan tertentu.

Efek Tekanan pada Suhu Saturasi Suhu saturasi suatu fluida tergantung pada tekanan yang bekerja pada fluida tersebut. Kenaikan tekanan pada fuida akan menyebabkan naiknya suhu saturasi.

Evaporasi dan vaporisasi Proses evaporasi adalah proses perubahan suatu zat dari wujud cair (liquid) menjadi bentuk uap (gas) yang terjadi di bawah temperatur titik didih (boling point) sedangkan vaporasi adalah proses perubahan suatu zat dari wujud cair (liquid) menjadi bentuk uap (gas) pada temperatur titik didih (boling point). Temperatur evaporasi dapat berubah sedangkan temperatur vaporasi tetap yaitu pada titik didih (boling point). Evaporasi berlangsung lambat sedangkan vaporasi berlangsung cepat. Evaporasi berlangsung hanya pada permukaan zat cair sedangkan vaporasi berlangsung pada seluruh bagian zat cair.

Kondensasi Proses kondensasi yaitu proses uap saturasi yang mengalami pendinginan dan berubah fasanya menjadi liquid. Ini dapat terjadi karena uap tidak dapat mempertahankan fasa uap nya pada suhu di bawah suhu saturasi. Bila uap tersebut didinginkan, molekul uap tidak dapat mempertahankan energi dan kecepatannya untuk mengatasi gaya tarik antar molekul sebagai molekul uap, dan berubah menjadi molekul liquid.

Superheat Uap yang berada di atas suhu saturasi uap tetapi tetap pada tekanan saturasi uap disebut uap panas lanjut (superheated vapor). Begitu fasa liquid telah berubah menjadi fasa uap (menguap), maka suhu uap tersebut dapat dinaikkan lagi dengan menambahkan energi panas kepadanya. Bila suhu uap sudah naik jauh di atas suhu saturasi uap, maka uapnya disebut mengalami pemanasan lanjut (superheated vapor), dan energi yang digunakan untuk membuat panas lanjut uap, disebut sebagai panas lanjut (superheat).

Superheated vapor Bila setelah mengalami evaporasi (penguapan), uap hasil penguapan tersebut dilanjutkan lagi proses pemanasannya sehingga suhu uap naik di atas suhu saturasi, uap tersebut dikatakan menjadi superheated vapor (uap panas lanjut).

Subcooled liquid Bila setelah mengalami kondensasi (pengembunan), cairan hasil pengembunan tersebut dilanjutkan lagi proses pendinginanya sehingga suhu cairan turun di bawah suhu saturasi, cairan tersebut dikatakan menjadi liquid subcooled (subcooled).