PENENTUAN NILAI PARAMETER LINGKUNGAN DAN PERPINDAHAN KALOR DARI LUAR KEDALAM BANGUNAN PERTANIAN

I.                   PENDAHULUAN

1.1.      Latar Belakang

Lingkungan Bangunan Pertanian adalah salah satu metode pembelajaran untuk mempelajari bangunan-bangunan pertanian yang fungsinya untuk menjaga atau meningkatkan produksi pertanian dari hal kualitas maupun kuantitas. Bidang pertanian memiliki arti yang luas, mencakup pertanian dalam bercocok tanam, berkebun, usaha konservasi kehutanan, perikanan, hingga usaha perternakan. Dari berbagai bidang yang dicakup oleh pertanian sudah dapat ditebak memiliki banyak tipe-tipe bangunan pertanian sesuai dengan penggunaannya, bahkan dari keseluruhan bidang tersebut, tipe bangunan satu dengan yang lain itu berbeda. Pada praktikum Lingkungan Bangunan pertanian mahasiswa dituntut mengetahui karakteristik pengkondisian udara seperti dry bulb temperature, wet  bulb temperature, relative humidity, humidity ratio, enthalpy, specific volume, dan  lain sebagainya yang terangkum dalam diagram psychometric. Pada praktikum kali ini mempelajari pengaruh insulasi terhadap perpindahan kalor bangunan pertanian.

1.2.      Tujuan

Adapun tujuan dari praktikum ini adalah sebagai berikut:

1.      Mengetahui bagaimana cara menentukan nilai parameter Lingkungan Bangunan Pertanian menggunakan Psychrometri Chart.

2.      Mengamati perpindahan panas pada insulasi bangunan pertanian.

II.                TINJAUAN PUSTAKA

2.1              Psikometrik

Psikometrik merupakan suatu bahasan tentang sifat-sifat campuran udara dengan uap air, dan ini mempunyai arti yang sangat penting dalam pengkondisian udara karena udara pada atmosfir merupakan percampuran antara udara dan uap air, jadi tidak benar-benar kering. Kandungan uap air dalam udara pada untuk suatu keperluan harus dibuang atau malah ditambahkan. Pada bagan psikometrik ada dua hal yang penting, yaitu penguasaan akan dasar-dasar bagan dan kemampuan menentukan sifat-sifat pada kelompok-kelompok keadaan lain, misalnya tekanan barometrik yang tidak standar. Untuk memahami proses-proses yang terjadi pada karta psikometrik perlu adanya pemahaman tentang hukum Dalton dan sifat-sifat yang ada dalam karta psikometrik, antara lain :

1.                  Temperatur bola kering.

Temperatur bola kering merupakan temperatur yang terbaca pada termometer sensor kering dan terbuka, namun penunjukan dari temperatur ini tidak tepat karena adanya pengaruh radiasi panas.

2.                  Temperatur bola basah.

Temperatur bola basah merupakan temperatur yang terbaca pada termometer dengan sensor yang dibalut dengan kain basah. Untuk mengukur temperatur ini diperlukan aliran udara sekurangnya adalah 5 m/s. Temperatur bola basah sering disebut dengan temperatur jenuh adiabatik.

3.                  Titik embun.

Titik embun adalah temperatur air pada keadaan dimana tekanan uapnya sama dengan tekanan uap air dari udara. Jadi pada temperatur tersebut uap air dalam udara mulai mengembun dan hal tersebut terjadi apabila udara lembab didinginkan. Pada tekanan yang berbeda  titik embun uap air akan berbeda, semakin besar tekanannya maka titik embunnya semakin besar.

4.                  Kelembaban relatif.

Kelembaban relatif didefinisikan sebagai perbandingan fraksi molekul uap air di dalam udara basah terhadap fraksi molekul uap air jenuh pada suhu dan tekanan yang sama, atau perbandingan antara tekanan persial uap air yang ada di dalam udara dengan tekanan jenuh uap air yang ada pada temperatur yang sama. Kelembaban relatif dapat dikatakan sebagai kemampuan udara untuk menerima kandungan uap air, jadi semakin besar RH semakin kecil kemampuan udara tersebut untuk menyerap uap air.

5.                  Kelembaban spesifik (rasio kelembaban)

Kelembaban spesifik (w) adalah berat atau massa air yang terkandung didalam setiap kilogram udara kering, atau perbandingan antara massa uap air dengan massa udara kering yang ada didalam atmosfir.

6.                  Entalpi.

Entalpi merupakan energi kalor yang dimiliki oleh suatu zat pada temperatur tertentu, atau jumlah energi kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 kg udara kering dan x kg air ( dalam fasa cair ) dari 0^oC sampai mencapai t ^oC dan menguapkannya menjadi uap air ( fasa gas).

7. Volume spesifik.

Volume spesifik merupakan volume udara campuran dengan satuan meter-kubik per kilogram udara kering.

2.2.      Proses Udara Thermal

Proses udara yang terjadi dalam karta psikometrik adalah :

1. Proses pemanasan (Heating).
2. Proses pendinginan (Cooling).
3. Proses pelembaban (humidifikasi).
4. Proses penurunan kelembaban (dehumidifikasi).
5. Proses pemanasan dan pelembaban (Heating dan humidifikasi).
6. Proses pemanasan dan penurunan kelembaban (Heating dan dehumidifikasi).
7. Proses pendinginan dan pelembaban (Cooling dan humidifikasi).
8. Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (Cooling dan dehumidifikasi).

a.                  Proses pemanasan (Heating).

Proses pemanasan adalah proses penambahan kalor sensibel ke udara sehingga temperatur udara tersebut naik. Proses ini hanya disebabkan oleh perubahan temperatur bola kering udara tanpa perubahan rasio kelembaban. Garis proses pada karta psikometrik  adalah garis horizontal ke arah kanan.

b.                  Proses pendinginan (Cooling).

Proses pendinginan adalah  proses pengambilan kalor sensibel dari udara sehingga temperatur udara tersebut mengalami penurunan. Proses ini hanya disebabkan oleh perubahan temperatur bola kering udara tanpa perubahan rasio kelembaban. Garis proses pada karta psikometrik  adalah garis horizontal ke arah kiri.

c.                   Proses pelembaban (humidifikasi).

Proses pelembaban adalah  proses penambahan kandungan uap air ke udara sehingga terjadi kenaikan entalpi dan ratio kelembaban. Pada proses ini terjadi perubahan kalor laten tanpa disertai perubahan kalor sensibel . Garis proses pada karta psikometrik  adalah garis vertikal ke arah atas. Kelembaban udara menggambarkan kandungan uap air di udara yang dapat dinyatakan sebagai kelembaban mutlak, kelembaban nisbi (relatif) maupun defisit tekanan uap air. Kelembaban nisbi membandingkan antara kandungan/tekanan uap air aktual dengan keadaan jenuhnya atau apda kapasitas udara untuk menampung uap air. Kapasitas udara untuk menampung uap air (pada keadaan jenuh) tergantung pada suhu udara.

d.  Proses penurunan kelembaban (dehumidifikasi).

Proses penurunan kelembaban adalah  proses pengurangan kandungan uap air ke udara sehingga terjadi penurunan entalpi dan ratio kelembaban. Pada proses ini terjadi perubahan kalor laten tanpa disertai perubahan kalor sensibel. Garis proses pada karta psikometrik  adalah garis vertikal ke arah bawah.

e.  Proses pemanasan dan pelembaban (Heating dan humidifikasi).

Pada proses ini udara dipanaskan disertai dengan penambahan uap air, yaitu dengan mengalirkan udara melewati ruangan semburan air atau uap yang temperaturnya lebih tinggi dari temperatur udara, sehingga didapatkan peningkatan kalor sensibel dan kalor laten secara bersamaan. Pada proses ini terjadi kenaikan rasio kelembaban, entalpi, Tdb, Twb dan kelembaban relatif.

f.   Proses pemanasan dan penurunan kelembaban  (Heating dan dehumidifikasi)

Pada proses ini udara mengalami pendinginan dahulu sampai temperaturnya dibawah titik embun udara, pada temperatur ini udara mengalami pengembunan sehingga kandungan uap air akan berkurang, kemudian udara dilewatkan melalui koil pemanas sehingga temperatur udara akan meningkat. Proses ini terjadi pada alat pengering udara (dehumidifier). Pada proses ini terjadi penurunan  rasio kelembaban, entalpi, Twb, entalpi dan kelembaban relatif tetapi terjadi peningkatan Tdb. Garis proses pada karta psikometrik  adalah garis kearah kanan bawah.

g.   Proses pendinginan dan pelembaban (Cooling dan humidifikasi)

Proses ini dilakukan dengan melewatkan udara pada ruangan semburan air yang temperaturnya lebih rendah dari temperatur udara, tetapi lebih tinggi dari titik embun udara sehingga temperatur akan mengalami penurunan dan rasio kelembaban akan mengalami peningkatan.

h.    Proses pendinginan dan penurunan kelembaban  (Cooling dan dehumidifikasi).

            Proses ini dilakukan dengan cara melewatkan udara pada koil pendingin atau ruangan semburan air dimana temperaturnya lebih rendah dari temperatur udara sehingga terjadi penurunan kalor laten dan kalor sensibel.

1.                  Siklus Kompresi Uap

Siklus kompresi uap merupakan salah satu siklus yang digunakan dalam proses pendinginan, siklus kompresi uap memerlukan beberapa komponen utama agar siklus ini dapat bekerja dengan baik seperti kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator

2          Proses Evaporasi

Pada tahap ini terjadi pertukaran kalor di evaporator, dimana kalor dari lingkungan atau media yang didinginkan diserap oleh refrigerant cair dalam evaporator sehingga refrigerant cair yang berasal dari katup ekspansi yang bertekanan dan bertemperatur  rendah berubah fasa dari fasa cair menjadi uap yang mempunyai tekanan dan  temperatur tinggi. Maka besar kalor yang diserap oleh refrigerant adalah :

Qc = mº ( h₂ – h₁ ) ………………………( 3 )

Dimana :

               Qc       =  Banyaknya kalor yang diserap di evaporator per satuan waktu

                               ( kj/s).        

               mº        =  Laju aliran massa refrigerant ( kg/s).

               h₂ – h₁  =   Efek refrigerasi (kj/kg).

Proses pendinginan evaporative atau secara teknik disebut dengan proses pendinginan adiabatik yang terjadi pada sebuah peralatan air washer adalah suatu proses pengkondisian udara yang dilakukan denganmembiarkan kontak langsung antara udara dengan air, sehingga terjadi perpindahan panas dan perpindahan massa antara keduanya. Temperatur bola kering udara akan menurun dalam proses ini, dan panas sensibel yang dilepaskan digunakan untuk menguapkan sebagian butiran air. Apabila selang waktu kontak air dan udara mencukupi, maka udara akan mencapai kondisi saturasi. Ketika kondisi equilibrium tercapai, temperatur air turun hingga sama dengan temperatur bola basah udara. Secara umum akan diperoleh bahwa temperatur bola basah udara sebelum dan sesudah proses adalah sama karena proses semacam ini terjadi di sepanjang garis bola basah yang konstan.

3          Proses Kompresi

               Tahap ini terjadi di kompresor dimana refrigerant yang berfasa uap dengan  temperatur dan tekanan rendah dikompresi secara isentropic sehingga temperatur dan tekanannya menjadi tinggi, besar kapasitas pemanasan dapat ditulis dengan persamaan :

Qw = mº ( h₃ – h₂ ) ………………………( 4 )

Dimana :

               Qw      =  Kapasitas pemanasan  ( kj/s).        

               mº        =  Laju aliran massa refrigerant ( kg/s).

               h₃ – h₂  =   Kerja kompresi (kj/kg).

4          Proses Kondensasi

               Tahap ini terjadi di dalam kondensor, dimana panas dari  refrigerant yang berfasa uap dari kompresor dibuang ke lingkungan sehingga refrigerant tersebut mengalami kondensasi. Pada tahap ini terjadi perubahan fasa dari dari fasa uap superheat menjadi fasa cair jenuh, pada fasa cair jenuh ini tekanan dan temperaturnya masih tinggi. Besarnya kalor yang dilepaskan di kondensor adalah:

                                         qc = h₃ – h₄……………………….………( 5 )     

Dimana :

               qc        =  Kalor yang dilepas di kondensor (kj/kg)

               h₃          =  Entalpi refrigerant yang keluar dari kompresor (kj/kg)

               h₄          =  Entalpi refrigerant cair jenuh (kj/kg)

5.                Proses Ekspansi

Tahap ini terjadi di katup ekspansi dimana refrigerant diturunkan tekanannya yang diikuti dengan turunnya temperatur isentalphi.

 

III.             METODOLOGI

3.1       Waktu dan Tempat

3.2       Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah.

Alat tulis

Grinhouse

RH meter

3.3       ProsedurPercobaan

Langkah kerja yang dilakukan dalam praktikum ini adalah:

1.                  Menyiapkan alat tulis

2.                  Menentukan lokasi praktikum yaitu laboratorium DAMP dan rumah plastik.

3.                  Mengamati dan mencatat parameter yang ada pada masing-masing green house berupa suhu dan RH.

 

IV.             HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1.      Hasil

Dari pengamatan yang telah dilakukan,didapatkan hasil sebagai berikut:

1 . rumah plastik

Diketahui:                   To= 32,3^o c                              Ti = 33,4 %

Rho = 41%                              Rh_in= 43,9 %

Ts₀ = 34,2^o c                            Ts_i = 40,6^o c

Panjang = 390 cm

Lebar = 155 cm

Dimana nilai k PVC= 0,044 w/mK

a).Gradient perubahan suhu pada material bangunan.

Lapisan	R (MK/W)	% Unit R total	Diff temp	T
1.Lap udara luar	0,044	38,39	1,689	34,3=34,2
2.PVC	2,7 x 10-3	38,39	0,103	36
3.Lap udara dalam	0,12	38,39	4,60	40,6
Total	0,1667

R PVC  =  =2,7 x 10^-3

Unit R total =  =  = 38,39

b) perpindahan kalor

            Q = U X A X

   = 40,6 – 34,2 = 6,4 K

A = P X L = 3,9 m X 1,55 M = 6,045 M²

U= 1/ Rtot = 1/ 0,044 + 1,2 x10^-4  / 0,044+1/0,12 =31,063

Q = 31,063 x 6,045 x 6,4 = 1201,765 watt.

c) parameter lingkungan menggunakan psycometri

udara luar :

RH=41%

Tbk= 32,3 ⁰C

HR= 0,0133

Tbb = 21,5 ⁰C

H= 66,9 kj/kg

Vs = 0,97 m^{3 /kg}

Tdp = 17,1

2). Dik:

To = 32 ^oc  RH= 53,5%  Ti =31,8 ⁰c Rh= 57% d=1,25cm

D bata =11 cm

Lap udara luar = 0,044 w/m²k

Plesteran dalam = 0,87 w/mk

Plesteran dalam = 0,70 w/mk

Bata merah = 0,44 w/mk

Lap.udara dalam = 0,12 w/m²k

Panjang = 100 cm

Lebar = 78 cm

a)    Gradien perubahan suhu

Lapisan	R( w/m2k)	Unit R tot	Diff temp	T
Lap udara luar	0,044	8,518	0,374	32,63=32,8
Plesteran luar	0,0143	8,518	0,1218	32,26
Bata merah	0,25	8,518	2,1295	32,144
Plesteran dalam	0,0178	8,518	0,1516	30,022
Lap udara dalam	0,12	8,518	1,02216	29
total	0,4461

R plasteranluar = d/k = 0,0125/0,70 = 0,0178

R bata merah = d/k = 0,11 /0,44 = 0,25

Rplesteran dalam = d/k = 0,0125/0,70 =0,0178

Unit Rtot = T / tot = 29-32,8 / 0,4461 = 8,518

b)  Perpindahan kalor

Q = U X A X

 = 29-32,8 = 3,8

A= 1m X 0,78 m = 0,78 m²

U= 1/ Rtot = 1/ 0,044 + 0,0125/0,87 + 0,11/ 0,411 + 0,0125/0,70 + 1/0,12

= 31,342

Q= 31,342 x 0,78 x 3,8

= 92,897 watt

c)      Parameter lingkungan

Udara luar :

Tbk = 32⁰c

Rh =53,5%

HR= 0,175

Tbb = 24⁰c

H=77 kj/kg

Vs=0,976 m³/kg

Tdp=21,1

Udara dalam:

Tbk = 31,8⁰c

Rh = 57%

HR= 0,183

Tbb =24,2⁰c

H=78 kj/kg

Vs= 0,976 m³/kg

Tdp = 22,2

 V.                KESIMPULAN

Dari pengamatan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:

Kesimpulan = laju perpindahan panas pada rumah plastik lebih besar dibanding dengan dinding gudang karena perbedaan suhu pada rumah plastik bagian dalam dan luar lebih besar dibandingkan perbedaan suhu dibagian dalam dan luar dinding gudang

 
 

DAFTAR PUSTAKA

Rokhani, H. 2009. Pengendalian Lingkungan Dalam Bangunan Pertanian. Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor.

Soegijanto. 1999. Bangunan di Indonesia dengan Iklim Tropis Lembab Ditinjau Dari Aspek Fisika Lingkungan. Bandung: Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi. Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.

Stoecker, W.F and jones, J.W. 1989 . Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, edisi ke-2.Alih bahasa Ir.Supratman Hara. Jakarta : Erlangga.

Satwiko, P. 2004. Fisika Bangunan Jilid 1. Jakarta: Erlangga.