## ANALISA OPTIMALISASI KEBUTUHAN DAYA KOIL PENDINGIN SISTEM PENGKONDISIAN UDARA PADA RANGKAIAN RUANG KELAS LANTAI 4 GEDUNG D UNIVERSITAS MERCUBUANA JAKARTA
Fikry Zulfikar Program Studi Teknik Mesin, Universitas Mercubuana Jakarta
Abstrak -  Sistem  pengkondisian  udara  sangat  banyak  manfaatnya  dalam  kehidupan  sehari-sehari terutama dalam kenyamanan bekerja dan belajar dalam ruangan.  Besarnya daya yang dibutuhkan koil pendingin dalam sebuah sistem pengkondisian udara adalah salah satu faktor dalam mengukur tingkat prestasi sebuah mesin pengkondisian udara.  Oleh karena itu diperlukan sebuah analisis dalam mencari optimalisasi besarnya daya yang dibutuhkan koil pendingin untuk mengukur tingkat performansi sebuah mesin  pendingin.    Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menganalisis  dalam  mencari  kebutuhan  daya  koil pendingin  yang  optimal  dalam  sistem  pengkondisian  udara  di  Gedung  D  lantai  4  Universitas Mercubuana berdasarkan faktor-faktor penelitian tertentu.  Metode penelitian yang digunakan adalah menggunakan  data-data  primer  dan  sekunder  yang  diolah  melalui  analisis.    Kemudian  hasil  analisis tersebut dibahas untuk ditarik sebuah kesimpulan dan terdapat saran pada bagian akhir.  Pada hasil analisis  berdasarkan  faktor-faktor  penelitian  dipilihlah  kondisi  nomor  2  dari  seluruh  variasi  kondisi sebagai  kondisi  dengan  kebutuhan  daya  koil  pendingin  paling  optimal  karena  kebutuhan  energinya paling hemat yakni 124.747 W.
Kata kunci : sistem pengkondisian udara, koil pendingin, kebutuhan daya.

## 1.  PENDAHULUAN
Dalam  kehidupan  kita  sehari-hari,  tentu  kita menginginkan  kenyamanan  dalam  beraktivitas. Begitu  pula  dengan  kegiatan  belajar-mengajar dalam  lingkungan  kampus,  kita  menginginkan lingkungan  yang  kondusif  dalam  belajar.    Salah satu  faktor  kenyamanan  dalam  kegiatan  belajar mengajar  adalah  faktor  pengkondisian  udara dalam  ruang  kelas.    Udara  yang  panas  dalam ruang kelas membuat kita kurang nyaman dalam belajar.    Oleh  karena  itu  dibutuhkan  alat pengkondisian  udara  ( Air  Conditoning/AC )  untuk membantu mengatur pengkondisian udara dalam ruang kelas agar nyaman.
Besarnya daya yang dibutuhkan koil pendingin  dalam  sebuah  sistem  pengkondisian udara  adalah  salah  satu  faktor  dalam  mengukur tingkat  prestasi  sebuah  mesin  pengkondisian udara.  Oleh karena itu diperlukan sebuah analisis dalam  mencari  optimalisasi  besarnya  daya  yang dibutuhkan koil pendingin untuk mengukur tingkat performansi sebuah mesin pendingin.
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menganalisis dalam  mencari  kebutuhan  daya  koil  pendingin yang  optimal  dalam  sistem  pengkondisian  udara di  Gedung  D  lantai  4  Universitas  Mercubuana berdasarkan  faktor-faktor  penelitian  tertentu. Adapun  faktor-faktor  penelitian  yang  digunakan dalam penelitian ini adalah suhu dan kelembapan yang  kita  inginkan,  dan  laju  aliran  massa  udara udara.
Objek  dalam  penelitian  ini  adalah  gedung  D lantai 4 Universitas Mercubuana Jakarta.  Gedung ini terletak di Jakarta Barat, daerah ini terletak di Jl.Meruya  Selatan,  Kebon  Jeruk  –  Jakarta  Barat 11650  yang terletak pada 6 lintang  selatan  dan 106 bujur timur.
Rumusan masalah pada penelitian ini tidak lepas dari tema yang sudah ditentukan yaitu bagaimana cara  menentukan  sebuah  kebutuhan  daya  koil pendingin yang optimal dari sistem pengkondisian udara  terbaik  berdasarkan  faktor-faktor  yang berpengaruh.
Melihat luasnya ruang lingkup permasalahan yang  ada,  maka  penulis  membatasi  penelitian agar  dapat  mempermudah  proses  perhitungan tanpa  mengurangi  keakuratan  hasil  penelitian, oleh  karena  itu  penulis  membatasi  masalah sebagai berikut:
1.  Variasi  temperatur  ruangan  yang  diinginkan adalah 23 C, 24 C, dan 25 C.
2.  Variasi kelembapan ruangan yang diinginkan adalah 50% dan 60%.
3.  Perhitungan  beban  pendinginan  difokuskan pada  beban internal  load (manusia,  lampu, dan peralatan) dan beban kalor matahari yang nanti dijumlahkan menjadi beban pendinginan total.
4.  Ruangan  kelas  yang  digunakan  dalam perhitungan  dan  analisis  adalah  D-402,  D- 403, D-404, dan D-405.
5.  Hasil penelitian bersifat rekomendasi.
6.  Saluran  ducting  menggunakan  sistem  zona tunggal.
7.  Aliran  udara  dalam  saluran ducting tidak mengalami divergensi.

## 2.  TINJAUAN PUSTAKA
Tujuan  pokok  perhitungan  perancangan  sistem pengkondisian  udara  adalah  untuk  menentukan seberapa  besar  laju  aliran  udara  dingin  dan kapasitas  mesin  pendingin  yang  diperlukan  bagi sistem pengkondisian udara untuk kondisi tertentu
temperatur  dan  kelembaban  udara  nyaman, karakteristik beban termal, jumlah penghuni, serta kondisi  temperatur  dan  kelembaban  udara atmosfir yang berada di luar ruangan.
Pada  tahap  pertama,  berangkat  dari  kondisi udara  nyaman  yang  diinginkan  terjadi  di  dalam ruangan  yang  akan  dikondisikan  udaranya  kita tentukan besarnya temperatur udara dingin yang masuk ke dalam ruangan  atau  yang berasal  dari hasil pendinginan di coil pendingin.
Setelah  itu,  dengan  menerapkan  prinsip kesetimbangan  energi  pada  aliran  udara  yang bersirkulasi  di  dalam  ruangan  kita  tentukan besarnya  laju  aliran  massa  udara  dingin  yang diperlukan  untuk  mengatasi  beban  termal  yang bekerja ke dalam ruangan.
Selanjutnya,  berangkat  dari  data  tingkat keadaan  udara  atmosfir  yang  akan  disalurkan masuk  ke  dalam  sistem  pendingin  kita  tentukan besarnya  laju  kebutuhan  udara  segar  dari  luar ruangan. Setelah itu, dengan menerapkan prinsip kesetimbangan massa aliran dan kesetimbangan energi  pada  daerah  pencampuran  antara  aliran udara  atmosfir  dari  luar  ruangan  dengan  aliran udara hangat yang datang dari keluaran ruangan yang  dikondisikan  maka  kita  tetapkan  besarnya laju  aliran  massa  udara  hangat  tersebut  (laju aliran  massa  udara  by-pass).  Setelah  itu,  kita tetapkan  juga besarnya  enthalpi aliran  refrigeran masuk  ke  coil  pendingin.  Pada  tahap  akhir  kita dapat  menentukan  besarnya  kapasitas  mesin pendingin yang diperlukan.

## Gambar Skema Sederhana Pengkondisian Udara Ruanga
2.1  Memperkirakan  Besarnya  Temperatur Udara Dingin  yang  Masuk ke Dalam Ruangan atau  yang  Berasal  dari  Hasil  Pendinginan  di Koil Pendingin (T 1 )
Para  perancang  sistem  pengkondisian  udara menyarankan  bahwa  pada  umumnya  besarnya beda temperatur antara temperatur udara nyaman di dalam ruangan dengan temperatur udara dingin yang keluar dari cooling coil (T 2 – T 1 ) dapat dipilih di sekitar harga 7 o C sampai dengan 8 o C.
2.2  Memperkirakan  Laju  Aliran  Udara  Dingin yang Diperlukan Masuk ke Dalam Ruangan
Apabila pada aliran udara di dalam ruangan yang diperlihatkan  pada  gambar  2.25.  kita  terapkan prinsip kesetimbangan energi, dengan menganggap aliran udara adalah stasioner, maka kita memiliki persamaan :
Beban  panas  yang  masuk  ke  ruangan  (Q)  = kenaikan energi panas (E 2 – E 1 )
Selanjutnya  apabila  beda  energi  kinetik  dan beda energi potensial di antara aliran udara di (1) dan di (2) kita abaikan karena bisa dianggap kecil, maka persamaan di atas menjadi:
Beban  panas  yang  masuk  ke  ruangan  (Q)  = kenaikan energi enthalpi udara (h 2 – h 1 )     (2.35) Atau : Q = m ud (h 2 – h 1 )  (J/s)
Atau,  besarnya  laju  aliran  massa  udara  yang diperlukan bagi ruangan tersebut adalah :
m ud =  Q / (h 2 – h 1 )  (kg udara kering /s) Di mana :
Q : beban panas yang masuk ke ruangan (J/s) h 2 adalah enthalpi udara saat akan meninggalkan ruangan (J/kg udara kering ) h 1 adalah adalah enthalpi udara dingin saat masuk ke dalam ruangan (J/kg udara kering )

## 2.3  Memperkirakan  Besarnya  Enthalpi  Udara Dingin di Tingkat Keadaan (1)
Untuk  memperkirakan  besarnya  enthalpi  udara dingin di tingkat keadaan (1) Terlebih dahulu kita tentukan  besarnya  SHF  (Sensibel  Heat  Factor) bagi sistem aliran udara di dalam ruangan:
SHF = Q total / Q sensibel
Tingkat  keadaan  (1)  atau  titik  (1)  pada  diagram psikrometrik  dapat  ditentukan  dengan  menarik garis temperatur T 1 vertikal ke atas, dan kemudian mensuperposisikan  dengan  garis  SHF  pada diagram psikrometrik.
Setelah  Tingkat  keadaan  (1)  atau  titik  (1) pada  diagram  psikrometrik  dapat  ditentukan letaknya  maka  dengan  mudah  kita  dapat menentukan  harga  enthalpi  h 1 dan  volume jenisnya ν 1 (m 3 /kg udara kering )
Selanjutnya, dengan menggunakan persamaan : m ud =  Qtotal / (h 2 – h 1 )    (kg udara kering /s) kita dapat menghitung besarnya laju aliran massa udara kering per detik.
Kemudian,  debit  aliran  atau  kapasitas  aliran udara (Q v ) dapat dihitung menggunakan persamaan:
Q v = m ud . ν 1 (m 3 /s)
2.4 Memperkirakan besarnya laju aliran massa udara by-pass (m 3 ) Laju aliran massa udara by-pass (m 3 ) adalah laju aliran  udara  yang  meninggalkan  ruangan  tetapi kemudian dibelokkan kembali ke arah hulu intake sistem  pengkondisian  udara  untuk  bercampur
dengan  aliran  udara  atmosfir  dari  luar  ruangan yang akan masuk ke dalam sistem.
Tinjau  daerah  pencampuran  antara  aliran udara  atmosfir  yang  masuk  dari  tk  (0)  dengan aliran udara dari dalam ruangan yang masuk dari tk (3), kemudian keduanya bergabung menjadi tk (5) (lihat gambar 2.25).
Penerapan  prinsip  kesetimbangan  massa  aliran udara pada titik pencampuran tersebut memberikan persamaan:
m o + m 3 = m 5
Sementara itu, laju aliran massa udara  yang kemudian  melewati  tk  (5)  selanjutnya  akan mengalir  melewati  coil  pendingin  dan  masuk  ke dalam ruangan dengan laju aliran massa m 1 . Oleh karena itu: m 5 = m 1
Oleh karena itu, besarnya Laju aliran massa udara by-pass (m 3 ) dapat dihitung menggunakan persamaan: m 3 = m 5 – m o 2.5  Memperkirakan Besarnya Enthalpi Refrigeran Saat Masuk ke Koil Pendingin (h 5 ) Untuk  menentukan  besarnya  enthalpi  refrigeran saat  mengalir  masuk  ke  dalam  koil  pendingin maka  kita  Tinjau  daerah  pencampuran  antara aliran  udara  atmosfir  yang  masuk  dari  tk  (0) dengan  aliran  udara  dari  dalam  ruangan  yang masuk dari tk (3), kemudian keduanya bergabung menjadi tk (5) (lihat gambar 2.25).
Penerapan  prinsip  kesetimbangan  energi pada aliran udara pada titik pencampuran tersebut memberikan persamaan:
m o h o + m 3 h 3 = m 5 h 5
Laju  aliran  massa  udara  di  tk  (0),  m o pada prinsipnya  telah  dapat  ditentukan  besarnya  dari perhitungan sebelum ini. Begitu pula dengan Laju aliran massa udara di tk (3), m 3 dan m 5 = m 1. Kemudian  enthalpi  di  tk  (0)  h o juga  telah diketahui.    Sementara  itu  enthalpi  di  tk  (3)  h 3 adalah  sama  dengan  enthalpi  di  tk  (2)  h 2 .    Oleh karena itu, melalui persamaan di atas, kita dapat dengan mudah menghitung besarnya h 5 .

## 2.6.  Memperkirakan besarnya kapasitas mesin pendingin
Kapasitas  mesin  pendingin  adalah  kemampuan mesin  pendingin  menyerap  energi  panas  yang diangkut  oleh aliran udara hangat yang melewatinya.  Besarnya  laju  Energi  panas  yang diserap  oleh  mesin  pendingin  dari  aliran  udara, dan kemudian  dibuang ke lingkungan udara  luar sehingga  udara  saat  masuk  ke  dalam  ruangan memiliki  temperatur  yang  lebih  rendah  (lihat gambar  2.25)  dapat  dihitung  menggunakan persamaan berikut:
Q p = m 5 ( h 5 – h 1 )

## 3.  METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Langkah-Langkah Penelitian
1.  Observasi tentang objek penelitisn
2.  Mengidentifikasi tujuan dan manfaat penelitian 3.  Memperdalam landasan teori yang berhubungan dengan kebutuhan koil pendingin
4.  Menghimpun  data  dari  objek  penelitian  yang berpotensi mengeluarkan energi kalor (beban kalor pendinginan)
5.  Melakukan perhitungan-perhitungan dari data yang didapat terutama dalam hal beban kalor pendinginan  total,  laju  aliran  massa  udara, kebutuhan udara segar, dan kebutuhan daya koil pendingin.
6.  Menganalisis  hasil  perhitungan  kapasitas pendinginan dan perhitungan kebutuhan daya koil pendingin yang diakhiri dengan kesimpulan dan rekomendasi.
7.  Mendokumentasikan hasil penelitian

## 3.2. Objek Penelitian
Objek penelitian  adalah  ruang-ruang  kelas  lantai 4 gedung D Universitas Mercubuana. Gedung ini terletak  di  Jakarta  Barat,  daerah  ini  terletak  di Jl.Meruya  Selatan,  Kebon  Jeruk  –  Jakarta  Barat 11650  yang terletak pada 6 lintang  selatan  dan
106 bujur timur.

## 3.3. Alat Bantu Pengukuran
1.  Termometer untuk mengukur suhu dari objek penelitian
2.  Higrometer untuk mengukur kelembapan dari objek penelitian
3.  Meteran  gulung  untuk  mengukur  dimensi objek  penelitian  (panjang,  lebar,  dan  tinggi ruangan objek penelitian)
4.  ANALISIS

## 4.1. Beban Kalor Pendinginan Total
Berikut adalah tabel hasil perhitungan beban kalor pendinginan total:

## 4.2 Perhitungan Laju Aliran Massa Udara Pada Sistem Tata Udara
Dalam  mencari  besarnya  kapasitas  aliran  udara dalam  tata  udara,  terlebih  dahulu  kita  harus menentukan  variasi  kenyamanan  kondisi  udara yang kita inginkan.  Pada penjelasan sebelumnya kita menentukan perkiraan suhu udara yang dapat membuat  kita  nyaman  belajar  yakni 23 −  25 C dengan kelembapan relatif 50 - 60%.  Maka tabel kondisi  desain  untuk  mencari  kapasitas  aliran udara adalah sebagai berikut:
Dari  data  kondisi  yang  ada  di  tabel,  maka  kita dapat  mencari  kapasitas  aliran  udaranya  dalam perhitungan sebagai berikut:
A.  Kondisi 1
= = 23 C = 296 K ΔT  menurut  saran  desainer  adalah 7 − 8 C,  bila dipilih 7 C maka, ΔT = 23 C - 7 C = 16 C Laju aliran udara  yang masuk ke dalam ruangan dapat dihitung dengan cara sebagai berikut:
̇ = ρxQ
= −
=   ℎ −   ℎ
̇ =   ̇  (ℎ − ℎ )
̇ = ̇ ( )
Menggunakan  tabel  psychrometric  chart  didapat nilai entalpi sebagai berikut:
ℎ = 46 KJ/Kg
SHF =
= . , / . ,   / = 0,731
ℎ = 35 KJ/Kg
= 0,83 /Kg ̇ =
. , / . .
/ = 8,13 Kg/s
Selanjutnya dengan cara perhitungan yang sama di  dapat  data  perhitungan  pada  tabel  sebagai berikut:

## 4.3. Perhitungan Kebutuhan Udara Segar
Pada saat penelitian ini, suhu udara diluar gedung D  Universitas  Mercubuana  adalah 33 C  dengan kelembapan 90%.  Jumlah penghuni 61 orang di tiap  ruang  kelasnya.    Asumsikan  1  orang penghuni ruangan kelas membutuhkan 40 /jam udara  segar  (0,11 /detik  udara  segar).    Maka perhitungannya adalah: ( ) = 61   40 = 2440 = 0,678 udara segar
4.4  Perhitungan  Daya  Yang  Dibutuhkan  Koil Pendingin ( Cooling Coil )
Misalkan  pada  kondisi  1,  daya  yang  dibutuhkan koil  pendingin  dapat  dihitung  dengan  rumus berikut: = (ℎ −  ℎ ) Dari  perhitungan  kebutuhan  udara  segar ( )  bisa  kita  tentukan  nilai  entalpi  udara  segar ( ℎ ) menggunakan tabel psychrometric chart (T = 33 C,  Ø  =  90%)  sebesar  110  KJ/Kg  dengan volume jenis udara ( ) sebesar 0,918 /Kg. Entalpi pada saluran ducting sebelum bercampur dengan  saluran  udara  segar  ( mixing  zone )  ( ℎ ) dianggap  sama  dengan  entalpi  udara  saat meninggalkan ruangan ( ℎ ) ℎ = ℎ
Massa  udara  saat  keluar  dari  koil pendingin ( ) sama dengan massa udara masuk ruangan ( )
=
Massa  udara  sebelum  bercampur  udara segar  ( mixing  zone )  ( ) dapat  dihitung  dengan cara berikut:
= − Dimana,
= = , ⁄ , / = 0,739 Kg/s = 8,13 Kg/s - 0,739 Kg/s = 7,391 Kg/s Setelah ditemukan maka ℎ
( ℎ ) dapat dicari dengan cara berikut: ℎ = = ( , ) ( , )[ ⁄ ][ ⁄ ] , [ ⁄ ] = 51,82 KJ/Kg Maka, daya  yang  dibutuhkan  koil pada kondisi 1 adalah: = (ℎ −  ℎ ) = (ℎ −   ℎ ) = 8,13(51,82 – 35) [Kg/s] [KJ/Kg]
= 136,7466 KJ/s = 136.746,6 W
Selanjutnya dengan cara perhitungan yang sama di  dapat  data  perhitungan  pada  tabel  sebagai berikut:

## 4.5  Analisis  Daya  Yang  Dibutuhkan  Koil Pendingin
Hasil  perhitungan  keseluruhan  mengenai  daya yang  dibutuhkan koil pendingin pada  sistem tata udara Gedung D lantai 4 Universitas Mercubuana Jakarta dapat dilihat pada tabel berikut ini:
Dari data yang diperoleh, kondisi nomor 2 memiliki besar  nilai  daya  yang  dibutuhkan  koil  pendingin paling  rendah  yakni  124.747  Watt,  sedangkan pada  kondisi  desain  1  memiliki  besar  nilai  daya yang dibutuhkan koil pendingin paling tinggi yakni 136.746  Watt.  Ternyata  dari  hasil  perhitungan mengenai  besar  nilai  daya  yang  dibutuhkan  koil pendingin  tergantung  pada  besarnya  nilai temperatur,  prosentase  kelembapan,  dan  laju aliran  massanya.  Pada  suhu  temperatur  yang semakin rendah dengan prosentase kelembapan yang  semakin  tinggi  dan  nilai  laju  aliran  massa semakin besar,  maka daya  yang  dibutuhkan koil pendingin  akan  semakin  kecil.  Berikut  adalah grafik hasil perhitungan daya yang dibutuhkan koil pendingin di setiap variasi kondisi:

## 4.6. Pemilihan Kebutuhan Daya Koil Pendingin Yang Paling Optimal
Banyak  faktor  yang  menentukan  dalam  memilih kebutuhan daya koil pendingin yang optimal pada sistem  pengkondisian  udara  ruang-ruang  kelas gedung  D  lantai  4  Universitas  Mercubuana Jakarta. Diantara faktor-faktor yang mempengaruhi  kondisi  dari  sebuah  sistem pengkondisian udara adalah temperatur yang kita inginkan, kelembapan yang kita inginkan, dan laju aliran  massa  udara  yang  keluar  masuk.    Dari semua  variasi  kondisi  yang  dianalisis,  maka kebutuhan  daya  koil  pendingin  yang  besarnya paling  kecil  adalah  yang  paling  optimal.  Hal  ini disebabkan  karena  semakin  kecil  daya  yang dibutuhkan  koil  pendingin  maka  semakin  hemat besarnya  energi  yang  dibutuhkan,  sehingga menyebabkan performansi kerja mesin pengkondisian udara semakin baik.  Jadi, dari ke enam variasi kondisi yang dianalisis maka kondisi nomor  2 memiliki kebutuhan daya koil  pendingin yang  paling  optimal  untuk  sistem  pengkondisian udara Gedung D lantai 4 Universitas Mercubuana Jakarta.

## 5.  KESIMPULAN
1.  Ada  banyak sekali faktor dalam menentukan kondisi  kebutuhan  daya  koil  pendingin  yang optimal  pada  sistem  pengkondisian  udara diantaranya  adalah  temperatur  yang  kita inginkan, kelembapan yang kita inginkan, dan laju aliran massa udara.  Dalam penelitian ini menggunakan 6 kondisi yang berbeda.
2.  Kondisi  nomor  1  (dari  6  variasi)  kondisi memiliki laju aliran massa udara paling rendah yakni  8,13  kg/s  sedangkan  pada  kondisi nomor 6 memiliki laju aliran udara paling tinggi yakni 11,18 kg/s
3.  Kondisi nomor 2 (dari 6 variasi) memiliki besar nilai  daya  yang  dibutuhkan  koil  pendingin paling rendah yakni 124.747 Watt, sedangkan pada  kondisi  nomor  1  memiliki  besar  nilai daya  yang  dibutuhkan  koil  pendingin  paling tinggi yakni 136.746 Watt.
4.  Kebutuhan  daya  koil  pendingin  yang  paling optimal dari sistem pengkondisian udara yang paling optimal adalah kondisi nomor 2 karena daya  yang  dibutuhkan  koil  pendingin  paling rendah  dibandingkan  variasi  kondisi  lainnya sehingga  bisa  lebih  menghemat  energi dibandingkan  variasi  kondisi  yang  lain  agar memperkuat akurasi dalam analisis perhitungan.

## DAFTAR PUSTAKA
1.  ASHRAE Research. 2006. ASHRAE
Handbook: Refrigeration . Inch Pound Edition.
115 120 125 130 135 140 1 2 3 4
5 6
2.  G.  Pita,  Edward  .  1981  . Air  Conditioning Principles and Systems . USA . John Wily and Sons. Inc.
3.  Stoecker,  Wilbert  F.,  Jones,  Jerold  W.,  dan Supratman  Hara.  1994. Refrigerasi  dan
Pengkondisian  Udara.  Edisi  kedua .  Jakarta:
PT. Erlangga.
4.  Wiranto  Arismunandar,  Heizo  Saito.  1995.
Penyegaran Udara . Cetakan keempat.
Jakarta: PT. Pradnya Paramitha.
.