## ANALISA KEBUTUHAN BEBAN PENDINGIN DAN
DAYA ALAT PENDINGIN AC UNTUK AULA KAMPUS 2 UM METRO.

## Kemas Ridhuan, Andi Rifai
Program Studi Teknik Mesin Universitas muhammadiyah Metro Jl. Ki Hjar Dewantara No. 116 Kampus Kota Metro kmsridhuan@yahoo.co.id

## Abstrak
Factor-faktor  kenyamanan  dari  suatu  ruangan  sangat  ditentukan  oleh  letak,  karaktristik  dan  kegiatan yang  ada  di  dalamnya.  Untuk  mengatasi  hal  tersebut  diperlukan  suatu  alat  pendingin  dengan  beban pendinginan yang sesuai dengan kebutuhan ruang tersebut. Aula kampus 2 UM Metro sebagai tempat aktifitas akademik  yang  yang  beragam,  setiap  saat  selalu  ramai  dengan  kapasitas  250  orang,  memerlukan  beban pendingin yang memadai. Penelitian ini  bertujuan untuk mengetahui beban pendiginan dan daya pendinginan dari alat AC yang diperlukan untuk ruang Aula tersebut. Metode penelitian yang dilakukan yaitu kajian pustaka dan observasi. Mengamati  berbagai kejadian seperti sudut pancaran sinar matahari, mengukur suhu dinding luar, dinding dalam, berbagai aksesoris yang ada dan jenis kegiatan yang dilakukan. Kemudian melakukan perhitungan dengan kajian pustaka. Hasil penelitian yang didapat yaitu beban pendinginan dari seperti dinding bata dengan lapisan plester, kaca, atap dari paduan alumunium, lantai dari beton dan keramik, lampu, penghuni, peralatan elektronik dan 250 orang jumlah maksimal yang ada pada ruangan aula kampus 2 UM Metro didapat sebesar 47,87 kW dan besar daya sistem pendingin AC yang diperlukan untuk mendinginkan beban pendinginan dari daya kompresornya  sebesar 1,77 kW. Apabila dikonversikan daya kompresor 1,77 kW setara dengan 2,4 PK. untuk pemasangan AC dari 2,4 PK dibutuhkan 5 unit alat pendingin yang masing-masing alat berkapasitas ½ PK agar pendinginan diruang tersebut lebih efisien.
Kata Kunci : Beban, Pendingin, AC, Aula

## PENDAHULUAN
Penyegaran  udara  adalah  suatu  proses mendinginkan  udara  sehingga  dapat  mencapai temperatur  dan  kelembapan  yang  sesuai  dengan yang  dipersyaratkan  terhadap  kondisi  udara  dari suatu  ruangan  tertentu.  Selain  itu,  mengatur aliran  udara  dan  kebersihannya.  Untuk  dapat menghasilkan  udara  dengan  kondisi  yang diinginkan,  maka  peralatan  yang  dipasang  harus mempunyai  kapasitas  yang  sesuai  dengan  beban pendinginan yang dimiliki ruangan tersebut.
Proses penyegaran udara yaitu udara dalam ruangan  yang  ada  pada  temperatur  dan kelembapan  dihisap  masuk  ke  dalam  alat penyegar  udara,  kemudian  bercampur  dengan udara luar dan menghasilkan udara pada tingkat keadaan. Selanjutnya, udara didinginkan dengan jalan  mengalirkannya  melalui  koil  pendingin, setelah  terlebih  dahulu  dibersihkan  melalui saringan udara. Apabila permukaan koil pendingin  bertemperatur  lebih  rendah  dari  pada titik embun dari udara, maka uap air dalam udara
akan mengembun pada permukaan koil pendingin.  Air  embun  (kondensat)  yang  terjadi itu  akan  menetes  dan  dialirkan  keluar,  sehingga perbandingan kelembapan udara akan berkurang (Stoecker, 1982).

## Psikometri
Psikometri  merupakan  kajian  tentang  sifat- sifat  campuran  udara  dan  uap  air,  yang mempunyai  arti  penting  di  dalam  bidang  teknik pengkondisian  udara,  karena  udara  atmosfir tidak  kering  betul  tetapi  merupakan  campuran udara  dan  uap  air.  Pada  beberapa  proses pengkondisian  udara,  kandungan  air  sengaja disingkirkan  dari  udara, tetapi  pada  proses  yang lain air  ditambahkan.  Ada beberapa istilah  yang dipakai  dalam  diagram  psikometri  ini  yaitu seperti  temperatur  bola  kering,  temperatur  bola basah,  kelembapan  udara,  kelembapan  relatif ,volume  spesifik,  titik  embun  dan  entalpi (Arismunandar, 1991).
Gambar 1. Diagram Psikometri (Sumber: Arismunandar, 1991)

## Cara kerja alat pendingin
Kompresor  berfungsi  sebagai  pemampat fluida  kerja  (refrigeran),  jadi  refrigeran  yang masuk  ke  dalam  kompresor  AC  dialirkan  dan dimamfatkan  ke  kondensor  yang  kemudian dimampatkan di kondensor. Dibagian kondensor ini  refrigeran  yang  dimampatkan  akan  berubah fase  dari  refrigeran  fase  uap  menjadi  refrigeran fase  cair,  maka  refrigeran  mengeluarkan  kalor yaitu kalor penguapan yang terkandung di dalam refrigeran (Afendi, 2012).
Adapun  besarnya  kalor  yang    dilepaskan oleh  kondensor  adalah  jumlah  dari  energi kompresor  yang  diperlukan  dan  energi  kalor yang  diambil  evaporator  dari  substansi  yang akan didinginkan (Stoecker, 1982).
Beban  Kalor  dan  Sistem  Penyegaran  Udara (Stoecker, 1982) :
Beban kalor terdiri dari yaitu
a. Beban pendinginan luar
b. Beban pendinginan dalam
c. Beban kalor ruangan
d. Beban  kalor  dari  udara  luar  yang  masuk ke dalam alat penyegar
e. Beban blower dan motor
f. Kebocoran dari saluran, dan sebagainya.
Beban  kalor  ruangan  dan  beban  alat penyegar udara pada dasarnya dapat dikelompokkan  menadi  kalor  sensibel  dan  kalor laten (Sumardi, 2004).
Beban  pendinginan  luar  terdiri  dari  beban kalor melalui dinding, kaca, atap dan lantai. Koefisien  perpindahan  kalor  (U)  melalui  nilai konduktivitas  termal  bahan.  Dapat  dihitung dengan menggunakan rumus:

## U =
Keterangan : R UL = Resistansi termal permukaan luar (m 2 . K/W) R UP = Resistansi termal permukaan dalam (m 2 . K/W) R k = Resistansi termal bahan (m 2 . K/W)
Panas  melalui  dinding  dan  yang  lainnya terjadi  oleh  panas  sinar  matahari  yang  diserap oleh  permukaan  dinding  dan  oleh  beda temperatur  antara  kondisi  luar  ruang  dan  dalam ruangan sebesar dapat dihitung dengan persamaan (Stoecker : 61) :
Q dinding = A dinding . U dinding . (Td 1 – Td 2 ) Dan  besar  beban  pendinginan  total  yang  terjadi dapat diketahui yaitu :
Q total luar = Q dinding + Q kaca + Q atap + Q lantai
Beban pendinginan dalam terdiri dari beban kalor dari  lampu,  kalor  dari  penghuni  dan  kalor  dari peralatan yang besarnya yaitu :
Q total dalam = Q lampu + Q penghuni + Q peralatan beban  pendinginan  total  merupakan  total  jumlah beban  ruangan  yang  terdiri  dari  beban  total pendinginan  luar  dan  beban  total  pendinginan dalam.  Beban  pendinginan  total  dapat  dihitung dari persamaan berikut :
Q total pendinginan =  Q total pendinginan luar + Q total pendinginan dalam

## Beban Mesin Pendingin AC
Untuk  mengetahui  besar  beban  pada mesin  pendingin  AC  seperti  ditunjukkan  pada gambar  2,  dimana  system  siklus  pendingin memerlukan kerja pada masing-masing komponen, seperti kondensor, kompresor, evaporator dan katup ekspansi.
Gambar 2. Diagram tekanan dan entalpi siklus kompresi uap standar
Usaha pendinginan pada evaporator  yaitu : (Stoecker, 1982).
W = h 1 – h 4 Keterangan :
h 1 = Entalpi refrigeran pada titik 1 (kJ/kg) h 4 = Entalpi refrigeran pada titik 4 (kJ/kg)
Laju  aliran  pendinginan  refrigeran  merupakan jumlah refrigeran yang disirkulasikan tiap satuan waktu yaitu :
̇ = Keterangan : Q totalpendinginan =Beban pendinginan total (kW) W    = Usaha pendinginan (kJ/kg)
Kerja  kompresor  berlangsung  secara  adiabatik yaitu tidak ada kalor yang masuk maupun keluar sistem yang besarnya :
P k = ̇ . (h 2 – h 1 ) Keterangan : ̇ = Laju aliran refrigeran (kg/det) h 2 = Entalpi refrigeran pada titik 2 (kJ/kg) h 1 = Entalpi refrigeran pada titik 1 (kJ/kg)
Di kondensor, uap refrigeran diembunkan, panas dilepas ke lingkungan dan terjadi perubahan fase refrigeran  dari  uap  ke  cair.  Dari  kondensor dihasilkan  refrigeran  cair  bertekanan  tinggi  dan bersuhu  rendah.  Sehingga  dapat  dirumuskan sebagai berikut (Sungadiyanto, 2006) :
P c = ̇ (h 2 – h 3 ) Keterangan : ̇ = Laju aliran refrigeran (kg/det)
h 2 = Entalpi refrigeran pada titik 2 (kJ/kg) h 3 = Entalpi refrigeran pada titik 3 (kJ/kg)
Di  evaporator,  refrigeran  cair  mengambil  panas dari  lingkungan  yang  akan  didinginkan  dan menguap sehingga terjadi uap refrigeran bertekanan  rendah.  Sehingga  dapat  dirumuskan sebagai berikut :
P e = ̇ (h 1 – h 4 ) Keterangan : ̇ = Laju aliran refrigeran (kg/det) h 1 = Entalpi refrigeran pada titik 1 (kJ/kg) h 4 = Entalpi refrigeran pada titik 4 (kJ/kg) Kemampuan  kerja  suatu  refrigerator  dinilai  dari besarnya  koefisien  kinerja.  Sehingga  dapat dirumuskan sebagai berikut :
(Stoecker, 1982).

## COP =
Keterangan : P k = Daya kerja kompresor (kW) Q totalpendinginan =Beban pendinginan total (kW)

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  di  Aula  Kampus  2 UM Metro. pada bulan Mei sampai Oktober  2013.
Metode  penelitian  yang  dilakukan  yaitu observasi  lapangan  dan  kajian  pustaka  yaitu mengukur  dan  mencatat  data-data  yang  didapat dari  lapangan  seperti  ukuran  bangunan  panjang, lebar  dan  tinggi.  Luas  bidang  tembok,  kaca  dan kayu. Jumlah pintu, jendela dan jumlah kapasitas
orang  pada  aula  tersebut.    Beberapa  peralatan yang  ada  dalam  ruang  aula  tersebut  seperti lampu,  alat  elektronika  dan  sumber  panas lainnya.
Kemudian dilanjutkan dengan metode kajian pustaka  yaitu  menghitung  beban  pendinginan ruang aula dan menghitung daya alat refrigerasi (pendingin  udara)  yang  akan  digunakan  pada ruangan  tersebut  dengan  menggunakan  metode pendinginan  beban  perbedaan  suhu  (CLTD) (Afendi, 2012).
Data pengukuran : Ruang aula :
a) panjang  19,85  m,  lebar  7,85  m  dan  tinggi 3,33 m.
b) Kapasitas  maksimal 250 orang
c) Peralatan elektronik : 1 amply, 2 speaker, 20 lampu, 1 LCD dan 5 kipas angin yang berada di dalamnya.
d) jendela 28 buah dan pintu 2 buah.
e) Pada  dinding  di  bagi  menjadi  4  bagian  yaitu dinding 1 dengan luas 48,8 m 2 , dinding 2 dan
4  dengan  luas  24,49  m 2 ,  dinding  3  dengan luas  16,65  m 2 ,  dan  masing-masing  dinding tebal 0,11 m.
f) Pada kaca dibagi menjadi 2 bagian yaitu kaca 1 dengan luas 13,132 m 2 , kaca 2 dengan luas
4,1552 m 2 dan tebal kaca 0,005 m.
g) Pada  bagian  atap  didapat  luas  162,88  m 2 berbahan  paduan  alumunium  dengan  tebal 0,00035 m.
h) Pada  bagian  lantai  didapat  luas  155,8225  m 2 dengan tebal 0,013 m.
Gambar 3. Ruang aula tampak dari belakang
Gambar 4. Ruang aula tampak dari samping
Gambar 5. Gedung aula tampak dari luar
Gambar 6. Jendela kaca ruang aula i) Untuk  temperatur  bola  basah  29 0 C  dan temperatur  bola  kering  32 0 C.  dan  data  yang diperoleh dari diagram psikometri pada 16 0 C dengan  kelembapan  relatif  70  %  didapat tekanan  parsial  uap  jenuh  9,7  mm  Hg, volume spesifik 0,83 m 3 /kg, titik embun 11 0 C dan perbandingan kelembaban 0,008.

## PERHITUNGAN
a. Beban pendinginan luar
Koefisien perpindahan kalor melalui dinding tembok yaitu :
U dinding =
= 1 / (0,044 m 2 . K/W + 0,136 m 2 . K/W + 0,120 m 2 . K/W) = 3,33 W/m 2 . K Q dinding 1 = A dinding 1 . U dinding . (Td 1 – Td 2 ) = 48,8 m 2 . 3,33 W/m 2 . K (309 K – 307 K) = 325 W Dengan cara yang sama maka dapat dihitung dan hasilnya sebagai berikut :
Q dinding 2= 55,44 W Q dinding 3 = 81,55 W Q dinding 4 = 652,4 W
Maka  jumlah  panas  yang  melewati  didnding tembok keseluruhan yaitu :
Q dinding = Q dinding 1 + Q dinding 2 + Q dinding 3 + Q dinding 4 = 325 W + 55,44 W + 81,55 W + 652,4 W = 1114,39 W Jumlah  panas  yang  melewati  kaca  keseluruhan yaitu :
Q kaca = Q kaca 1 + Q kaca 2 = 77,74 W + 24,56 W = 102,3 W Jumlah panas yang melewati atap yaitu : Q atap = A atap . U atap . (Ta 1 – Ta 2 ) = 162,88 m 2 . 6,1 W/m 2 . K (332 K – 310 K) = 21858,5 W Jumlah panas yang melewati lantai yaitu : Q lantai = A lantai . U lantai . (Tl 1 – Tl 2 ) = 155,8225 m 2 . 5,78 W/m 2 . K (306 K – 304 K) = 1801,3 W Beban Total Pendinginan Luar adalah : Q total pendgn luar = Q dinding +Q kaca +Q atap +Q lantai = 1114,39 W + 102,3 W + 21858,5 W + 1801,3 W = 24876,49 W

## b. Beban pendinginan dalam
Beban panas dari lampu yaitu : Q lampu = Q lampu bulat + Q lampu panjang = 220,32 W + 114,24 W = 334,56 W
Beban panas dari penghuni/orang yaitu : Q penghuni = z . No . CLFP = 100 W . 250 orang . 0,89 = 22250 W Beban panas dari beberapa peralatan, seperti laptop, amply dan LCD,  yaitu : Q alat = Q alat laptop + Q alat amply + Q alat LCD = 64,98 W + 34 W + 312 W = 410,98 W Beban total pendinginan dalam adalah : Q total pendgn dalam = Q lampu +Q penghuni +Q peralatan = 334,56 W + 22250 W + 410,98 W = 22995,54 W Beban pendinginan total/keseluruhan adalah Q total pendinginan = Q total pendgn luar + Q total pendg dalam = 24876,49 W + 22995,54 W = 47872,03 W   = 47,87 kW

## c. Beban mesin pendingin alat AC
Usaha pendinginan refrigeran yaitu : W   = h 1 – h 4 = 410,7 kJ/kg – 249,7 kJ/kg = 161 kJ/kg Laju aliran pendinginan refrigerant yaitu :
̇ =
=
=  0,30 kg/det
Daya kerja kompresor yaitu : P k = ̇ . (h 2 – h 1 ) = 0,30 kg/det . (416,6 – 410,7) kJ/kg = 1,77 kJ/det = 1,77 kNm/det = 1,77 kW
Panas yang dilepaskan kondensor  yaitu :
P c = ̇ (h 2 – h 3 ) = 0,30 kg/det . (416,6 – 249,7) kJ/kg = 50,1 kJ/det = 50,1 kNm/det = 50,1 kW
Penyerapan panas evaporator yaitu :
P e = ̇ (h 1 – h 4 )
= 0,30 kg/det (410,7 – 249,7) kJ/kg = 48,3 kJ/det = 48,3 kNm/det = 48,3 kW
Coefisien of performance (COP)
COP = = = 27,04

## PEMBAHASAN
Berdasrkan hasil perhitungan beban pendinginan  di  dapat  sebesar  47,87  kW.  Hal  ini di  pengaruhi  oleh  beberapa  faktor  yaitu  beban pendinginan  luar,  yang  berupa  panas  pada dinding  ruangan,  kaca  jendela,  pintu,  atap  dan lantai  ruangan.  Yang  cukup  besar  pengaruhnya yaitu pada dinding ruangan sebelah timur karena terkena  sinar  matahari  langsung.  Kemudian jendela  kaca,  semakin  banyak  jumlah  jendela maka  akan  semakin  banyak  sinar  matahari  yang masuk  menyinari  ruang  aula  kemudian  pintu, karena aka nada udara luar yang masuk dan udara di dalam keluar.
Untuk  beban  pendinginan  dalam    yaitu setiap  komponen  yang  ada  di  dalam  ruangan yang dapat menimbulkan panas seperti panas dari lampu,  LCD,  laptop,  ample  dan  penghuni/orang. Factor  yang  cukup  besar  yaitu  orang,  karena sitiap  orang  akan  mengeluarkan  panas,  semakin banyak  orang  maka  akan  semakin  banyak  panas yang  dikeluarkan,  kemudian  LCD  karena memang mengluarkan panas dan cahaya sehingga panas  yang  dihasilkan  besar,  lalu  lampu penerangan  karena  sinarnya  mengeluarkan  panas dan cahaya.
Untuk  beban  yang  lainnya  dirasa  tidak begitu  besar  pengaruhnya,  karena  panas  yang dihasilkan  kecil,  seperti  atap  dan  lantai  ruangan serta dinding ruang yang lainnya juga alat leptop dan ampleplayer.
Kemudian  untuk  mengantisipasi  besarnya daya  panas  yang  ditimbulkan  pada  ruang  aula tersebut, maka beban pendinginan yang diperlukan  untuk  menciptakan  kondisi  ruangan yang  nyaman  di  dapat    dari  daya  alat  pengingin AC  (daya  kompresor)  yang  sesuai  yaitu  sebesar 1,77  kW  atau  setara  2,4  PK  dan  dibulatkan menjadi 2,5 PK.
Berdasarkan    cara  perhitungan  beban pendinginan AC di lapangan atau toko yang biasa dilakukan  yaitu  hanya  dengan  menggunakan dasar  ukuran  panjang  dan  lebar  ruangan  saja. Maka  untuk  ruang  aula  yang  berkuran  panjang 19,85  m  dan  lebar  7,85  m  didapat  daya  alat pendingin AC yang ideal atau sesuai yaitu sebesar 8,6  PK.  Ini  menunjukkan  perbedaan  yang  cukup besar terjadi dari hasil perhitungan tersebut.

## KESIMPULAN
Didalam  hasil  perhitungan  di  atas  maka dapat  disimpulkan  bahwa  ruang  aula  yang mempunyai  ukuran  panjang    19,85  m,  lebar 7,85m,  dan  tinggi  3,33m  dengan    kapasitas  250 orang memiliki beban pendinginan sebesar 47,87 kW. Dan untuk mendapatkan dan mempertahankan  kondisi  ruangan  aula  yang nyaman maka diperlukan daya alat pendingin AC sebesar  1,77  kW  atau  setara  2,4  PK  dibulatkan 2,5 PK.
Untuk  mendapatkan  pendinginan  yang merata  maka  perlu  dibagi  menjadi  5  unit  alat pendingin,  masing-masing  daya  pendingin  @  ½ PK yang disebar ke masing-masing bagian, jarak dan sisi, tiga sebelah kiri dan 2 bagian disebelah kanan.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Afendi, ahmad Arif. Puad, Jamil M. Sonhaji, M. 2012. Perhitungan Beban Pendinginan, Pemilihan dan Pemasangan Air
Conditioning di Ruang Autocad . Teknik MesinUniversitas Diponegoro, Semarang.
2. Arismunandar, Wiranto. Saito, Heizo. 1991.Penyegaran Udara. PT. Pradya
Paramitha Jakarta.
3. Badan  Sstandar  Nasional.  2011.  Konservasi Energi  Selubung  Bangunan  Pada  Bangunan Gedung. Jakarta. BSN.
4. Stoecker, W,F. Jones, J.W.  1982.  Refrigrasi dan  Pengkondisian  Udara.  Jakarta  Penerbit Erlangga Jakarta.
5. Sumardi, Syamsuar, Ariefin. Analisis Beban Pendinginan  Sistem  Tata  Udara  (STU) Ruang Auditorium Lantai III Gedung Utama Politeknik  Negeri  Lhoksuemawe.  Teknik Mesin.  Politeknik  Negeri  Lhoksuemawe Aceh
6. Sungadiyanto. 2006. Studi eksperimental Performa Mesin Pengkondisian Udara (AC) MC Quay dengan Refrigeran R-22 pada Laboratorium Teknik Mesin Universitas Negri Semarang. Universitas Negri Semarang. Semarang