Analisis Matematis Perubahan Kondisi Udara Ruang Bangunan Pertanian Pada Proses Evaporative Cooling Pada Berbagai Kondisi Udara Lingkungan
In:
Submitted By ronandana Words 22640 Pages 91
SKRIPSI
ANALISIS MATEMATIS PERUBAHAN KONDISI UDARA RUANG BANGUNAN PERTANIAN PADA PROSES EVAPORATIVE COOLING PADA BERBAGAI KONDISI UDARA LINGKUNGAN
RONA NANDANA UTDITYASAN 07/254564/TP/8906
JURUSAN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2011
i
ANALISIS MATEMATIS PERUBAHAN KONDISI UDARA RUANG BANGUNAN PERTANIAN PADA PROSES EVAPORATIVE COOLING PADA BERBAGAI KONDISI UDARA LINGKUNGAN
SKRIPSI Program Studi Teknik Pertanian Minat Studi Teknik Proses Dan Produk Pertanian
Diajukan kepada: Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Gadjah Mada sebagai salah satu kelengkapan studi jenjang Strata satu (S1) dalam memperoleh derajat Sarjana Teknologi Pertanian pada Program Studi Teknik Pertanian
Oleh: Rona Nandana Utdityasan 07/254564/TP/8906
JURUSAN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2011 HALAMAN PENGESAHAN
ii
iii
Karya InI Saya Persembahkan UntUk Ibuku TercInTa, Ibu SrI Utami S.Pd., dan UntUk AyAhku TersAyAng Ajun Inspektur polIsI satu Suyadi
Rona nandana
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena dengan ridho-Nya pelaksanaan penelitian dan penulisan skripsi dapat berjalan lancar tanpa halangan yang berarti. Keberhasilan penulis dalam melaksanakan penelitian dan penyusunan skripsi ini tidak lepas dari dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan kali ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. 2. Bapak Dr. Ir. Djagal Wiseso Marseno, M.Agr selaku dekan FTP UGM. Bapak Ir. Lilik Sutiarso, M.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Pertanian UGM. 3. Bapak Dr. Ir. Nursigit Bintoro, M.Sc selaku Dosen Pembimbing Skripsi Pertama atas segala nasehat, bimbingan dan arahannya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. 4. Bapak Dr. Ir. Sunarto Goenadi, DAA selaku Dosen Pembimbing Skripsi Kedua juga atas segala nasehat, bimbingan dan arahannya. 5. Kedua orang tua, Pita dan seluruh anggota keluarga yang senantiasa memberikan dukungan moral dan material selama pelaksanaan skripsi. 6. Dosen dan staff pengajar serta semua karyawan Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Gadjah Mada. 7. Apriadi jay, Rizza Wijaya, Irawan Pranoto, Oka, Satria Bhirawa, Mas Aji, Pak Agus, Mbak Ifa dan Adim yang banyak membantu ketika penyusunan skripsi. 8. Teman-teman TEP 07 yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih atas persahabatannya. 9. Siska Anggraeni dan Mama Sulastri atas dukungannya.
10. Mahendra, Iklik, Wening, Kiki, Cangang, Amin dan teman-teman English Club lainnya yang banyak memberi semangat. 11. Asep, Tegar, Ambon, Genter, dan teman-teman lulusan SMA 3 madiun yang juga memberi semangat. 12. Pak Wito atas arahan dan bantuannya.
v
13. Pihak-pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu yang telah membantu dalam berbagai bentuk selama pelaksanaan penelitian dan penulisan skripsi. Pelaksanaan penelitian dan penulisan skripsi ini tentunya tidak luput dari kesalahan baik yang disadari ataupun tidak disadari. Oleh karena itu, penulis menyampaikan maaf kepada semua pihak atas adanya kesalahan tersebut. Ibarat kata pepatah ‘tak ada gading yang tak retak’, penulisan skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Kritik dan saran yang membangun akan penulis terima sebagai koreksi dan motivasi yang dapat menghantarkan penulis menjadi lebih baik. Harapan terbesar dari penulis adalah agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi pribadi, Jurusan Teknik Pertanian UGM, dan semua pihak yang ada.
Yogyakarta, July 2011
Penulis
vi
DAFTAR ISI
Halaman Judul ................................................................................................ i Halaman Pengajuan ........................................................................................ ii Halaman Pengesahan ...................................................................................... iii Halaman Persembahan .................................................................................... iv Kata Pengantar................................................................................................ v Daftar Isi......................................................................................................... vii Daftar Tabel.................................................................................................... x Daftar Gambar ................................................................................................ xiv Daftar Lampiran.............................................................................................. xix Daftar Notasi .................................................................................................. xx INTISARI ....................................................................................................... xxi ABSTRACT ..................................................................................................... xxii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1 A. Latar Belakang ........................................................................................ 1 B. Tujuan Penelitian ..................................................................................... 3 1. Tujuan Umum ..................................................................................... 3 2. Tujuan Khusus .................................................................................... 4 C. Manfaat Penelitian ................................................................................... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 6 A. Kondisi Udara Pertumbuhan Tanaman Dan Hewan ................................. 6 B. Mosifikasi Kondisi Udara ........................................................................ 11 C. Evaporative Cooling Process................................................................... 12 BAB III METODOLOGI ............................................................................... 23 A. Tempat Penelitian.................................................................................... 23 B. Alat dan bahan Penelitian ........................................................................ 23 1. Alat ..................................................................................................... 21 2. Bahan .................................................................................................. 25 3. Deskripsi Alat ..................................................................................... 25
vii
C. Proses Penelitian...................................................................................... 29 1. Persiapan dan Orientasi ....................................................................... 29 2. Pelaksanaan Penelitian/Prosedur Penelitian ......................................... 30 3.Data Yang Diamati .............................................................................. 30 D. Analisa Data ............................................................................................ 36 1. Menghitung pengaruh laju kecepatan udara dan laju kecepatan air dengan menggunakan aplikasi Statistical Package for the Social Sciences 17 (SPSS 17) ........................................................................ 36 2. Menghitung Nilai Laju Penurunan Suhu (T)........................................ 37 3. Menghitung Nilai Laju Kenaikan Kelembaban (RH) ........................... 39 4. Menghitung Nilai Energi Aktivasi (Ea) dan Konstanta Arrhenius/ Faktor Frekuensi Tumbukan (A) Dengan Menggunakan Persamaan Arrhenius ............................................................................................ 41 4. Menghitung Nilai Temperature Humidiy Index (THI) ......................... 42 5. Menghitung nilai effisiensi penggunaan Evaporative Cooler ............... 42 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .................................. 43 A. Pengaruh Variasi Laju Aliran Udara Dan Laju Aliran Air ........................ 43 1. Pengaruh Variasi Laju Aliran Udara (Qu) ........................................... 45 2. Pengaruh Variasi Laju Aliran Air (Qa) ................................................ 58 B. Analisis Kinetika Laju Perubahan Kondisi Udara .................................... 67 1. Lingkungan Udara Ruang Tertutup....................................................... 68 2. Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas ......................................... 74 3. Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin ....................................... 80 4. Lingkungan Udara Ruangan Terbuka ................................................... 86 C. Analisis Energi Aktivasi (J/mol) dan Faktor Frekuensi Tumbukan ........... 92 1. Variasi Laju Kecepatan Udara .............................................................. 93 2. Variasi Laju Kecepatan Air ................................................................ ...95 D. Effektivitas Proses Evaporative Cooling ................................................ ...98 1. Lingkungan Udara Ruang Tertutup..................................................... ...98 2. Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas ....................................... ...99 3. Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin ..................................... 101
viii
4. Lingkungan Udara Ruangan Terbuka ................................................. 102 5. Hasil Analisis Statistik Nilai-Nilai Effisiensi ...................................... 104 6. Analisis Perbandingan Dari Keempat Macam Lingkungan ................. 104
E. Evaluasi Nilai Temperature Humidity Index (THI)................................. 106 1. Lingkungan Udara Ruang Tertutup..................................................... 107 2. Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas ....................................... 108 3. Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin ..................................... 110 4. Lingkungan Udara Ruangan Terbuka ................................................. 111 5. Perbandingan Dari Keempat Macam Lingkungan ............................... 113
BAB V PENUTUP A. Kesimpulan ........................................................................................... 115 B. Saran ..................................................................................................... 116 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 117 LAMPIRAN .................................................................................................. .120
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Faktor-faktor lingkungan yang menentukan pertumbuhan jamur tiram ............................................................................................... 9 Tabel 3.1. Variasi perlakuan laju udara dan laju air .......................................... 31 Tabel 4.1. Nilai Variasi Laju Aliran Udara ....................................................... 45 Tabel 4.2. Hasil analisis statistik anova satu arah di lingkungan udara tertutup variasi laju kecepatan udara ............................................................. 48 Tabel 4.3. Hasil analisis statistik anova satu arah di lingkungan udara dengan pemanas variasi laju kecepatan udara ............................................... 52 Tabel 4.4. Hasil analisis statistik anova satu arah di lingkungan udara dengan pendingin variasi laju kecepatan udara ............................................. 55 Tabel 4.5. Hasil analisis statistik anova satu arah di lingkungan udara ruangan terbuka variasi laju kecepatan udara................................................. 58 Tabel 4.6. Hasil Pengukuran Debit Air ............................................................. 58 Tabel 4.7. Hasil analisis statistik anova satu arah di lingkungan udara ruangan tertutup variasi laju kecepatan air ..................................................... 61 Tabel 4.8. Hasil analisis statistik anova satu arah di lingkungan udara ruangan dengan pemanas variasi laju kecepatan air ....................................... 63 Tabel 4.9. Hasil analisis statistik anova satu arah di lingkungan udara ruangan dengan pendingin variasi laju kecepatan air ..................................... 65 Tabel 4.10. Hasil analisis statistik anova satu arah di lingkungan udara ruangan ruang terbuka variasi laju kecepatan air ........................................ 67 Tabel 4.11. Nilai Koefisien Laju Perubahan Kondisi Udara Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Udara .......................... 69 Tabel 4.12. Persamaan Untuk Menentukan Nilai Kondisi Udara Ruangan Prediksi Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Udara .................................................................................. 69 Tabel 4.13. Nilai R Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Udara .................................................................................. 70 Tabel 4.14. Nilai Koefisien Laju Perubahan Kondisi Udara Pada Lingkungan
x
Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Air .............................. 71 Tabel 4.15. Persamaan Untuk Menentukan Nilai Kondisi Udara Ruangan Prediksi Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Air ...................................................................................... 72 Tabel 4.16. Nilai R Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Air ...................................................................................... 74 Tabel 4.17. Nilai Koefisien Laju Perubahan Kondisi Udara Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Udara ............. 74 Tabel 4.18. Persamaan Untuk Menentukan Nilai Kondisi Udara Ruangan Prediksi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Udara .............................................................. 75 Tabel 4.19. Nilai R Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Udara .......................................................................... 77 Tabel 4.20. Nilai Koefisien Laju Perubahan Kondisi Udara Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Air ................. 77 Tabel 4.21. Persamaan Untuk Menentukan Nilai Kondisi Udara Ruangan Prediksi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Air .................................................................. 78 Tabel 4.22. Nilai R Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Air .............................................................................. 80 Tabel 4.23. Nilai Koefisien Laju Perubahan Kondisi Udara Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Udara .......................... 81 Tabel 4.24. Persamaan Untuk Menentukan Nilai Kondisi Udara Ruangan Prediksi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin Variasi Laju Aliran Udara .............................................................. 82 Tabel 4.25. Nilai R Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin Variasi Laju Aliran Udara .......................................................................... 83 Tabel 4.26. Nilai Koefisien Laju Perubahan Kondisi Udara Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin Variasi Laju Aliran Air ............... 84 Tabel 4.27. Persamaan Untuk Menentukan Nilai Kondisi Udara Ruangan Prediksi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin
xi
Variasi Laju Aliran Air .................................................................. 84 Tabel 4.28. Nilai R Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin Variasi Laju Aliran Air .................................................................. 85 Tabel 4.29. Nilai Koefisien Laju Perubahan Kondisi Udara Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka Variasi Laju Aliran Udara ....................... 86 Tabel 4.30. Persamaan Untuk Menentukan Nilai Kondisi Udara Ruangan Prediksi Pada Lingkungan Udara Ruang Terbuka Variasi Laju Aliran Udara .................................................................................. 87 Tabel 4.31. Nilai R Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka Variasi Laju Aliran Udara .................................................................................. 88 Tabel 4.32. Nilai Koefisien Laju Perubahan Kondisi Udara Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka Variasi Laju Aliran air ............................ 89 Tabel 4.33. Persamaan Untuk Menentukan Nilai Kondisi Udara Ruangan Prediksi Pada Lingkungan Udara Ruangan terbuka Variasi Laju Aliran Air ...................................................................................... 90 Tabel 4.34. Nilai R Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka Variasi Laju Aliran Air ...................................................................................... 92 Tabel 4.35. Energi Aktivasi Pada Variasi Laju Kecepatan Udara...................... 94 Tabel 4.36. Faktor Frekuensi Tumbukan Pada Variasi Laju Kecepatan Udara .. 95 Tabel 4.37. Energi Aktivasi Pada Variasi Laju Kecepatan Air .......................... 96 Tabel 4.38. Fakto Frekuensi Tumbukan Pada Variasi Laju Kecepatan.............. 97 Tabel 4.39. Nilai-Nilai Effisiensi Pada Lingkungan Udara Ruangan Tertutup .. 98 Tabel 4.40. Nilai-Nilai Effisiensi Pada Lingkungan Udara Ruangan Dengan Pemanas ........................................................................................ 99 Tabel 4.41. Nilai-Nilai Effisiensi Pada Lingkungan Udara Ruangan Dengan Pendingin ...................................................................................... 101 Tabel 4.42. Nilai-Nilai Effisiensi Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka ... 102 Tabel 4.43. Hasil Analisis Statistik Nilai-Nilai Effisiensi ................................. 104 Tabel 4.44. Hasil Analisis Statistik Anova Satu Arah Pada Nilai-Nilai Effisiensi Empat Macam Kondisi Lingkungan .............................. 105 Tabel 4.45. Hasil Perhitungan THI Pada Lingkungan Udara Ruangan Tertutup 107
xii
Tabel 4.46. Hasil Analisis Statistik THI Pada Lingkungan Udara Ruangan Tertutup......................................................................................... 107 Tabel 4.47. Hasil Perhitungan THI Pada Lingkungan Udara Ruangan Dengan Pemanas ........................................................................................ 108 Tabel 4.48. Hasil Analisis Statistik THI Pada Lingkungan Udara Ruangan Dengan Pemanas ........................................................................... 109 Tabel 4.49. Hasil Perhitungan THI Pada Lingkungan Udara Ruangan Dengan Pendingin ...................................................................................... 110 Tabel 4.50. Hasil Analisis Statistik THI Pada Lingkungan Udara Ruangan Dengan Pendingin ...................................................................................... 110 Tabel 4.51. Hasil Perhitungan THI Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka 111 Tabel 4.52. Hasil Analisis Statistik THI Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka ......................................................................................... 112 Tabel 4.53. Hasil Analisis Statistik Anova Satu Arah Pada Nilai-Nilai Temperature Humidity Index Empat Macam Kondisi Lingkungan . 113
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Pengaruh temperatur terhadap produktivitas ternak ...................... 7 Gambar 2.2 Skematis dari sistem evaporative cooling ...................................... 14 Gambar 2.3. Perubahan kondisi yang terjadi pada proses evaporative cooling .. 16 Gambar 2.4. Direct evaporative cooler ............................................................ 17 Gambar 2.5. Indirect evaporative cooler .......................................................... 18 Gambar 2.6. Two Stage Evaporative Cooler..................................................... 19 Gambar 2.7. Evaporative tunnel ventilation ..................................................... 21 Gambar 2.8. Penggunaan evaporative cooler pada bangunan pemeliharaan Ulat Sutra ............................................................................................ 22 Gambar 3.1. Kontruksi alat evaporative cooler ................................................ 26 Gambar 3.2. Evaporative cooler tampak belakang ........................................... 27 Gambar 3.3. Sketsa aliran air pada evaporative pad ......................................... 28 Gambar 3.4. Desain Evaporative Pad tampak samping dan tampak tiga dimensi ........................................................................................ 29 Gambar 3.5. Kondisi pengukuran pada lingkungan ruangan tertutup ................ 32 Gambar 3.6. Kondisi pengukuran pada lingkungan dengan tambahan pemanas 33 Gambar 3.7. Kondisi pengukuran pada lingkungan ruangan ber-AC................. 34 Gambar 3.8. Kondisi pengukuran pada lingkungan udara luar ruangan............. 35 Gambar 3.9. Grafik dT/dt vs T ......................................................................... 38 Gambar 3.10. Grafik Ln(Tt - Te)/(T0 - Te) vs t ................................................ 39 Gambar 3.11. Grafik dRH/dt vs RH ................................................................. 39 Gambar 3.12. Grafik Ln(RHt - RHe)/(RH0 - RHe) vs t .................................... 40 Gambar 3.13 Grafik ln K vs 1/T ....................................................................... 41 Gambar 4.1. Grafik suhu (T) dan kelembaban vs waktu (menit) (RH) pada lingkungan ruang tertutup variasi laju aliran udara besar di titik pengukuran depan. ....................................................................... 44 Gambar 4.2. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan udara lingkungan udara tertutup................................................................................. 46
Gambar 4.3. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 2 (belakang) variasi laju kecepatan udara lingkungan udara tertutup................................................................................ 47 Gambar 4.4. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan udara lingkungan udara dengan pemanas ................................................................... 50 Gambar 4.5. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 2 (belakang) variasi laju kecepatan udara lingkungan udara dengan pemanas ................................................................... 50 Gambar 4.6. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan udara lingkungan udara dengan pendingin ................................................................. 53 Gambar 4.7. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 2 (belakang) variasi laju kecepatan udara lingkungan udara dengan pendingin ................................................................. 54 Gambar 4.8. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan udara lingkungan udara ruang terbuka ....................................................................... 56 Gambar 4.9. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 2 (belakang) variasi laju kecepatan udara lingkungan udara ruang terbuka ....................................................................... 57 Gambar 4.10. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan air lingkungan udara ruangan tertutup ................................................................. 59 Gambar 4.11. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 2 (belakang) variasi laju kecepatan air lingkungan udara ruangan tertutup ................................................................. 60 Gambar 4.12. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan air lingkungan udara ruangan dengan pemanas .................................................... 62 Gambar 4.13. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik
ii
pengukuran 2 (belakang) variasi laju kecepatan air lingkungan udara ruangan dengan pemanas .................................................... 62 Gambar 4.14. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan air lingkungan udara ruangan dengan pendingin .................................................. 64 Gambar 4.15. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan air lingkungan udara ruangan dengan pendingin .................................................. 64 Gambar 4.16. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan air lingkungan udara terbuka ............................................................................... 66 Gambar 4.17. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan air lingkungan udara terbuka ............................................................................... 66 Gambar 4.18. Grafik Kelembaban Depan Prediksi vs Kelembaban Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Udara Besar ...................................................................... 69 Gambar 4.19. Grafik Suhu Depan Prediksi vs Suhu Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Udara Besar ................................................................................. 70 Gambar 4.20. Grafik Kelembaban Depan Prediksi vs Kelembaban Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Air Besar .................................................................. 72 Gambar 4.21. Grafik Suhu Depan Prediksi vs Suhu Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Air Besar ..................................................................................... 73 Gambar 4.22. Grafik Kelembaban Depan Prediksi vs Kelembaban Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Udara Besar .............................................................. 75 Gambar 4.23. Grafik Suhu Depan Prediksi vs Suhu Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju
iii
Aliran Udara Besar ....................................................................... 76 Gambar 4.24. Grafik Kelembaban Depan Prediksi vs Kelembaban Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Air Besar .................................................................. 78 Gambar 4.25. Grafik Suhu Depan Prediksi vs Suhu Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Air Besar .......................................................................... 79 Gambar 4.26. Grafik Kelembaban Depan Prediksi vs Kelembaban Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin Variasi Laju Aliran Udara Besar .................................................. 81 Gambar 4.27. Grafik Kelembaban Depan Prediksi vs Kelembaban Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin Variasi Laju Aliran Udara Besar .................................................. 82 Gambar 4.28. Grafik Kelembaban Depan Prediksi vs Kelembaban Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin Variasi Laju Aliran Air Besar ...................................................... 84 Gambar 4.29. Grafik Suhu Depan Prediksi vs Suhu Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin Variasi Laju Aliran Air Besar .................................................................. 85 Gambar 4.30. Grafik Kelembaban Depan Prediksi vs Kelembaban Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka Variasi Laju Aliran Udara Besar .............................................................. 87 Gambar 4.31. Grafik Suhu Depan Prediksi vs Suhu Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka Variasi Laju Aliran Udara Besar ...................................................................... 88 Gambar 4.32. Grafik Kelembaban Depan Prediksi vs Kelembaban Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka Variasi Laju Aliran Air Besar .................................................................. 90 Gambar 4.33. Grafik Suhu Depan Prediksi vs Suhu Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka Variasi Laju Aliran Air Besar .......................................................................... 91
iv
Gambar 4.34. Grafik ln k vs 1/T Pada Suhu Di Titik Pengukuran Belakang Untuk Laju Aliran Udara Besar.................................................... 93 Gambar 4.35. Grafik ln k vs 1/T Pada Suhu Di Titik Pengukuran Depan Untuk Laju Aliran Air Besar .................................................................. 96 Gambar 4.36. Grafik Nilai-Nilai THI Pada Lingkungan Udara Ruangan Tertutup ..................................................................................... 99 Gambar 4.37. Grafik Nilai-Nilai THI Pada Lingkungan Udara Ruangan Dengan Pemanas........................................................................ 100 Gambar 4.38. Grafik Nilai-Nilai THI Pada Lingkungan Udara Ruangan Dengan Pendingin ...................................................................... 102 Gambar 4.39. Grafik Nilai-Nilai THI Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka ..................................................................................... 103 Gambar 4.40. Grafik Nilai-Nilai Effisiensi Pada Lingkungan Udara Ruangan Tertutup ...................................................................... 108 Gambar 4.41. Grafik Nilai-Nilai Effisiensi Pada Lingkungan Udara Ruangan Tertutup ...................................................................... 109 Gambar 4.42. Grafik Nilai-Nilai Effisiensi Pada Lingkungan Udara Ruangan Tertutup ...................................................................... 111 Gambar 4.43. Grafik Nilai-Nilai Effisiensi Pada Lingkungan Udara Ruangan Tertutup ...................................................................... 112
v
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran I.
Data Pengukuran Debit Air Dan Kecepatan Udara .................... 121
Lampiran II. Data Hasil Pengukuran Penambahan Kelembaban Dan Penurunan Suhu ......................................................................... 123 Lampiran III. Nilai Konstanta Laju Perubahan Kelembaban Dan Suhu ........... 166 Lampiran IV. Hasil Pengujian Statistik Anova Satu Arah Data Perubahan Kondisi Udara (Suhu dan Kelembaban) .................................... 175 Lampiran V. Hasil Pengujian Statistik T Test Perbandingan Titik Pengukuran Depan Dan Belakang ................................................................. 178 Lampiran VI. Hasil Pengujian Statistik Anova Satu Arah Pada Nilai Koefisien Laju Perubahan Kondisi Udara (Suhu dan Kelembaban) ............ 182 Lampiran VII. Hasil Perhitungan Nilai Kelembaban Prediksi dan Suhu Prediksi .................................................................................... 184 Lampiran VIII. Grafik Suhu dan Kelembaban Observasi Vs Prediksi ............... 194 Lampiran IX. Hasil Analisa Statistik (T Test) Perbandingan Kelembaban dan Suhu Observasi Dengan Kelembaban Dan Suhu Prediksi ........... 207 Lampiran X. Hasil Analisis Dengan Menggunakan Persamaan Arrhenius ........ 217 Lampiran XI. Hasil Perhitungan Temperature Humidity Index (THI)............... 221 Lampiran XII. Effisiensi Evaporative Cooling ................................................. 228 Lampiran XIII. Data Kalibrasi ......................................................................... 235
vi
DAFTAR NOTASI
Notasi A M dM/dt dT/dt dRH/dt Ea Me Mo Mt R RH RHe Rho RHt RH1 RH2 T Td Tdb Tdp Te THI To Tt Tw Tc η
Arti Faktor frekuensi tumbukan Kadar air bahan/Moisture content Laju Pengeringan laju perubahan suhu Laju perubahan kelembaban Energi Aktivasi Kadar air setimbang bahan, EMC Kadar air awal bahan Kadar air bahan Konstanta gas Kelembaban udara Kelembaban udara setimbang Kelembaban udara awal Kelembaban udara tiap waktu Kelembaban udara di titik pengukuran 1 Kelembaban udara di titik pengukuran 2 Suhu udara Suhu bola kering udara masuk ke evaporative cooler Suhu udara bola kering/dry basis Suhu udara titik embun/dew point Suhu setimbang udara Temperature Humidity Index Suhu udara awal Suhu udara tiap waktu Suhu bola basah udara masuk ke evaporative cooler Suhu bola kering udara keluar dari evaporative cooler Effisiensi
Salah satu jenis modifikasi udara yang dilakukan untuk menaikkan kelembaban suatu ruangan dan menurunkan suhu adalah proses pendinginan penguapan. Keuntungan dari pendinginan penguapan adalah lebih hemat energi serta biaya perawatannya murah. Sebuah pendingin penguap menggunakan media basah (pad) pada inlet udara sebagai media utamanya, Udara yang melewati media ini akan menjadi lebih dingin dan juga membawa uap air sehingga dapat melembabkan udara sebuah ruangan. Penelitian kali ini menggunakan media berupa sebuah pad dengan ukuran panjang 29 cm dan panjang 26 cm yang terbuat dari kawat. Ruangan pengamatan berupa sebuah kotak kaca dengan panjang 150 cm, lebar 72 cm dan tinggi 88 cm. Udara dihembuskan dengan menggunakan blower melewati pad yang dialiri air. Variasi pada penelitian kali ini adalah variasi laju aliran udara dan laju aliran air. Variasi juga dilakukan terhadap kondisi lingkungan udara luar ruang pengamatan. Kondisi-kondisi tersebut adalah lingkungan udara ruang tertutup, lingkungan udara dengan pemanas, lingkungan udara dengan pendingin dan lingkungan udara ruangan terbuka. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji pengaruh laju aliran udara, laju aliran air, dan kondisi lingkungan udara luar terhadap laju perubahan temperatur, dan kelembaban udara ruangan serta koefisien laju perubahan temperatur, dan kelembaban udara ruangan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi lingkungan udara luar berpengaruh signifikan terhadap laju perubahan kondisi udara pada proses evaporative cooling. Laju aliran udara dan laju aliran air tidak berpengaruh nyata terhadap konstanta laju perubahan suhu maupun kelembaban. konstanta laju perubahan kelembaban berkisar antara 0.007 - 0.287 dan nilai konstanta laju perubahan suhu berkisar antara 0.007 – 0.581. Energi aktivasi yang dibutuhkan untuk merubah kondisi suhu sebesar 61,52 – 200,19 KJ/mol sedangkan energi yang dikeluarkan untuk merubah kelembaban sebesar 0,032 – 7,93 KJ/mol. Nilai effektivitas tertinggi yang dihasilkan dengan penggunaan satu pad ini mencapai 45% pada lingkungan dengan pendingin dan yang terendah ada pada lingkungan luar ruangan yaitu sebesar -37.02%. Nilai Temperature Humidity Index (THI) yang dihasilkan mampu mencapai titik nyaman yaitu sebesar 63.26 pada lingkungan dengan pendingin, sedangkan untuk tiga lingkungan lainnya nilai THI masih diatas 70 sehingga belum mencapai titik nyamannya.
Kata Kunci: Pendinginan penguapan, Pad, Modifikasi Udara, Suhu, Kelembaban
viii
ABSTRACTS One kind of air modifications which used to increase the humidity and decrease the temperature of the room is evaporative cooling process. The advantages of evaporative cooling are consumes less energy and less maintenance cost. An evaporative cooler uses a wet medium (pad) on an air inlet as the main medium. The air which flows through the medium will be cooled and also brings the vapor to humidify the room air. This research used media in the form of a pad with 29 cm long and 26 cm wide which was made from wire screen. The monitoring room was a glass box with 150 cm long, 72 cm wide, and 88 cm tall. The air was blown with a blower through the pad with flowing water on the pad. The other treatments in this research were of 3 kinds air flow treatment and also 3 kinds of water flow treatment. Treatments were also done to the environmental condition of the air outside the monitoring room. Those environments were indoor air environment, air environment with heater, air environment with cooler, and outdoor air environment. This research was conducted to investigate the effect of air flow, water flow, environmental condition of the air outside to the temperature changes rate, indoor air humidity, also temperature changes rate coefficient, and indoor air humidity. The result of this research showed that the outdoor air environment condition significanly affected the rate of air condition changes on evaporative cooling process. Constan coefficient of humidity changes rate were about 0.007 0.287 and constant of temperature changes were about 0.007 – 0.581. Activation energies that were needed to change temperature condition were about 61,52 – 200,19 KJ/mol whereas the activation energies that were needed to change humidity condition were about 0,032 – 7,93 KJ/mol. The highest effectiveness which was produced by using one pad was 45% in environtment with a cooler and the lowest effectiveness was -37.02% in outdoor environtment. Temperature Humidity Index (THI) which was produced was capable to reach the comfort condition in environtment with a cooler (63.26), whereas the Temperature Humidity Index in other environment conditions was still over than 70 so that it didn’t reach the comfort condition. Keyword: Evaporative cooling, Pad, Air modification, Temperature, Humidity.
ix
x
1
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Indonesia merupakan salah satu negara yang dilewati oleh garis khatulistiwa. Wilayah yang berada di sekitar garis khatulistiwa otomatis akan mengalami iklim tropis yang bersifat panas dan hanya memiliki dua musim yaitu musim kemarau dan musim hujan. Ketika musim kemarau suhu udara menjadi tinggi dan kelembapan menjadi rendah, bahkan karena adanya efek rumah kaca membuat suhu udara semakin tinggi (http://syadiashare.com, 2011). Iklim di Indonesia telah menjadi lebih hangat selama abad 20. Suhu rata-rata tahunan telah meningkat sekitar 0,3˚C sejak 1900an
(http://iklim.dirgantaralapan.or.id, 2011). Indonesia merupakan negara tropis yang memiliki lahan pertanian cukup luas. Efek rumah kaca yang dapat meningkatkan suhu udara sangat mempengaruhi kondisi pertanian di Indonesia, beberapa tanaman yang membutuhkan suhu rendah dan kelembapan yang tinggi akan terganggu pertumbuhannya misalnya Jamur Tiram, dan Bunga Krisan. Menurut Suriawiria (2002), jamur tiram mengalami pertumbuhan yang baik pada suhu 21˚C - 29˚C dan pada kelembaban lebih dari 90%. Selain pada tanaman efek rumah kaca juga berpengaruh terhadap pertumbuhan ternak, misalnya saja pada Ayam Broiler dan Sapi Perah. Menurut Kusnadi (2009), tingginya suhu lingkungan di daerah tropis, dapat
2
menyebabkan terjadinya penimbunan panas dalam tubuh ayam sehingga ayam tersebut akan menderita cekaman panas. Hal ini mengingat bahwa ayam broiler berasal dari daerah subtropis yang suhu nyamannya hanya sekitar 24˚C, sedangkan daerah tropis suhunya lebih dari 24˚C. Akibatnya dipastikan ayam akan mengalamai penurunan dalam produksinya. Oleh karena itu, perlu dilakukan modifikasi kondisi udara ruangan untuk memenuhi kebutuhan pokok yang diusahakan didalamnya, terutama untuk produk-produk yang berasal dari daerah beriklim sedang atau yang membutuhkan berbagai persyaratan khusus seperti Bunga Krisan, Ternak Sapi Perah, Ayam Boiler, berbagai jenis tanaman hias, Anggrek, dan lain-lain. Bila yang dibutuhkan adalah untuk menurunkan temperatur dan melembabkan udara ruangan, maka salah satu caranya adalah dengan menerapkan metode evaporative cooling (Pendinginan-Penguapan). Pendinginan penguapan (evaporative cooling) berbeda dengan proses pendinginan lainnya seperti pendinginan dengan air conditioner (AC) atau dengan refrigerator yang menggunakan sistem kompresi uap atau dengan refrigerant. Pendinginan penguapan digunakan untuk mendinginkan suatu ruang yang memiliki suhu tinggi dan kelembabannya rendah. Proses ini menggunakan hembusan udara untuk menguapkan air yang mengalir sehingga udara yang dihembuskan akan mengandung uap air. Kandungan udara dalam uap air tersebut dapat meningkatkan kelembaban udara pada suatu ruang. Penggunaan pendinginan penguapan sangat penting karena proses pendinginan ini lebih hemat energi dibandingkan dengan proses pendinginan
3
lainnya misalnya dengan menggunakan Air Conditioner (AC). Keuntungan lainnya adalah bebas polusi karena tidak menggunakan bahan pendingin yang berbahaya. Proses ini hanya menggunakan air dan media perambatan air (pad) yang terbuat dari bahan-bahan yang tidak berbahaya seperti serabut kelapa, spons, dan kawat kasa. Pendinginan penguapan merupakan salah satu metode yang dapat digunakan untuk mengkondisikan udara ruangan sesuai dengan keperluan. Cara ini cukup mudah dilakukan, serta mudah dikonstruksi dan dapat diaplikasikan pada rentang penggunaan yang luas. Metode evaporative cooling ini cocok diaplikasikan untuk bangunan pertanian. Namun demikian hingga saat ini penelitian tentang evaporative cooling untuk penggunaannya pada bidang pertanian belum pernah dilakukan, oleh karena itu penelitian ini perlu dilakukan agar dapat diketahui berbagai aspek teknis yang terkait dengan proses evaporative cooling.
B. Tujuan Penelitian 1. Tujuan Umum Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji berbagai aspek teknis terkait dengan proses evaporative cooling dalam hubungannya dengan perubahan kondisi udara dalam ruang bangunan.
4
2. Tujuan Khusus a. Untuk mengkaji pengaruh laju aliran udara, laju aliran air, dan kondisi lingkungan udara luar terhadap laju perubahan temperatur, dan kelembaban udara ruangan. b. Mengevaluasi nilai konstanta laju perubahan temperatur dan kelembaban dari proses evaporative cooling pada berbagai variasi perlakuan yang diuji. c. Mengetahui pengaruh perbedaan kondisi udara luar terhadap energi aktivasi (j/mol) dan faktor frekuensi tumbukan dengan menggunakan persamaan arrhenius. d. Menganalisis pengaruh laju aliran udara dan laju aliran air terhadap nilai effektivitas pada proses evaporative cooling. e. Menganalisis Temperature Humidity Index (THI) untuk mengevaluasi kondisi lingkungan dalam hubungannya dengan tingkat kenyamanan produksi ternak.
C. Manfaat Penelitian Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang karakteristik kondisi ruangan yang dipengaruhi oleh evaporative cooling serta dapat mengetahui pengaruh temperatur, kelembaban, serta laju aliran udara dan air pada proses evaporative cooling. Hasil dari penelitian ini nantinya juga dapat digunakan oleh para praktisi yang membutuhkan proses evaporative cooling untuk budidaya tanaman dan ternak atau proses
5
penyimpanan bahan hasil pertanian yang membutuhkan suhu rendah dan kelembaban tinggi. Para produsen alat juga dapat memanfaatkan penelitian ini untuk merancang suatu sistem evaporative cooling sehingga bisa mendapatkan keuntungan dari hasil penjualan alat tersebut.
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
A. Kondisi Udara Pertumbuhan Tanaman dan Hewan Udara dan air (uap air) merupakan substansi-substansi utama yang terlibat dalam pengendalian kondisi lingkungan untuk kepentingan pertumbuhan tanaman, ternak serta produk-produk biologik dan simpanan. Kondisi lingkungan tidak selalu optimum bagi pertumbuhan tanaman dan hewan (ternak), diperlukan adanya perubahan-perubahan, untuk itu dibutuhkan bangunan pertanian, tujuan utamanya untuk memberikan perubahan kondisi iklim yang ada (Bintoro, 2007). Iklim membatasi pertumbuhan tanaman di muka bumi, karena itu iklim membatasi hasil panen. Hewan piaraan juga tanggap terhadap perbedaan iklim, baik secara fisiologis maupun berdasarkan atas pakan ternak. Unsur-unsur iklim yang mempengaruhi pertumbuhan tanaman ialah curah hujan, suhu, angin, sinar matahari, kelembaban dan evapotraspirasi. Unsur iklim yang langsung mempengaruhi produktivitas hewan adalah suhu, curah hujan, kelembaban, tekanan atmosfer, angin, badai, dan cahaya. Dari unsur-unsur iklim ini, suhu adalah unsur iklim yang cukup penting (http://www.scribd.com, 2011) Menurut Esmay dan Dixon (1986), secara luas lingkungan diartikan sebagai semua kondisi luar yang dapat mempengaruhi ternak, tanaman maupun produk biologik. Untuk ternak, lingkungan dibagi menjadi tiga yaitu: 1. Sosial, berkaitan dengan perilaku ternak 2. Fisik, berkaitan dengan semua benda-benda lingkungan sekitar
7
3. Panas, berkaitan dengan temperatur dan energi Binatang bersifat homeothermic, yaitu berusaha untuk mempertahankan suhu tubuhnya sepanjang waktu. Maka lingkungan harus berada pada rentang (Suhu dan Kelembaban) dimana ternak mudah melepaskan panas tanpa terjadi kenaikan/penurunan suhu tubuhnya. Meskipun temperatur udara paling
berpengaruh, namun faktor-faktor lainnya seperti kelembaban, radiasi, dan kecepatan angin juga perlu dipertimbangkan (Esmay dan Dixon, 1986).
Gambar 2.1. Pengaruh temperatur terhadap produktivitas ternak (Esmay dan Dixon, 1986). Dari grafik diatas terlihat bahwa lembu yang ukurannya lebih besar daripada ayam dan babi, lebih tahan terhadap temperatur rendah tanpa kehilangan produktivitas yang besar ternak (Esmay dan Dixon, 1986). Laju perubahan suhu udara kota-kota di Indonesia menunjukkan kenaikan maksimum lebih dari 1˚C dalam 10 tahun. Dari analisis data iklim Badan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika yang diambil tahun 1983-2003, kenaikan
8
suhu udara per 10 tahun ternyata 0,036˚C -1,38˚C. Dampak perubahannya yang dirasakan pada sektor pertanian adalah musim tanam yang mengalami
pergeseran. Ada yang bergeser maju, tetapi ada pula yang justru mundur (http://www.nttonlinenews.com, 2011). Perubahan iklim di Indonesia itu tentunya akan mempengaruhi lingkungan pertanian dan peternakan sehingga pertumbuhan tanaman maupun ternak akan terganggu khususnya tanaman maupun ternak yang membutuhkan suhu rendah dan kelembaban yang tinggi untuk pertumbuhannya. Contohnya yaitu Bunga Krisan, suhu udara terbaik untuk daerah tropis seperti Indonesia adalah antara 20˚C - 26˚C. Toleran suhu udara untuk tetap tumbuh adalah 17˚C -30˚C. Tanaman krisan membutuhkan kelembaban yang tinggi untuk awal pembentukan akar bibit, stek diperlukan 90% - 95%, tanaman muda sampai dewasa antara 70% - 80% (http://krisan-poncokusumo.blogspot.com, 2010). Contoh ternak yang membutuhkan lingkungan dengan suhu rendah adalah Ayam Boiler. Ayam Boiler akan tumbuh optimal pada temperature lingkungan 19˚C – 21˚C (Soeharsono, 1976). Tingginya suhu lingkungan di daerah tropis, dapat menyebabkan terjadinya penimbunan panas dalam tubuh ayam tersebut akan menderita cekaman panas. Hal ini mengingat bahwa ayam broiler berasal dari daerah subtropis yang suhu nyamannya hanya sekitar 24 ˚C. Akibatnya dipastikan ayam akan mengalami penurunan dalam produksinya. Ayam yang mengalami cekaman panas akan meningkatkan konsumsi air minum, namun konsumsi ransum akan menurun. Turunnya konsumsi ransum dapat dipastikan pula akan menurunkan asupan gizi. Asupan gizi yang rendah diperburuk lagi
9
dengan pemanfaatan gizi yang turun, karena tidak sedikit seperti mineral, vitamin serta beberapa asam amino ikut terbuang melalui feces dan urin. Hal ini tentunya sangat merugikan, karena selain akan mengganggu kesehatan juga akan menurunkan produksi secara keseluruhan (Kusnadi, 2009). Contoh lainnya yaitu pada Jamur Tiram, faktor-faktor lingkungan yang menentukan pertumbuhan jamur tiram ditunjukkan dalam tabel berikut : Tabel 2.1. Faktor-faktor lingkungan yang menentukan pertumbuhan jamur tiram Parameter Pertumbuhan Pertumbuhan miselia pada substrat tanam a. Temperatur inkubasi b. RH c. Waktu tumbuh d. Kandungan CO2 e. Cahaya f. Sirkulasi udara Pembentukan primordia a. Temperatur inisiasi pertumbuhan b. RH c. Waktu tumbuh d. Kandungan CO2 e. Cahaya f. Sirkulasi udara Pembentukan tubuh buah a. Temperatur inisiasi pertumbuhan b. RH c. Waktu tumbuh d. Kandungan CO2 e. Cahaya Sumber: Suriawiria, 2002 Besaran 24˚ C - 29 ˚C 90% - 100% 10 - 14 hari 5.000 – 20.000 ppm 500 – 1000 lux 1 – 2 jam
21˚ C - 27 ˚C 90% - 100% 3 – 5 hari < 1.000 ppm 500 – 1.000 lux 4 – 8 jam
21˚ C - 28 ˚C 90% - 95% 3 – 5 hari < 1.000 ppm 500 – 1.000 lux
10
Menurut Djarijah (2001), miselium jamur tumbuh optimal pada suhu 25˚C - 30˚C, sedangkan tubuh buah dari sebagian besar species (jenis) jamur tiram tumbuh optimal pada suhu 18˚C 20˚C. Masa pertumbuhan miselium
membutuhkan kelembaban udara antara 65% - 70%, tetapi untuk merangsang pertumbuhan tunas dan tubuh buah membutuhkan kelembaban udara sekitar 80% - 85%. Tunas dan tubuh buah jamur yang tumbuh pada lingkungan dengan kelembaban di bawah 80% akan mengalami gangguan absorbsi nutrisi sehingga menyebabkan kekeringan dan gangguan pertumbuhan ataupun kematian. Untuk mengevaluasi kondisi lingkungan dalam hubungannya dengan tingkat kenyamanan digunakan Temperature Humidity Index (THI). THI dirumuskan dengan (Esmay dan Dixon, 1986) : THI : 1,0 Tdb + 0,36 Tdp + 41,2 Tdb : Temperatur bola kering (˚C) Tdp : Temperatur titik embun (˚C) Pada nilai THI 70, maka 10% dari orang merasa tidak nyaman dan pada THI 79 100% orang merasa tidak nyaman. Stress pada ternak juga dipengaruhi oleh THI. Temperature Humidity Index untuk sapi juga dihitung menggunakan suhu udara dan Relative Humidity dengan menggunakan persamaan (Chase, 2010) : THI = (Temperatur bola kering) + (0.36 x Temperatur titik embun) + 41.2 (2.2) (2.1)
Temperature Humidity Index untuk sapi ini dihitung untuk mengetahui efek dari suhu udara dan Relative Humidity, THI ini sangat berguna untuk mengetahui stress yang diakibatkan oleh panas pada hewan. Pengaruh THI ini adalah sebagai berikut:
11
1. Ketika THI melebihi 72, sapi akan mengalami Heat Stress. 2. Ketika THI melebihi 78, maka akan berpengaruh pada produksi susu sapi yang berkurang. 3. Ketika THI naik diatas 82, produksi susu akan berkurang secara signifikan, sapi akan menunjukkan tanda-tanda stress dan beberapa bahkan mengalami kematian. 4. Nilai THI 72 atau dibawahnya akan mengurangi Heat Stress pada sapi dan dapat meningkatkan produksi susu (http://www.coolcows.com.au).
B. Modifikasi Kondisi Udara Suhu merupakan salah satu faktor lingkungan yang krusial yang mempengaruhi pertumbuhan tanaman terutama dalam budidayanya. Misalnya untuk tomat (Solanum lycopersicum L.), pertumbuhan maksimum berlangsung pada siang dan malam dalam temperatur 25°C (Papadopoulous, 1991). Ada beberapa metode yang digunakan untuk memodifikasi lingkungan udara untuk mendinginkan udara, contohnya yaitu pendinginan penguapan (evaporative cooling), peneduhan (shading) dan ventilasi alamiah (natural ventilation) (Mutwiwa, dkk. 2007). Evaporative system untuk mendinginkan rumah kaca telah dikembangkan untuk menyediakan kondisi pertumbuhan tanaman yang sesuai di musim panas. Namun, evaporative system tidak hanya menurunkan suhu udara tetapi juga menaikkan kelembaban di dalam rumah kaca. Oleh karena itu, sistem ini lebih diinginkan daripada sistem pendingin lain seperti sistem peneduhan (shading)
12
atau sistem ventilasi paksa. Evaporative cooling yang
menggunakan pompa air
dan pengkabutan dengan nozel terbukti telah menjadi metode pendinginan yang efektif untuk rumah kaca (Giacomelli et al., 1985; Giacomelli & Roberts,1989; Montero et al., 1990). Ventilasi alamiah (natural ventilation) merupakan teknik pendinginan pasif yang penting. Natural ventilasi disebabkan oleh perbedaan tekanan dari kondisi udara luar dan dalam ruangan. Suhu udara luar, kelembaban dan kecepatan angin adalah faktor yang menentukan dari penggunaan ventilasi natural. Untuk tujuan pendinginan, udara yang masuk harus memiliki suhu yang lebih rendah daripada suhu di dalam ruangan (Anonim, 2010). Penggunaan peneduhan (shading) rumah kaca untuk mengurangi panas yang tidak diinginkan sangat penting. Rumah kaca yang tidak dilindungi oleh peneduh akan menjadi sumber panas yang tidak diinginkan. Sistem ini menyerap panas yang melewati peneduh di kaca. Bahan-bahan yang biasa digunakan untuk peneduhan adalah fiberglass, polypropylene dan foil ribbon
(http://www.backyardgardener.com, 2010).
C. Evaporative Cooling Process Biaya energi yang tinggi dan masalah-masalah yang berkaitan dengan lingkungan, memicu peningkatan efisiensi penggunaan Air Conditioner (AC) dan semua sistem yang berkaitan dengan pendinginan udara. Penggunaan pendinginan penguapan telah tumbuh pesat beberapa tahun belakangan karena efisiensinya yang besar. Udara dapat didinginkan dengan melewatkannya ke sebuah
13
permukaan basah. Prosesnya merupakan proses adiabatic, udara menghilangkan sejumlah panas tapi meningkatkan jumlah panas laten yang terpendam dari uap air. Metode ini sekarang digunakan secara meluas pada penggunaan pendinginanpendinginan udara, seperti alat pelembab udara, tower pendingin dan pendinginan penguapan (Hosseini dan Beshkani, 2005). Pendinginan penguapan (Evaporative cooling) adalah sebuah proses yang menggunakan penguapan cairan ke udara yang bertujuan untuk mendinginkan sebuah object (ruangan). Panas laten, jumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan cairan, didapatkan dari udara. Ketika air menguap ke udara,
perbandingan suhu bola basah dan bola kering, adalah suatu ukuran potensial untuk pendinginan penguapan. Semakin besar perbedaan diantara dua temperatur tersebut, semakin besar efek dari pendinginan penguapan tersebut. Ketika suhu tersebut sama, penguapan air di udara tidak terjadi, dan tak ada efek pendinginan (http://en.wikipedia.org, 2010 ). Berdasarkan Bintoro (2007) pendinginan penguapan (evaporative cooler) dapat dipasang pada inlet untuk menurunkan temperatur udara masuk (Tdb) mendekati Twb-nya, selanjutnya digunakan sebagai udara ventilasi. Pendinginan penguapan dapat berupa: 1. Block fiber yang dibasahi terus menerus 2. Sistem pengabutan
14
Gambar 2.2 Skematis dari sistem evaporative cooling (Hosseini dan Beshkani, 2005) Tipe recycling water dari evaporative cooler berbasis media basah yang dipertimbangkan dalam studi ini terdiri atas kertas yang keras sebagai media, pad distribusi, penampung air, suplai air, pompa, dan blow-down seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.2. Air dipompa dari penampung air ke pipa di bagian atas dan disemprotkan ke bagian atas pad. Dari bagian atas tersebut air didistribusikan melewati pad distribusi lalu mengalir ke bawah (Hosseini dan Beshkani, 2005). Ketika udara kering melewati air sebagian air akan diabsorbsi oleh udara. Semakin panas dan semakin kering udara, air yang diabsorbsi akan semakin
15
banyak pula. Hal ini terjadi karena suhu dan tekanan uap dari air dan udara harus seimbang. Molekul-molekul air menjadi gas ke udara kering, proses ini menggunakan energi untuk merubah keadaan fisik. Panas bergerak dari temperatur yang lebih tinggi dalam udara ke temperatur yang lebih rendah di air. Hal ini mengakibatkan keadaan udara yang lebih dingin. Pada akhirnya udara menjadi jenuh, tidak dapat menahan lebih banyak uap air lagi sehingga penguapan berakhir (http://www.consumerenergycenter.org, 2011). Sebuah pendingin penguap (evaporative cooler) pada dasarnya terdiri dari sebuah kipas yang besar dengan pad yang dibasahi air berada di depan kipas. Kipas menarik udara kering dari luar melewati pad dan meniupkan udara dingin ke dalam ruangan. Pad dapat terbuat dari serutan kayu. Serutan dari kayu yang berasal dari pepohonan adalah pilihan tradisional, atau material lainnya yang dapat menyerap dan menahan air dan tahan akan jamur
(http://www.consumerenergycenter.org, 2011). Liao dkk. (1998), meneliti efek dari kecepatan udara dan ketebalan pad pada effisiensi dan penurunan tekanan dari pad pendinginan penguapan. Dua jenis bahan pad seperti serabut kelapa dan pad dari kain bukan tenun yang penuh lubang digunakan dalam penelitian mereka. Mereka menunjukan bahwa pad dari serabut kelapa menunjukkan efisiensi yang tinggi (>85%) untuk semua ketebalan. Alas dari kain bukan tenun menunjukkan efisiensi yang berbeda-beda untuk ketebalan alas yang berbeda. Lioau and Chiu (2002) dalam penelitian yang lain meneliti efek dari kekasaran dan kelembutan bahan spons kain PVC dalam
16
pembuatan pad penguapan dingin. Hasil penelitian mereka menunjukkna bahwa efisiensi spons kain kasar lebih tinggi dari spons kain halus.
Gambar 2.3. Perubahan kondisi yang terjadi pada proses evaporative cooling (Esmay dan Dixon, 1986). Gambar 2.3 menunjukkan perubahan kondisi yang terjadi pada proses evaporative cooling. Proses A ke B adalah proses pendinginan yang dilakukan oleh evaporative cooler. Dari pscychrometric chart dapat dilihat bahwa proses A ke B mengalami penurunan suhu dan penaikan kelembaban. Panas sensibel dan panas laten ternak memanaskan udara di dalam kandang (B ke C). Udara panas tersebut dibuang keluar dari kandang oleh exhaust fan dengan laju yang konstan. Proses A ke D menunjukkan panas sensibel yang ditarik dari tiap kg udara pada pada proses pendinginannya. Panas sensibel ini berubah menjadi panas laten lewat proses penguapan (D ke B) (Esmay dan Dixon, 1986). Macam-macam evaporative cooler adalah (Anonim, 2010): 1. Direct evaporative cooler Elemen utama dari direct evaporative cooler adalah bahan
berpori-pori yang jenuh air. Udara disirkulasikan melewati pad berpori
17
dengan menggunakan ventilator dan kehilangan panasnya dengan menguapkan air pada pad tersebut. Sistem ini membutuhkan biaya awal dan biaya perawatan yang rendah. Kelemahan utama dari sistem ini adalah ketika kehilangan panas laten yang tinggi karena proses ini meningkatkan tingkat kelembaban dalam ruangan. Tipe ini telah diproduksi di USA, Australia dan Eropa selama enam puluh tahun.
Gambar 2.4. Direct evaporative cooler (Dai dan Sumathy, 2002)
2. Indirect evaporative cooler Indirect evaporative cooler system menggunakan sebuah heat exchanger. Udara disirkulasi melewati primary circuit dimana terjadinya proses penguapan. Udara didinginkan melewati secondary circuit. Hal ini menurunkan suhu udara di secondary circuit tanpa merubah kelembaban udara. Indirect evaporative cooler hanya dapat digunakan jika suhu bola
18
basah dalam ruangan lebih rendah daripada suhu bola kering luar ruangan. Dalam penggunaannya, suhu bola basah dalam ruangan harus lebih rendah dari 21˚C. Kinerja dari sistem ini berkaitan erat dengan effisiensi kejenuhannya. Nilai effisiensi kejenuhannya berkisar antara 60%-80%.
Gambar 2.5. Indirect evaporative cooler (Riffat dann Zhu, 2003)
3. Two stage evaporative cooler Two stage evaporative cooler adalah kombinasi antara direct dan indirect evaporative cooler. Sistem ini digunakan ketika hasil temperatur bola kering yang diinginkan lebih rendah daripada hasil single state system. Gabungan antara direct dan indirect evaporative cooler ini menghasilkan nilai yang lebih rendah, mengurangi waktu penggunaan peralatannya, dan juga konsumsi energinya yang lebih rendah. Karena nilai yang dihasilkan oleh two stage system ini lebih rendah, tingkat kenyamanan dalam ruangannya akan semakin tinggi.
19
Gambar 2.6. Two Stage Evaporative Cooler (http://www.homeenergy.org, 2011) Teknologi pendinginan penguapan menguntungkan banyak industri. Rumah kaca dapat digunakan untuk menjaga iklim walaupun sedang dalam bulanbulan yang panas dan penuh cahaya matahari. Generator-generator gas turbin menggunakan pendingin dan air denser untuk meningkatkan output sebanyak 24% ketika keadaan panas dan permintaan energi banyak. Pendinginan secara alami akan meningkatkan kualitas dan mengurangi biaya dalam industri peternakan. Keuntungan terbesar manusia ketika menggunakan pendinginan penguapan adalah ketika rumah-rumah dan bangunan-bangunan didinginkan ketika musim panas dan dilembabkan ketika musim dingin khusunya di daerah beriklim sedang (http://www.rotorsource.com, 2010).
20
Keuntungan-keuntungan
dari
evaporative
cooling
adalah
(http://www.rotorsource.com, 2010) : 1. Harga peratalan dan biaya perawatan murah 2. Tidak menggunakan zat pendingin (refrigerant) yang berbahaya bagi lingkungan 3. Perawatannya mudah 4. Daya guna pad yang konsisten 5. Penggunaan media (pad) dapat juga sebagai filter udara 6. Dapat digunakan di berbagai macam wilayah geografis. Untuk mengukur tingkat effisiensi dari penggunaan proses pendinginan penguapan digunakan persamaan sebagai berikut (Koca, dkk. 1994): η=
Td - Tc x100 Td Tw
(2.3)
Dimana Td dan Tw adalah suhu bola kering dan suhu bola basah untuk udara yang dihembuskan masuk ke dalam ruangan, dan Tc adalah suhu udara dingin di dalam ruangan.
Gambar 2.7. Evaporative tunnel ventilation (Smith, dkk., 2006) Sistem ini digunakan untuk sebuah kandang sapi di Pusat Penelitian cabang Missisipi. Sistem ini menggunakan pompa untuk memompa air melewati cooling cell di tiap sisi dinding kandang. Pemasangan exhaust fan dapat mengurangi tekanan udara dalam kandang sehingga udara luar masuk ke kandang melewati cooling cell yang jenuh air sehingga udara yang masuk ke kandang menjadi lebih dingin (Smith, dkk., 2006).
22
2. Penggunaan evaporative cooler pada bangunan pemeliharaan Ulat Sutra
Gambar 2.8. Penggunaan evaporative cooler pada bangunan pemeliharaan Ulat Sutra (Lertsatitthanakorn, dkk., 2006) Dari gambar 2.8. dapat dilihat bahwa tidak ada cendela di bangunan tersebut. Dinding bangunan terbuat dari lembaran asbes semen datar, langit-langit terbuat dari gips dan pad terbuat dari corrugated
cellulose. Lubang masuknya air berada pada atas pad pendingin, beberapa lubang kecil dengan diameter yang berbeda dibuat pada pipa padat diatas pad untuk memastikan terdistribusinya air pada pad pendingin. Pad pendingin dibuat di bagian utara sedangkan exhaust fan dibuat di dinding bagian selatan. Sistem ini mampu menurunkan suhu dari 32˚C ke 22˚C dan mampu menaikkan RH dari 33% ke 82% (Lertsatitthanakorn, C. dkk., 2006).
23
BAB III METODOLOGI
A. Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan di Labororatorium Teknik Lingkungan Bangunan Pertanian dan selatsar lantai 4 (Dag) Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Gadjah Mada. Waktu penelitian mulai dari merancang pad, merangkai alat dan pengujian alat adalah dari bulan November 2010 hingga Maret 2011.
B. Alat dan Bahan Penelitian 1. Alat a. Seperangkat alat evaporative cooler dengan evaporative pad b. Thermohygrometer digital Lutron YK-90HT Spesifikasi : Merk Model : Lutron : YK- 90HT
Operating temperature : 0 - 50˚C Operating humidity : 0-95% Berat : 312 gram
Power Supply : 006P DC 9V battery
24
c. Thermohygrometer digital Lutron HT-3006A Spesifikasi : Merk Model : Lutron : HT-3006A
Operating temperature : 0 - 50˚C Operating humidity : 0-80% Berat : 256 gram
Power Supply : DC 9V battery d. Thermohygrometer digital SATO SK-90 TRH Spesifikasi : Merk Model : SATO : SK-90 TRH
Operating temperature : 0 - 50˚C Operating humidity : 0-85% Berat : 200 gram
Power Supply : DC 9V battery e. Heater f. Hotwire Airflow (Birams Anemometer) Spesifikasi : Merk Model : SIBATA : ISA-69
Operating temperature : 0 - 60˚C Operating velocity : 0-30 m/s
25
Nomor seri : 480150 g. Pendingin ruangan (Air Conditioner) h. Blower Ukuran lubang pengeluaran : 3” Tegangan Daya Hambatan Putaran i. Pompa air Merk Model Output Tegangan j. Stopwatch : Xing Yun : XY - 1288 : 700 L/H : 220 volt : 220 volt : 370 watt : 2 ampere : 3000/3600
2. Bahan Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah air.
3. Deskripsi Alat Evaporative pad pada penelititian ini terbuat dari kawat kasa dengan ukuran lubang 2,5 mm2. Ukuran ini dipilih karena air dapat mengalir dengan baik melewati evaporative pad. Desain evaporative pad (gambar 3.4.), menunjukkan bahwa ada empat buah lapisan kawat kasa yang
26
digunakan. Dua lapisan kawat kasa di depan digunakan untuk aliran air sedangkan dua kawat kasa lainnya digunakan untuk menahan butiranbutiran air yang ukurannya terlalu besar sehingga output yang dihasilkan berupa butiran-butiran air yang lebih halus di udara yang masuk ke ruang pengamatan (ruang kaca). Gambar 3.2. menunjukkan bahwa terdapat lubang ventilasi dengan ukuran 25 cm x 20 cm di bagian belakang ruang pengamatan. Lubang ventilasi ini dibuat dengan tujuan agar terjadi sirkulasi udara di dalam ruangan.
1 2 3
5 6
4
Gambar 3.1. Kontruksi alat evaporative cooler Keterangan gambar : 1. Ruang pengamatan (ruang kaca) 2. Evaporative pad 3. Blower
27
4. Penampung air 5. Alas penyerap air 6. Kerangka (beam)
Gambar 3.2. Evaporative cooler tampak belakang
28
6
5 4
2 7 1
3
Gambar 3.3. Sketsa aliran air pada evaporative pad Keterangan gambar : 1. Pompa air 2. Pengatur limpahan air 3. Pencabang selang 4. Selang air 5. Evaporative pad 6. Pipa air 7. Penampung air
29
Kerangka kayu
32 cm
29 cm
1.5 cm
28.5 cm
26 cm
Kawat kasa Tampak 3 dimensi Tampak Samping
Gambar 3.4. Desain Evaporative Pad tampak samping dan tampak tiga dimensi C. Proses Penelitian 1. Persiapan dan Orientasi Persiapan dimulai dengan mencari bahan yang paling mudah dibuat dan bekerja dengan baik untuk pembuatan evaporative pad. Kawat kasa dengan ukuran lubang 1 mm2 dipilih untuk pembuatan evaporative pad karena
bahannya yang mudah dicari dan dapat mengalirkan air dengan cukup baik. Pemilihan bahan dan perancangan pad ini dilakukan selama kurang lebih satu bulan. Setelah pad siap, dilakukan perangkaian evaporative cooler yang membutuhkan waktu kurang lebih seminggu. Ketika peralatan sudah siap maka dilakukan orientasi untuk mengetahui hal-hal teknis yang berkaitan dengan penelitian. Dengan dilakukannya orientasi ini, diharapkan penelitian
30
dapat berjalan dengan lancar dan selesai tepat pada waktunya serta dapat meminimalisir kesalahan dalam pengambilan data.
2. Pelaksanaan penelitian/Prosedur penelitian a. Seperangkat alat evaporative cooling dipasang pada lingkungan ruangan yang ditentukan. b. Pengukur suhu (thermokopel) dan pengukur RH (higrometer digital) pada ruang pengamatan dan di lingkungan luar ruang pengamatan. c. Air disiapkan pada penampung air. d. Untuk lingkungan dengan suhu pemanas heater dipasang pada blower dan untuk lingkungan dengan pendingin, air conditioner dinyalakan hingga suhu ruangan dingin konstan. e. Blower dan pompa air dihubungkan ke listrik. f. Air dialirkan dengan debit tertentu bersamaan dengan diberikan hembusan angin pada pad dengan blower. g. Suhu udara dan kelembaban di dalam evaporative cooler dan di luar evaporative cooler dihitung dengan waktu yang telah ditentukan.
3. Data Yang Diamati Penelitian ini menguji pengaruh 4 macam kondisi lingkungan udara luar yang dihembuskan ke dalam ruangan simulasi. Tiap lingkungan diuji dua macam pengaruh yaitu pengaruh laju aliran udara dari blower dan pengaruh laju aliran air pada pad, tiap pengujian dilakukan tiga variasi dengan ulangan
31
sebanyak tiga kali setiap variasinya. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 3.1. Variasi perlakuan laju udara dan laju air Lingkungan Ruang udara tertutup Laju Udara Qu1 Qu2 Qu3 Qu1 Qu2 Qu3 Qu1 Qu2 Qu3 Qu1 Qu2 Qu3 LajuAir Qa2 Qa2.Qu2 Qa2.Qu2 Qa2.Qu2 Qa2.Qu2 -
Kecepatan udara yang dihembuskan blower dihitung menggunakan hotwire airflow di titik pengukuran 1, 2, dan di depan blower. Dari nilai kecepatan udara dan juga luas penampang pad dapat dihitung nilai debit udara dengan persamaan berikut: Qu= v x A Qu= Laju aliran udara (m3/s) v = Kecepatan udara (m/s) A = Luas penampang pad (m2) Debit air yang melewati pad pada penelitian ini diuji dengan cara mengukur volume air yang melewati pad dengan gelas ukur selama waktu (3.1.)
32
tertentu. Untuk menghitung nilai debitnya digunakan persamaan sebagai berikut:
Q V t
(3.2)
Dimana t adalah waktu pengukuran volume (detik) dan V adalah volume air yang ditampung (m2). Empat macam lingkungan yang diuji dalam penelitian kali ini adalah: a. lingkungan udara ruangan tertutup Penelitian pada lingkungan ini dilakukan pada ruangan dengan kelembaban lebih dari 70% dan suhu antara 25˚C-30˚C. Pengambilan data dilakukan tiap menit sampai kelembaban dan suhu konstan yaitu selama 20 menit. Lingkungan ini disimulasikan sebagai bangunan pertanian di dalam ruangan dengan input udara evaporative cooling juga dari dalam ruangan.
Titik pengukuran 2 Titik pengukuran 1
Titik pengukuran 3
Gambar 3.5. Kondisi pengukuran pada lingkungan ruangan tertutup
33
b. lingkungan udara dengan pemanas Penambahan heater pada evaporative cooler dilakukan untuk menciptakan udara panas yang dihembuskan ke dalam evaporative cooler. Ruang simulasi kaca tetap berada pada ruangan dengan suhu dan kelembaban normal. Pengukuran dilakuan dengan mencatat waktu yang dibutuhkan untuk menurunkan kelembaban sebesar 1% hingga kelembaban konstan. Lingkungan ini disimulasikan sebagai bangunan pertanian yang ada di dalam ruangan dengan input udara evaporative cooling dari luar ruangan.
Gambar 3.6. Kondisi pengukuran pada lingkungan dengan tambahan pemanas c. lingkungan udara dingin Lingkungan ini menggunakan Air Conditioner untuk mendinginkan ruangan hingga suhu ruang dibawah 25˚C dan kelembaban dibawah 70%. Pengambilan data dilakukan tiap menit sampai kelembaban dan
34
suhu konstan yaitu selama 20 menit. Udara dingin dihembuskan kedalam evaporative cooler dengan kondisi ruang simulasi kaca berada pada ruangan dengan suhu dan kelembaban normal. Lingkungan ini disimulasikan sebagai bangunan pertanian dengan penambahan evaporative cooling yang diintregasi dengan pendingin ruangan.
Gambar 3.7. Kondisi pengukuran pada lingkungan ruangan ber-AC
35
d. lingkungan udara luar ruangan. Pengukuran di luar ruangan dilakukan siang hari ketika suhu tinggi dan kelembaban udara rendah. Pengukuran dilakukan tiap 5 menit selama satu jam karena pada lingkungan ini suhu dan kelembaban pada ruangan simulasi kaca konstan dalam waktu yang lebih lama dari lingkungan lainnya (20 menit) yaitu sekitar 1 jam.
Titik pengukuran 2 Titik pengukuran 1
Titik pengukuran 3
Gambar 3.8. Kondisi pengukuran pada lingkungan udara luar ruangan
36
D. Analisis Data 1. Menguji pengaruh laju kecepatan udara dan laju kecepatan air dengan menggunakan aplikasi Statistical Package for the Social Sciences 17 (SPSS 17) a. Uji anova satu arah Uji anova satu arah adalah alat uji statistik yang digunakan untuk menguji apakah 2 poopulasi atau lebih yang independen, memiliki rata-rata yang berbeda atau sama (Wijaya, 2009). Populasi yang diuji dengan uji statistik ini adalah penambahan kelembaban dan penurunan suhu tiap waktu dengan tiga perbedaan debit udara dan juga debit air. Hipotesis yang dilihat dari pengujian ini adalah: H0: Ketiga populasi sampel adalah identik H1: Ketiga populasi sampel adalah tidak identik Pengambilan keputusan dilakukan dengan menggunakan nilai F dan nilai probabilitas. Nilai signifikansi yang digunakan pada analisa ini adalah 5%. Dengan menggunakan nilai F, nilai F yang didapatkan hasil perhitungan dibandingkan dengan nilai F tabel. Bila statistik hitung (angka F output) lebih besar dari statistik tabel (tabel F), maka H0 ditolak. Jika statistik hitung (angka F output) lebih kecil daripada statistik tabel (F), maka nilai H0 diterima. Berdasarkan nilai probabilitas, jika probabilitas yang didapat lebih dari 0,05 maka H0 diterima dan bila probabilitas kurang dari 0,05 maka H0 ditolak (Santosa, 2001).
37
b. Paired sample t Test Uji statistik Paired sample t Test ini dilakukan untuk mengetahui apakah nilai suhu dan kelembaban prediksi identik dengan nilai suhu dan kelembaban observasi. Hipotesis dalam kasus ini adalah: H0: Kedua rata-rata populasi adalah identik H1: Kedua rata-rata populasi adalah tidak identik Pengambilan keputusan dilakukan dengan menggunakan nilai t dan nilai probabilitas. Nilai signifikansi yang digunakan pada analisa ini adalah 5%. Dengan menggunakan nilai t, nilai t yang didapatkan hasil perhitungan dibandingkan dengan nilai t tabel. Bila statistik hitung (angka t output) lebih besar dari statistik tabel (tabel F), maka H0 ditolak. Jika statistik hitung (angka t output) lebih kecil daripada statistik tabel (t), maka nilai H0 diterima. Berdasarkan nilai probabilitas, jika probabilitas yang didapat lebih dari 0,05 maka H0 diterima dan bila probabilitas kurang dari 0,05 maka H0 ditolak (Santosa, 2001).
2. Menghitung nilai konstanta laju penurunan suhu (T) Konstanta laju penurunan suhu pada penelitian ini diasumsikan bahwa polanya sama dengan konstanta laju penurunan kadar air, persamaan yang digunakan adalah (Lewis, 1921 dan Brooker et.al, 1972):
( − )
= − . +
(3.2) (3.3)
= −
38
Untuk mencari nilai suhu setimbang (Te) persamaan diatas diubah menjadi:
( − )
Gambar 3.9. Grafik dT/dt vs T Berdasarkan persamaan diatas dibuat grafik persamaan garis linear dengan sumbu x berupa nilai suhu tiap waktu (t) dan sumbu y berupa nilai (Grafik 3.1.). Dari grafik tersebut akan diperoleh nilai persamaan garisnya dan nilai k, kedua data ini digunakan untuk menentukan nilai Te.
∫0
( ) ( − )
= − ∫0 )| 0 = − ( − 0)
(3.6) (3.7) (3.8)
( −
( )
( )−
= − )
0−
= exp(−
(3.9)
Persamaan 3.9 dianalogikan sebagai persamaan garis linear dengan nilai absis (sumbu x) adalah waktu (t) dan nilai ordinat adalah Ln nisbah suhu (
( )
). Dengan grafik tersebut nilai konstanta laju penurunan suhu
dapat ditentukan dengan melihat persamaan garisnya.
39
0
Ln(Tt - Te)/(T0 - Te)
-2 -4 -6 -8
0
5
10
15
20
y = -ax t (menit) Linear (Series1)
Series1
Gambar 3.10. Grafik Ln(Tt - Te)/(T0 - Te) vs t Dari nilai konstanta laju penurunan suhu dan nilai suhu setimbang, dapat ditentukan nilai suhu prediksi tiap waktunya dengan persamaan sebagai berikut: T(t) = (exp(-kt) x (T0-Te))+Te . 3. Menghitung nilai konstanta laju kenaikan kelembaban (RH) Konstanta laju penambahan kelembaban juga diasumsikan bahwa polanya sama dengan penurunan kadar air, maka persamaan 3.1 dan 3.2 diubah menjadi:
( − )
Berdasarkan persamaan diatas dibuat grafik persamaan garis linear dengan sumbu x berupa nilai suhu tiap waktu (t) dan sumbu y berupa nilai .
Dari grafik tersebut akan diperoleh nilai persamaan garisnya dan nilai k, kedua data ini digunakan untuk menentukan nilai RHe. Untuk mencari nilai konstanta laju penambahan kelembaban, digunakan persamaan berikut ini:
( )
( )−
= − )
(3.12) (3.13)
0−
= exp(−
Persamaan 3.17 dianalogikan sebagai persamaan garis linear dengan nilai absis (sumbu x) adalah waktu (t) dan nilai ordinat adalah Ln nisbah kelembaban (
( )
) . Dengan grafik tersebut nilai penurunan suhu
dapat ditentukan dengan melihat persamaan garisnya.
0
Ln(RHt - RHe)/(RH0 RHe)
-2 -4 -6 -8
0
5
10
15
20
y = -ax t (menit) Linear (Series1)
Series1
Gambar 3.12. Grafik Ln(RHt - RHe)/(RH0 - RHe) vs t Dari nilai konstanta laju penambahan kelembaban dan nilai kelembaban setimbang, dapat ditentukan nilai kelembaban prediksi tiap waktunya dengan persamaan sebagai berikut: RH(t) = (exp(-kt) x (RH0-RHe))+RHe (3.14)
41
4. Menghitung Nilai Energi Aktivasi (Ea) dan Konstanta Arrhenius/Faktor Frekuensi Tumbukan (A) Dengan Menggunakan Persamaan Arrhenius Nilai Energi Aktivasi (Ea) dan Konstanta Arrhenius/Faktor Frekuensi Tumbukan (A) pada perubahan kondisi udara lingkungan diasumsikan polanya sama dengan konsep persamaan Arrhenius untuk reaksi kimia. Persamaan Arrhenius tersebut adalah sebagai berikut (Singh dan Heldman, 2001): ln k ln A Ea RT
(3.15)
Dimana A adalah Konstanta Arrhenius/Faktor Frekuensi Tumbukan, Ea adalah energi aktivasi, dan R adalah konstanta gas (8,31 J/K.mol). Dari persamaan 3.15 dapat kita buatgrafik antara ln k dengan 1/T seperti berikut ini:
0 0,0032 0,00325 0,0033 0,00335 0,0034 -0,5 -1 ln k
-1,5 -2 -2,5 -3 1/T y = ax + b
Gambar 3.13. Grafik ln k vs 1/T Dari persamaan grafik tersebut (y = ax+b) dapat kita tentukan nilai-nilai Energi Aktivasi dan Konstanta Arrhenius/Faktor Frekuensi Tumbukan yang terjadi.
42
5. Menghitung Nilai Temperature Humidity Index (THI) Temperature Humidity Index (THI) merupakan suatu index yang dapat digunakan untuk mengevaluasi kondisi lingkungan dalam
hubungannya dengan tingkat kenyamanan. THI dirumuskan dengan (Esmay dan Dixon, 1986): THI : 1,0 Tdb + 0,36 Tdp + 41,2 Tdb : Temperatur bola kering (˚C) Tdp : Temperatur titik embun (˚C) Nilai temperatur titik embun diukur dengan munggunakan psychrometric chart dengan suhu normal dan tekanan sebesar 101.325 kPa. (3.16)
6. Menghitung nilai effisiensi penggunaan Evaporative Cooler Untuk mengukur tingkat effisiensi dari penggunaan proses pendinginan penguapan digunakan persamaan sebagai berikut (Koca, dkk. 1994): η=
Td - Tc x100 Td Tw
(3.17)
Td: Suhu bola kering udara masuk ke evaporative cooler Tw: Suhu bola basah udara masuk ke evaporative cooler Tc: Suhu bola kering udara keluar dari evaporative cooler Nilai suhu bola basah udara masuk ke evaporative cooler dihitung menggunakan psychrometric chart dengan suhu normal dan tekanan sebesar 101.325 kPa.
43
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. Pengaruh Variasi Laju Aliran Udara dan Laju Aliran Air Perubahan temperatur dan kelembaban ruangan pada proses evaporative cooling tergantung pada desain dari sistem evaporative cooling itu sendiri. Pada penelitian ini digunakan desain evaporative cooling dengan menggunakan satu pad yang konstruksinya bisa dilihat pada gambar 3.1 dan 3.4. Sistem dengan satu pad ini lebih mudah diamati laju aliran airnya. Konstruksi satu pad ini sendiri didesain sedemikian rupa sehingga air dapat mengalir melewati kawat kasa dengan baik. Pemilihan kawat kasa untuk bahan konstruksi pad dikarenakan bahan ini mudah ditemukan dan juga mudah dikonstruksi. Kawat kasa ini juga lebih awet dibandingkan dengan bahan lain seperti serabut kelapa. Pada penelitian pendahuluan yang telah dilakukan, pembuatan pad dari serabut kelapa mengalami kesulitan. Kesulitan tersebut adalah perancangannya yang rumit karena serabut kelapa harus dianyam secara sempurna agar tidak rusak ketika dihembus udara dari blower selain itu kesulitan lainnya yaitu air kurang didistibusikan secara sempurna pada pad tersebut. Penelitian yang telah dilakukan membuktikan bahwa sistem evaporative cooling dengan satu pad dapat menaikkan kelembaban udara dan dapat menurunkan suhu udara, contoh dari hal ini dapat dilihat pada gambar 4.1.
44
78 73
RH
68 63 58 0 10 t (menit) 20 RH 30
33,5 33,0 32,5 32,0 31,5 31,0 30,5 30,0 29,5
T
Gambar 4.1. Grafik waktu (menit) vs suhu (T) dan kelembaban (RH) pada lingkungan ruang tertutup variasi laju aliran udara besar di titik pengukuran depan. Penambahan kelembaban pada lingkungan simulasi kaca disebabkan oleh adanya penguapan air yang mengalir pada pad. Udara dengan kecepatan tertentu bila dihembuskan melewati pad maka akan terjadi penguapan air. Udara yang telah melewati pad tersebut bila membawa kandungan air akan menyebabkan suhu udara turun. Kemampuan sistem ini untuk menaikkan kelembaban udara dan menurunkan suhu udara juga tergantung akan kondisi lingkungan ruang evaporative cooling itu sendiri. Hal tersebut dikarenakan perbedaan lingkungan akan menyebabkan kondisi dalam lingkungan evaporative cooling juga berbeda, fenomena ini terkait akan perbedaan suhu udara dan kelembaban udara pada tiap lingkungan. Empat macam kondisi lingkungan yang diamati adalah lingkungan udara ruang tertutup, lingkungan udara dengan penambahan pemanas, lingkungan udara dengan penambahan pendingin dan lingkungan udara terbuka.
Suhu
45
1. Pengaruh Variasi Laju Aliran Udara (Qu) Selain karena lingkungan luar pengaruh juga dapat dirasakan dari perbedaan laju aliran udara dan laju aliran airnya. Laju aliran udara yang dihembuskan blower berpengaruh pada penguapan air yang mengalir pada pad. Blower menghisap udara lingkungan dan kemudian menghembuskannya dengan kecepatan udara tertentu. Kecepatan udara pada blower dapat divariasi dengan mengatur bukaan lubang pada inlet blower tersebut. Kecepatan hembusan udara blower berbanding lurus dengan bukaan inlet blower itu sendiri, semakin besar bukaan inlet blower maka udara yang dihembuskan semakin cepat, begitu juga sebaliknya. Pada penelitian kali ini dilakukan tiga variasi laju aliran udara yang dihembuskan oleh blower pada sistem evaporative cooling. Tiga macam variasi ini dilakukan untuk mengetahui apakah perbedaan laju aliran udara
mempengaruhi proses evaporative cooling atau tidak. Variasi laju aliran udara yang dilakukan dapat dilihat pada tabel 4.1. Tabel 4.1. Nilai Variasi Laju Aliran Udara Variasi Debit udara (m3/s) Besar 1.47784 Sedang 1.16116 Kecil 0.70122
a. Lingkungan Udara Ruangan Tertutup Pada lingkungan yang pertama yaitu lingkungan udara ruangan tertutup, sistem evaporative cooling dengan satu pad ini mampu menaikkan kelembaban udara sebesar 5-10% sedangkan untuk suhunya mampu turun hanya sebesar 1˚C3˚C tergantung akan laju aliran air dan laju aliran udaranya. Data hasil penelitian
46
pada lingkungan udara ruangan tertutup dapat dilihat pada lampiran II. Ruang udara tertutup yang dilakukan di dalam laboratorium Teknik Lingkungan Bangungan Pertanian ini memiliki kondisi kelembaban yang cukup tinggi yaitu lebih dari 75%, sedangkan suhunya adalah suhu standar ruang yaitu sekitar 25˚C30˚C. Pada lingkungan ini, kondisi awal lingkungan ruang evaporative cooling memang sudah cukup besar yaitu sekitar 75% sehingga cukup sulit untuk menaikkan kelembaban yang sudah mendekati jenuh. Suhu di dalam ruang pengamatan evaporative cooler yang terbuat dari kaca bila dibiarkan tanpa dilakukan proses evaporative cooling akan lebih tinggi dari suhu lingkungan, tetapi bedanya tidak terlalu besar yaitu sekitar 1˚C-3˚C. Sehingga perlakuan proses evaporative cooling ini mampu menurunkan suhu walaupun penurunannya tidak terlalu jauh dari nilai suhu lingkungan yang ada. Penggunaan proses evaporative cooling pada ruang tertutup ini biasanya digunakan untuk proses penyimpanan yang membutuhkan kelembaban tinggi dan suhu yang rendah.
90 85
RH1 (%)
Gambar 4.2. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan udara lingkungan udara tertutup
Gambar 4.3. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 2 (belakang) variasi laju kecepatan udara lingkungan udara tertutup
Keterangan yang ada pada gambar menunjukkan variasi yang dilakukan. RHQUB adalah perubahan kelembaban pada variasi debit udara besar, RHQUS adalah perubahan kelembaban pada variasi debit udara sedang, RHQUS adalah perubahan kelembaban pada variasi debit udara kecil, TQUB adalah penurunan suhu udara pada variasi debit udara besar, TQUS adalah penurunan suhu udara pada variasi debit udara sedang, dan TQUK adalah penurunan suhu udara pada variasi debit udara kecil. Hasil penelitian dengan variasi laju aliran udara menunjukkan bahwa semakin besar kecepatan angin yang dihembuskan oleh blower maka nilai kelembaban yang dihasilkan akan semakin tinggi. Hasil ini dapat dilihat pada gambar 4.2 dan 4.3. Semakin besarnya laju udara yang dihembuskan oleh blower maka penguapan air pada pad juga lebih banyak, hal ini menyebabkan udara yang
T (˚C)
48
dimasukkan ke dalam ruangan mengandung air yang lebih banyak sehingga lingkungan lebih lembab dan lebih dingin. Hal ini juga dibuktikan dengan analisa statistik anova satu arah bahwa ketiga data tidak identik. Keputusan tersebut diambil karena terlihat nilai F hitungnya yang lebih besar dari F tabel, dengan demikian hal ini membuktikan bahwa di lingkungan udara tertutup, kecepatan hembusan udara mempengaruhi nilai kelembaban yang dihasilkan. Hasil analisa statistiknya bisa kita lihat pada tabel berikut ini: Tabel 4.2. Hasil analisis statistik anova satu arah di lingkungan udara tertutup variasi laju kecepatan udara
Sig. RH depan 0.003 RH belakang 0.004 T depan 0.55 T belakang 0.113 Keterangan Anova F F tabel 17.761 5.14 16.468 5.14 0.661 5.14 3.198 5.14
Sedangkan untuk nilai penurunan suhunya, tidak terlalu berbeda tiap perbedaan kecepatan udara. Hal ini disebabkan oleh kemampuan sistem menurunkan suhu yang tidak begitu besar pada lingkungan ruang udara tertutup. Secara statistik, dari tabel 4.2 dapat dilihat bahwa nilai F hitung untuk suhu di dua titik pengukuran tidak lebih besar daripada nilai F tabel, hal ini menunjukkan bahwa ketiga variasi tidak memberikan perbedaan yang nyata pada perubahan kondisi suhu udara. Dari hasil yang ada, nilai kelembaban dan suhu yang dihasilkan pada ruangan udara tertutup ini tidak merata penyebarannya. Hal ini bisa kita lihat secara data pada titik pengukuran 1 dan 2, pada titik pengukuran 1 nilai rata-ratanya lebih tinggi dari titik pengukuran 2. Secara statistik pun juga dibuktikan seperti itu namun pada kecepatan angin sedang nilai suhu di dua titik
49
pengukuran menunjukkan persamaan, hal ini menunjukkan hanya pada perlakuan tersebut suhunya merata. Hasil pengujian ini dapat dilihat pada lampiran VI. Ketidak merataan antara titik pengukuran 1 dan 2 ini juga terjadi di semua lingkungan.
b. Lingkungan Udara Ruangan Dengan Pemanas Lingkungan yang kedua yaitu lingkungan udara ruang dengan
penambahan pemanas pada proses evaporative cooling. Data pada perlakuan di lingkungan ini dapat dilihat pada lampiran II. Pemanas ini diletakkan tepat pada inlet blower sehingga udara yang dihembuskan memiliki kelembaban yang lebih rendah dari kelembaban lingkungan (>70%) yaitu sekitar 60%. Tapi penambahan pemanas ini juga menyebabkan suhu yang dihembuskan pada ruang evaporative cooler menjadi lebih panas daripada suhu lingkungan (25˚C-30˚C) yaitu sebesar ± 33˚C. Sebelum dimulai penelitian pada perlakuan kali ini, kondisi ruang simulasi kaca dipanaskan dahulu sampai suhu dan kelembabannya menyamai suhu dan kelembaban udara masuk dengan tujuan agar diketahui apakah udara blower yang masuk dengan kondisi suhu yang tinggi dan kelembaban yang lebih rendah dari kelembaban lingkungan dapat diterapkan pada proses evaporative cooling. Pengukuran pada lingkungan ini berbeda dengan lingkungan yang pertama, pada perlakuan kali ini kelembaban meningkat dengan lebih cepat daripada lingkungan yang pertama. Karena kelembaban yang meningkat dengan cepat tersebut maka pengambilan data bukan berdasarkan waktu melainkan berdasarkan nilai
Gambar 4.4. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan udara lingkungan udara dengan pemanas
80 75 70 65 31,0 60 55 0 RHQUB 5 RHQUS 10 15 t (menit) RHQUK TQUB 20 TQUS 25 TQUK 30,0 29,0 35,0 34,0 33,0 32,0
Gambar 4.5. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 2 (belakang) variasi laju kecepatan udara lingkungan udara dengan pemanas
RH (%)
51
Dari hasil penelitian dibuktikan bahwa perlakuan ini dapat diterapkan pada proses evaporative cooling walaupun penurunan suhunya tidak begitu signifikan, masih sekitar 1˚C-3˚C. Hal ini dapat dilihat pada gambar 4.4 dan 4.5. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa suhu mampu diturunkan sebesar 2,1˚C. Dari gambar 4.4 dan 4.5. juga dapat dilihat bahwa kelembaban dapat naik sebesar 10%. Karena nilai kelembaban awal ruang simulasi pada perlakuan kali ini lebih kecil dari perlakuan pada lingkungan pertama yang berarti nilai kelembaban lebih jauh jaraknya dari nilai kelembaban jenuh (100%) maka nilai kenaikan kelembaban yang dihasilkan lebih besar. Pada perlakuan yang pertama penambahan
kelembaban maksimal yang dihasilkan yaitu ±10% sedangkan pada perlakuan yang kedua ini penambahan kelembaban maksimal yang dihasilkan adalah sebesar 13%. Hal ini kembali membuktikan bahwa udara semakin mendekati nilai
kelembaban jenuhnya (100%) akan lebih sulit dinaikkan nilai kelembabannya. Hasil penelitian untuk variasi laju aliran udara pada lingkungan kedua ini sama dengan lingkungan yang pertama. Semakin besar laju aliran udara yang dihembuskn blower maka nilai kelembaban yang dihasilkan akan semakin besar. Selain nilai kelembabannya yang semakin besar, kemampuan untuk meningkatkan kelembabannya juga semakin cepat bila laju aliran udaranya semakin besar. Sedangkan nilai suhunya tidak begitu kelihatan perbedaannya karena nilai suhu yang diturunkan juga relatif kecil.
52
Tabel 4.3. Hasil analisis statistik anova satu arah di lingkungan udara dengan pemanas variasi laju kecepatan udara
Keterangan Sig. Anova F F tabel 66.077 5.14 52.528 5.14 3.609 5.14 5.18 5.14
RH depan 0 RH belakang 0 T depan 0.094 T belakang 0.049
Dari tabel 4.3 tentang uji statistik terlihat bahwa nilai laju aliran udara mempengaruhi perbedaan nilai kelembaban udara yang dihasilkan, sedangkan dari nilai suhunya hanya pada titik pengukuran 1 (depan) yang nilainya identik., pada titik pengukuran 2 (belakang) nilainya tidak identik. Hal ini menunjukkan bahwa perlakuan variasi kecepatan udara hanya berpengaruh pada penurunan suhu di titik pengukuran 2 saja.
c. Lingkungan Udara Ruangan Dengan Pendingin Lingkungan yang ketiga ini memisahkan satu alat evaporative cooler ke dua ruangan yang berbeda (Gambar 3.9). Ruang simulasi kaca diletakkan pada ruangan dengan kondisi normal sedangkan blower diletakkan pada ruangan dengan pendingin (Air Conditioner) yang kondisi lingkungan dingginya memiliki kelembaban ±60% dan suhu ±20˚C. Sebelum dimulai pengambilan data, kondisi ruang simulasi kaca disesuaikan dengan kondisi lingkungan normal. Hasil penelitian ini menunjukkan data yang berbeda dari lingkungan yang lainnya. Pada awal proses evaporative cooling kelembaban udara yang dihasilkan turun drastis dalam waktu tertentu baru mulai naik pada beberapa waktu kemudian.
53
Turunnya nilai kelembaban ini tergantung akan perlakuan laju aliran udara yang dihembuskan dan juga debit air yang mengalir pada pad. Naiknya kelembaban yang dihasilkan bahkan tidak mampu menyamai nilai kelembaban awal sebelum dilakukan proses evaporative cooling, hanya pada variasi laju aliran udara besar saja yang mampu menaikkan kelembaban kembali sepeti keadaan semula. Hal ini berarti penambahan pendingin pada lingkungan udara inlet blower tidak efisien untuk menaikkan kelembaban udara.
75 70 65
RH (%)
Gambar 4.6. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan udara lingkungan udara dengan pendingin
Gambar 4.7. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 2 (belakang) variasi laju kecepatan udara lingkungan udara dengan pendingin Dari gambar 4.6 dan 4.7 bisa kita lihat bahwa kelembaban yang turun pada awal proses berbeda nilainya jika laju aliran udaranya juga berbeda. Dari grafik tersebut bisa kita lihat bahwa semakin besar laju aliran udara yang dihembuskan, penurunan kelembaban awalnya akan lebih cepat dan lebih besar. Laju aliran udara besar dan sedang membuat kelembaban turun selama satu menit awal saja, untuk laju aliran udara kecil turunnya hingga ke menit ke-5. Nilai penurunan suhu yang dihasilkan oleh perlakuan ini lebih besar daripada perlakuan pada dua lingkungan pertama dan kedua. Hal ini dikarenakan penambahan pendingin yang berupa Air Conditioner pada proses evaporative cooling menyebabkan suhu udara yang dihembuskan lebih dingin keadaannya. Pada kondisi ini penurunan suhu udara maksimal yang dihasilkan mampu sebesar ±5˚C. Suhu hembusan udara yang rendah inilah yang menyebabkan air menjadi susah menguap sehingga pada awal proses kelembaban udara turun drastis. Laju
55
aliran udara mempengaruhi penurunan kelembaban pada awal proses, semakin tinggi nilai laju aliran udara maka penurunan kelembaban semakin besar dan semakin cepat. Tabel 4.4. Hasil analisis statistik anova satu arah di lingkungan udara dengan pendingin variasi laju kecepatan udara
Sig. RH depan 0.426 RH belakang 0 T depan 0 T belakang 0.182 Keterangan Anova F F tabel 0.987 5.14 58.157 5.14 113.76 5.14 2.29 5.14
Dari tabel 4.4 dapat kita lihat bahwa perbedaan yang signifikan terjadi pada pengukuran suhu di titik depan dan pengukuran kelembaban di titik belakang. Hal ini didapatkan dengan melihat nilai F hitung yang lebih besar dari F tabel. Untuk pengukuran lainnya nilainya masih identik karena nilai F hitung lebih kecil dari F tabel.
d. Lingkungan Udara Ruangan Terbuka Lingkungan yang keempat yaitu lingkungan udara ruangan terbuka dilakukan di dag Fakultas Teknologi Pertanian. Lokasi ruang pengamatan yang berada di luar lingkungan menyebabkan kondisi yang sama dengan rumah kaca. Hal ini berarti perlakuan kali ini dapat diibaratkan seperti penambahan evaporative cooler pada rumah kaca. Ketika ruang simulasi kaca dibiarkan tanpa dilakukan proses evaporative cooling pada kondisi siang hari dengan kelembaban rendah dan suhu yang tinggi menyebabkan kondisi di dalam rumah kaca menjadi lebih panas daripada lingkungan sekitarnya, kelembabannya pun jauh lebih kecil
56
daripada kelembaban lingkungan udara luar. Nilai suhu dalam rumah kaca tanpa proses evaporative cooling adalah lebih dari 40˚C, sedangkan kelembabannya adalah kurang dari 30%. Dengan kondisi yang seperti itu proses evaporative cooling sangat dibutuhkan untuk mencapai kondisi yang normal. Dari penelitian yang dilakukan didapatkan hasil bahwa waktu yang diperlukan untuk menaikkan kelembaban udara dan menurunkan suhu udara lebih lama daripada tiga lingkungan sebelumnya, oleh karena itu pengambilan data pada perlakuan kali ini membutuhkan waktu yang lebih lama yaitu 60 menit. Data dari hasil penelitian ini dapat dilihat pada lampiran II. Dari data yang diperoleh, proses evaporative cooling dengan satu pad ini maksimal mampu menaikkan kelembaban sebesar 35.55% sedangkan penurunan suhunya maksimal mencapai 15.79˚C. Hasil ini bisa dilihat pada gambar berikut ini:
65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 0 RHQUB 10 20 RHQUS 30 t (menit) RHQUK 40 TQUB 50 TQUS 60 TQUK 55 50 45 40 35 30
RH (%)
Gambar 4.8. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan udara lingkungan udara ruang terbuka
Gambar 4.9. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 2 (belakang) variasi laju kecepatan udara lingkungan udara ruang terbuka Pada lingkungan udara luar ruangan, penggunaan proses evaporative cooling dengan satu pad memang lebih efektif karena kemampuannya yang baik dalam menaikkan kelembaban dan menurunkan suhu. Bila proses evaporative cooling tidak diterapkan pada rumah kaca, maka kondisi rumah kaca akan sangat panas sehingga tidak cocok apabila digunakan untuk budidaya tanaman yang membutuhkan suhu rendah seperti bunga krisan dan jamur tiram. Hasil pada lingkungan ini juga terbukti bahwa perbedaan laju aliran udara mempengaruhi nilai kelembaban yang dihasilkan dan juga nilai suhu yang dihasilkan. Dari gambar 4.8 dan 4.9 dapat dilihat bahwa semakin besar kecepatan udara yang dihembuskan oleh blower maka nilai kelembaban yang dihasilkan akan semakin tinggi pula. Dari data dapat dilihat bahwa kecepatan angin yang besar mampu menaikkan kelembaban paling besar hingga mencapai 61% pada titik pengukuran 1, dari nilai kelembaban awal yang hanya sekitar 21% kenaikan
T (˚C)
45
58
ini sudah cukup tinggi. Untuk nilai suhunya pun demikian, dari data yang dihasilkan dapat disimpulan bahwa semakin besar kecepatan udara, maka nilai suhu yang diturunkan juga semakin besar. Tapi secara statistik dari tabel 4.5, perbedaanya tidak terlihat secara signifikan. Perbedaan signifikan hanya terdapat pada nilai kelembabannya saja, untuk nilai suhunya tidak begitu beda nyata walaupun secara data kita bisa melihat perbedaannya. Tabel 4.5. Hasil analisis statistik anova satu arah di lingkungan udara ruangan terbuka variasi laju kecepatan udara
Sig. RH depan 0.028 RH belakang 0.138 T depan 0.198 T belakang 0.168 Keterangan Anova F F tabel 6.845 5.14 2.808 5.14 2.143 5.14 2.433 5.14
2. Pengaruh Variasi Laju Aliran Air (Qa) Sama seperti variasi laju aliran udara, variasi laju aliran air yang dilakukan pada penelitian ini juga sebanyak tiga macam. Tiga macam variasi ini dilakukan untuk mengetahui apakah perbedaan laju aliran air pada pad mempengaruhi
proses evaporative cooling atau tidak. Variasi laju aliran air yang dilakukan dapat dilihat pada tabel 4.6. Tabel 4.6. Hasil Pengukuran Debit Air
Debit air (m³/s) Besar sedang kecil 0.002689 0.001544 0.000898
Laju aliran air yang mengalir pada pad dapat mempengaruhi proses evaporative cooling. Tetapi proses ini juga dipengaruhi oleh kondisi lingkungannya seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Pengaruh yang
59
dihasilkan dari perbedaan laju aliran air ini tidak terlalu signifikan seperti pada perbedaan laju aliran udara. Laju aliran udara yang dihembuskan pada ketiga variasi debit air ini sama yaitu sebesar 1.16116 m3/s.
a. Lingkungan Udara Ruangan Tertutup Variasi laju aliran air juga mempengaruhi hasil evaporative cooling pada ruangan ini, walaupun pengaruhnya tidak terlihat begitu besar. Hal ini disebabkan oleh kurang besarnya perbedaan variasi debit air yang dilakukan. Perbedaan debit yang kecil antara variasi yang satu dengan yang lainnya disesuaikan dengan kemampuan pompa air untuk mengalirkan air dan juga kemampuan pad dalam mengalirkan air. Bila pad terlalu banyak mengalirkan aliran air yang deras membuat banyaknya air yang terbuang ke lingkungan sekitar sehingga ada batas maksimum
90 85
RH (%)
Gambar 4.10. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan air lingkungan udara ruangan tertutup
Gambar 4.11. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 2 (belakang) variasi laju kecepatan air lingkungan udara ruangan tertutup Keterangan yang ada pada gambar menunjukkan variasi yang dilakukan. RHQAB adalah perubahan kelembaban pada variasi debit air besar, RHQAS adalah perubahan kelembaban pada variasi debit air sedang, RHQAS adalah perubahan kelembaban pada variasi debit air kecil, TQAB adalah penurunan suhu udara pada variasi debit air besar, TQAS adalah penurunan suhu udara pada variasi debit air sedang, dan TQAK adalah penurunan suhu udara pada variasi debit air kecil. Dari gambar 4.10 dan 4.11 dapat dilihat bahwa perbedaaan antara tiap variasi laju aliran air tidak begitu besar. Perbedaan yang terjadi pada lingkungan ini ternyata juga dipengaruhi oleh laju aliran airnya, semakin besar laju aliran airnya maka suhu yang dihasilkan semakin kecil dan kelembaban yang dihasilkan juga semakin besar. Secara statistik, dari tabel 4.7 dapat kita buktikan bahwa nilai-nilai kelembaban dan suhu yang dihasilkan ternyata juga mengalami
T (˚C)
61
perbedaan secara signifikan pada semua titik pengukuran. Nilai-nilai F hitung yang dihasilkan kesemuanya lebih besar daripada F tabel sehingga hal tersebut membuat ketiga variasi laju aliran air nilai-nilainya berbeda nyata. Tabel 4.7. Hasil analisis statistik anova satu arah di lingkungan udara ruangan tertutup variasi laju kecepatan air
Keterangan Sig. Anova F F tabel 35.609 5.14 150.708 5.14 15.077 5.14 5.143 5.14
RH depan 0 RH belakang 0 T depan 0.005 T belakang 0.05
b. Lingkungan Udara Ruangan Dengan Pemanas Pada lingkungan yang kedua ini perbedaan laju aliran air juga tidak berpengaruh banyak pada nilai kelembaban dan suhu yang dihasilkan pada kedua titik pengukuran. Data untuk perlakuan ini dapat dilihat pada lampiran II. Dari data-data tersebut terlihat bahwa nilai kelembaban yang dihembuskan oleh blower menjadi lebih rendah dan nilai suhu yang dihembuskan lebih tinggi, hal ini membuktikan bahwa pemanas berpengaruh terhadap input udara.
Gambar 4.12. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan air lingkungan udara ruangan dengan pemanas
Gambar 4.13. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 2 (belakang) variasi laju kecepatan air lingkungan udara ruangan dengan pemanas
T (˚C)
63
Dari gambar 4.12 dan 4.13 dibuktikan bahwa perbedaan yang terjadi tidak begitu besar tiap variai laju aliran airnya. Karena nilai penurunan suhunya yang kecil maka pengaruh tersebut kurang begitu kelihatan nyata. Bahkan secara statistik, perbedaan variasi udara tidak berpengaruh secara signifikan pada laju perubahan kondisi udara yang dihasilkan. Dari tabel 4.8. terlihat hanya dari nilai kelembaban pada pengukuran di titik depan saja yang nilainya berbeda nyata. Nilai F hitung yang dihasilkan sebesar 108.755 sedangkan F tabelnya hanya sebesar 5.14. Untuk pengukuran lainnya ketiga variasi tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan. Tabel 4.8. Hasil analisis statistik anova satu arah di lingkungan udara ruangan dengan pemanas variasi laju kecepatan air
Keterangan Sig. Anova F F tabel 108.755 5.14 4.072 5.14 0.847 5.14 0.13 5.14
RH depan 0 RH belakang 0.072 T depan 0.474 T belakang 0.881
c. Lingkungan Udara Ruangan Dengan Pendingin Untuk lingkungan yang ketiga ini, nilai kelembaban yang dihasilkan juga mengalami penurunan di awal penggunaan alat sama seperti pada variasi perbedaan laju aliran udara. Tetapi pengaruh yang dihasilkan dari variasi yang dilakukan perbedaannya tidak begitu terlihat.
Gambar 4.14. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan air lingkungan udara ruangan dengan pendingin
75 70 65
RH (%)
Gambar 4.15. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan air lingkungan udara ruangan dengan pendingin
65
Dari gambar 4.14 dan 4.15 terlihat bahwa perbedaan yang didapatkan tiap variasinya tidak begitu besar, garis-garis di grafik yang hampir berhimpit menunjukkan akan hal tersebut. Pengaruh perbedaan debit yang tidak begitu besar membuat kondisi udara yang dihasilkan cukup kecil. Dari hasil analisis statistik yang dilihat dari tabel 4.9, perbedaan secara nyata ternyata terjadi. Hasil analisis statistik ini menunjukkan bahwa variasi laju aliran udara berpengaruh terhadap kondisi udara yang dihasilkan kecuali pada nilai kelembaban di titik pengukuran depan. Secara statistik hanya pada titik tersebut data-data tidak menunjukkan perbedaan secara nyata. Tabel 4.9. Hasil analisis statistik anova satu arah di lingkungan udara ruangan dengan pendingin variasi laju kecepatan air
Sig. RH depan 0.137 RH belakang 0.037 T depan 0.021 T belakang 0 Keterangan Anova F F tabel 2.821 5.14 6.019 5.14 7.865 5.14 44.505 5.14
d. Lingkungan Udara Ruangan Terbuka Pada lingkungan keempat perbedaan variasi debit air ini baru terlihat perbedaan hasilnya. Hal ini dikarenakan di luar ruangan, kemampuan evaporative cooler untuk menaikkan kelembaban dan menurunkan suhu cukup besar adanya. Nilai kelembaban dan suhu yang dihasilkan dapat dilihat pada lampiran II. Dari data tersebut, perbedaan yang cukup signifikan dapat kita lihat. Debit air besar mampu menaikkan kelembaban sebesar 27,14% dan suhunya mampu diturunkan sebesar 12,61˚C. Debit air sedang mampu menaikkan kelembaban sebesar 21,27% dan suhunya mampu diturunkan sebesar 9,42˚C, sedangkan debit air kecil hanya
66
mampu menaikkan kelembaban sebesar 14.04% dan suhunya mampu diturunkan sebesar 5,71˚C.
65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 0 RHQAB 10 20 RHQAS 30 t (menit) RHQAK 40 TQAB 50 TQAS 60 TQAK 55 50
T (˚C)
RH (%)
45 40 35 30
Gambar 4.16. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan air lingkungan udara terbuka
65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 0,00 10,00 20,00 RHQAS 30,00 t (menit) RHQAK 40,00 TQAB 50,00 TQAS 60,00 TQAK 55 50
T (˚C)
RH (%)
45 40 35 30
RHQAB
Gambar 4.17. Grafik kelembaban (RH) dan suhu (T) vs waktu (menit) pada titik pengukuran 1 (depan) variasi laju kecepatan air lingkungan udara terbuka Dari gambar 4.16 dan 4.17 dapat kita lihat perbedaannya yang nyata dari ketiga variasi yang dilakukan. Hasil ini menunjukkan bahwa semakin besar laju kecepatan airnya, kelembaban yang dihasilkan akan semakin besar dan suhu yang
67
dihasilkan akan semakin kecil juga. Tetapi perbedaan ini tidak terbukti secara statistik, dari semua analisis statistik perbedaan yang disebabkan oleh ketiga variasi laju aliran air tidak berbeda nyata. Tabel 4.10. Hasil analisis statistik anova satu arah di lingkungan udara ruangan ruang terbuka variasi laju kecepatan air
Sig. RH depan 0.066 RH belakang 0.081 T depan 0.048 T belakang 0.133 Keterangan Anova F F tabel 4.425 5.14 3.934 5.14 2.719 5.14 2.871 5.14
Dari pembahasan diatas dapat kita simpulkan bahwa perubahan kondisi udara pada proses evaporative cooling berbeda-beda tergantung akan kondisi udara luarnya. Pengaruh variasi laju aliran udara dan laju aliran air tiap kondisi luar ruangan juga tidak sama. Perbedaan-perbedaan ini menunjukkan bawa suhu dan kelembaban udara luar ruang pengamatan sangat mempengaruhi perubahan kondisi udara dalam ruang pengamatan.
B. Analisis Kinetika Laju Perubahan Kondisi Udara Koefisien laju kenaikan kelembaban dapat diartikan sebagai proses penambahan kelembaban di udara per satuan waktu tertentu, sedangkan laju penurunan suhu dapat diartikan sebagai proses penurunan suhu udara per satuan waktu tertentu. Nilai konstanta laju perubahan kelembaban di udara dianalisis dengan menggunakan persamaan 3.10. Dari persamaan tersebut dapat diplotkan grafik antara waktu (t) dengan ln (RHt – RHe/RH0 – RHe). Contoh perhitungannya
68
misalnya pada lingkungan 4 variasi kecepatan udara besar di titik pengukuran 1. Dari grafik t (menit) vs ln (RHt – RHe/RH0 – RHe )didapatkan nilai gradien persamaan garis sebesar 0,094. Hal ini berarti koefisien laju perubahan kelembaban sebesar 0,094/menit. Nilai konstanta laju perubahan suhu di udara dianalisis dengan menggunakan persamaan 3.4. Dari persamaan tersebut dapat diplotkan grafik antara waktu (t) dengan ln (Tt – Te/T0 – Te). Contoh perhitungannya misalnya pada lingkungan 4 variasi kecepatan udara besar di titik pengukuran 1. Dari grafik t (menit) vs ln (Tt – Te/T0 – Te) didapatkan nilai gradien persamaan garis sebesar 0,086. Hal ini berarti koefisien laju perubahan suhu udara sebesar 0,086/menit. Data untuk nilai-nilai konstanta laju perubahan suhu dan kelembaban dapat dilihat pada lampiran III. 1. Lingkungan Udara Ruang Tertutup a. Variasi Laju Aliran Udara Pada lingkungan udara ruang tertutup, variasi laju aliran udara mempengaruhi nilai laju koefisien perbubahan kondisi udara ruangan. Nilai laju koefisien kenaikan kelembaban dan laju koefisien penurunan suhu yang dihasilkan sifatnya masih fluktuatif, pengaruh tiap variasinya tidak tentu, hak ini dapat dilihat pada tabel 4.11. Nilai laju koefisien ini kemudian digunakan untuk membuat persamaan perubahan kondisi udara prediksi baik untuk suhu maupun kelembaban. Persamaan-persamaan tersebut dapat dilihat pada tabel 4.12. Persamaan-persamaan ini kemudian bisa digunakan untuk menentukan nilai-nilai kelembaban dan suhu prediksi.
69
Tabel 4.11. Nilai Koefisien Laju Perubahan Kondisi Udara Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Udara k Pengukuran RH depan Variasi Besar Sedang 0.213 Kecil
0.269 0.229 0.252 0.176 0.303 0.321 0.447 0.320
RH belakang 0.238 T depan T belakang 0.276 0.318
Tabel 4.12. Persamaan Untuk Menentukan Nilai Kondisi Udara Ruangan Prediksi Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Udara
Persamaan Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang Besar RH(t) = (exp(-0.213.t) x (75.46-85.9))+85.9 RH(t) = (exp(-0.238.t) x (69.17-81.02))+81.02 T(t) = (exp(-0.276.t) x (29.25-26.23))+26.23 T(t) = (exp(-0.318.t) x (29.87-27.22))+27.22 Variasi Sedang RH(t) = (exp(-0.269.t) x (75.3-83.38))+83.38 RH(t) = (exp(-0.252.t) x (69.58-80.47))+80.47 T(t) = (exp(-0.303.t) x (28.68-26.2))+26.2 T(t) = (exp(-0.447.t) x (28.75-26.6))+26.6 Kecil RH(t) = (exp(-0.229.t) x (75.42-80.23))+80.23 RH(t) = (exp(-0.176.t) x (69.73-73.9))+73.9 T(t) = (exp(-0.321.t) x (28.07-26.41))+26.41 T(t) = (exp(-0.320.t) x (28.48-27.21))+27.21
Gambar 4.18. Contoh Grafik Kelembaban Depan Observasi vs Kelembaban Depan Prediksi Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Udara Besar
Gambar 4.19. Contoh Grafik Suhu Depan Prediksi vs Suhu Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Udara Besar Nilai-nilai suhu dan kelembaban prediksi yang dihasilkan tidak berbeda secara signifikan dari nilai-nilai suhu dan kelembaban observasi yang telah dilakukan. Dengan melihat nilai-nilai R tiap grafik kita bisa menentukan perbedaanya. Nilai-nilai R berkisar antara 0-1. Bila nilai R semakin mendekati 1, itu berarti nilai-nilai observasi semakin mendekati prediksinya. Dari tabel 4.13 bisa kita lihat bahwa nilai R yang paling besar adalah pada kelembaban variasi laju aliran udara sedang di tiik pengukuran depan, sedangkan untuk yang paling kecil ada pada suhu variasi laju aliran udara sedang di titik pengukuran belakang. Tabel 4.13. Nilai R Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Udara
R Pengukuran Besar Sedang Kecil RH depan 0.992 0.998 0.989 RH belakang 0.994 0.996 0.985 T depan 0.996 0.988 0.994 T belakang 0.990 0.974 0.987
71
b. Variasi Laju Aliran Air Pada lingkungan udara ruang tertutup, variasi laju aliran air juga mempengaruhi nilai laju koefisien perbubahan kondisi udara ruangan. Nilai laju koefisien kenaikan kelembaban dan laju koefisien penurunan suhu yang dihasilkan sifatnyajuga masih fluktuatif, pengaruh tiap variasinya tidak tentu, hak ini dapat dilihat pada tabel 4.14. Dari tabel tersebut tidak dapat dibuktikan apakah laju kecepatan air ini berbanding lurus atau terbalik dengan nilai koefisiennya karena sifatnya yang memang fluktuatif. Dari nilai koefisien dapat ditentukan nilai persamaan untuk menentukan kondisi ruangan prediksinya. Persamaanpersamaan ini kemudian bisa digunakan untuk menentukan nilai-nilai kelembaban dan suhu prediksi di tiap waktunya. Persamaan ini dapat dilihat pada tabel 4.15. Tabel 4.14. Nilai Koefisien Laju Perubahan Kondisi Udara Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Air k Pengukuran RH depan Variasi Besar Sedang Kecil 0.233 0.206 0.163 0.155 0.103 0.247 0.340 0.298 0.344
RH belakang 0.199 T depan T belakang 0.329 0.319
72
Tabel 4.15. Persamaan Untuk Menentukan Nilai Kondisi Udara Ruangan Prediksi Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Air
Persamaan Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang Besar RH(t) = (exp(-0.233.t) x (78.61-86.49))+86.49 RH(t) = (exp(-0.199t) x (74.18-82.51))+82.51 T(t) = (exp(-0.329t) x (28.72-25.95))+25.95 T(t) = (exp(-0.319.t) x (29.02-26.95))+26.95 Variasi Sedang RH(t) = (exp(-0.206.t) x (78.61-86.42))+86.42 RH(t) = (exp(-0.155.t) x (74.06-85.19))+85.19 T(t) = (exp(-0.247.t) x (28.97-26.12))+26.12 T(t) = (exp(-0.298.t) x (29.64-27.14))+27.14 Kecil RH(t) = (exp(-0.163.t) x (78.81-84.76))+84.76 RH(t) = (exp(-0.103.t) x (73.93-79.93))+79.93 T(t) = (exp(-0.340.t) x (28.7626.6))+26.6 T(t) = (exp(-0.344.t) x (29.2527.34))+27.34
87 86 85 84 83 82 81 80 79 78 78 80 82 84
RH Prediksi (%)
y = 1,027x - 2,354 R² = 0,993
86
88
RH Observasi (%)
Gambar 4.20. Contoh Grafik Kelembaban Depan Prediksi vs Kelembaban Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Air Besar
Gambar 4.21. Contoh Grafik Suhu Depan Prediksi vs Suhu Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Air Besar
Dari gambar 4.15 dan 4.16 dapat dilihat bahwa kondisi udara ruangan prediksi nilai-nilainya tidak berbeda jauh dari kondisi udara ruangan observasi. Bila nilai-nilai suhu dan kelembaban prediksi semakin mendekati observasi maka penelitian semakin baik. Dari nilai-nilai koefisien determinasi (R) pada tiap grafiknya, dapat dilihat kesamaan antara suhu dan kelembaban prediksi dengan suhu dan kelembaban observasinya. Dari tabel 4.16 bisa dilihat bahwa nilai-nilai R yang dihasilkan mendekati 1, hal ini berarti nilai-nilai prediksinya hampir sama dengan nilai-nilai observasi. Semakin mendekati nilai 1 maka data hasil perhitungan semakin baik. Dari hasil analisa diketahui nilai R yang paling besar adalah pada kelembaban variasi laju aliran air sedang di tiik pengukuran depan, sedangkan untuk yang paling kecil ada pada suhu variasi laju aliran air sedang di titik pengukuran belakang.
74
Tabel 4.16. Nilai R Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Air
Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang R Besar 0.996 0.993 0.993 0.983 Sedang 0.997 0.992 0.992 0.978 Kecil 0.993 0.996 0.993 0.997
2. Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas a. Variasi Laju Aliran Udara Pada lingkungan udara dengan pemanas nilai-nilai koefisien perubahan kondisi udaranya juga sama dengan lingkungan tertutup yaitu sifatnya yang masih fluktuatif. Sifatnya yang fluktuatif ini menandakan bahwa variasi laju aliran udara hanya memberikan perbedaan saja, tidak memberikan pola yang pasti. Nilai-nilai k dapat dilihat dari tabel 4.17. Dari tabel tersebut tidak kita temukan hubungan antara besarnya laju aliran udara dengan nilai koefisien perubahan kondisi udara baik untuk kelembaban maupun untuk suhunya. Dari nilai koefisien tersebut dapat dibuat persamaan untuk menentukan nilai suhu dan kelembaban prediksi. Persamaan tersebut dapat dilihat pada tabel 4.18. Tabel 4.17. Nilai Koefisien Laju Perubahan Kondisi Udara Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Udara k Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang Besar 0.310 0.309 0.326 0.447 Variasi Sedang 0.198 0.217 0.178 0.581 Kecil 0.237 0.316 0.220 0.272
75
Tabel 4.18. Persamaan Untuk Menentukan Nilai Kondisi Udara Ruangan Prediksi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Udara
Persamaan Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang Besar Variasi Sedang Kecil
RH(t) = (exp(-0.310.t) x (61.09-73.81))+73.81 RH(t) = (exp(-0.309.t) x (57.25-67.02))+67.02 T(t) = (exp(-0.326t) x (33.13-30.2))+30.2 T(t) = (exp(-0.557t) x (32.82-30.75))+30.75
RH(t) = (exp(-0.198.t) x (61.09-74.22))+74.22 RH(t) = (exp(-0.217.t) x (57.37-68.41))+68.41 T(t) = (exp(-0.178.t) x (33.21-30.69))+30.69 T(t) = (exp(-0.581.t) x (33.44-31.09))+31.09
RH(t) = (exp(-0.273.t) x (61.09-73.34))+73.34 RH(t) = (exp(-0.316.t) x (57.4-65.8))+65.8 T(t) = (exp(-0.220.t) x (32.97-30.6))+30.6 T(t) = (exp(-0.272.t) x (33.63-31.36))+31.36
80 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 60 65 70
RH Prediksi (%)
y = 1,010x - 1,266 R² = 0,990
75
80
RH Observasi (%)
Gambar 4.22. Contoh Grafik Kelembaban Depan Prediksi vs Kelembaban Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Udara Besar
Gambar 4.23. Contoh Grafik Suhu Depan Prediksi vs Suhu Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Udara Besar
Dari gambar 4.228 dan 4.23 yang mengeplotkan nilai-nilai suhu dan kelembaban udara observasi dengan nilai-nilai kelembaban udara prediksi dapat ditentukan nilai koefisien determinasi atau R-nya. Nilai R ini dapat dijadikan patokan untuk menentukan apakah suhu dan kelembaban observasi berbeda jauh dengan suhu dan kelembaban observasi. Nilai-nilai koefisien determinasi pada variasi ini terdapat pada tabel 4.19. Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa nilainilai koefisen determinasinya mendekati 1 yang berarti nilai-nilai prediksi hampir sama dengan observasinya. Nilai R yang paling tinggi ada pada suhu dengan variasi laju aliran udara kecil di titik pengukuran depan, sedangkan yang paling kecil ada pada kelembaban dengan variasi laju aliran udara sedang di titik pengukuran belakang.
77
Tabel 4.19. Nilai R Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Udara
R Besar 0.995 0.986 0.995 0.981
Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang
Sedang 0.954 0.923 0.978 0.996
Kecil 0.994 0.989 0.996 0.976
b. Variasi Laju Aliran Air Pada variasi laju aliran air ini nilai-nilai koefisien perubahan kondisi udaranya juga sama dengan variasi laju aliran udara yaitu sifatnya yang masih fluktuatif. Sifatnya yang fluktuatif ini menandakan bahwa variasi laju aliranair hanya memberikan perbedaan saja, tidak memberikan pola yang pasti, mana yang lebih besar koefisiennya atau mana yang lebih kecil. Nilai-nilai k dapat dilihat dari tabel 4.20. Dari tabel 4.20 tersebut tidak kita temukan hubungan antara besarnya laju aliran udara dengan nilai koefisien perubahan kondisi udara baik untuk kelembaban maupun untuk suhunya. Dari nilai koefisien tersebut dapat dibuat persamaan untuk menentukan nilai-nilai suhu dan kelembaban prediksi. Persamaan tersebut dapat dilihat pada tabel 4.21. Tabel 4.20. Nilai Koefisien Laju Perubahan Kondisi Udara Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Air
Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang k Variasi Besar Sedang Kecil 0.198 0.217 0.178 0.581 0.258 0.168 0.287 0.254 0.249 0.159 0.551 0.526
78
Tabel 4.21. Persamaan Untuk Menentukan Nilai Kondisi Udara Ruangan Prediksi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Air
Persamaan Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang Besar Variasi Sedang Kecil
RH(t) = (exp(-0.198.t) x (61.09-74.22))+74.22 RH(t) = (exp(-0.217.t) x (57.37-68.41))+68.41 T(t) = (exp(-0.178.t) x (33.21-30.69))+30.69 T(t) = (exp(-0.581.t) x (33.44-31.09))+31.09
RH(t) = (exp(-0.258.t) x (61.09-73.85))+73.85 RH(t) = (exp(-0.287.t) x (57.37-66.92))+66.92 T(t) = (exp(-0.249.t) x (32.97-29.99))+29.99 T(t) = (exp(-0.551.t) x (32.97-31.14))+31.14
RH(t) = (exp(-0.168.t) x (61.09-72.4))+72.4 RH(t) = (exp(-0.254.t) x (57.50-66.44))+66.44 T(t) = (exp(-0.259.t) x (33.17-30.61))+30.61 T(t) = (exp(-0.526.t) x (33.36-31.06))+31.06
Gambar 4.24. Contoh Grafik Kelembaban Depan Prediksi vs Kelembaban Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Air Besar
Gambar 4.25. Contoh Grafik Suhu Depan Prediksi vs Suhu Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Air Besar
Dari gambar 4.24 dan 4.25 yang mengeplotkan nilai-nilai suhu dan kelembaban udara observasi dengan nilai-nilai kelembaban udara prediksi dapat ditentukan nilai koefisien determinasi atau R-nya. Nilai R ini dapat dijadikan patokan untuk menentukan apakah suhu dan kelembaban observasi berbeda jauh dengan suhu dan kelembaban observasinya. Nilai-nilai koefisien determinasi pada variasi ini terdapat pada tabel 4.22. Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa nilainilai koefisen determinasinya yang dihasilkan dari grafik mendekati 1 yang berarti nilai-nilai prediksi hampir sama dengan observasinya. Bilai nilainya semakin mendekati 1 maka semakin baik, bila semakin mendekati 0 nilainya kurang baik. Nilai R yang paling tinggi ada pada kelembaban dengan variasi laju aliran udara sedang di titik pengukuran depan, sedangkan yang paling kecil ada pada kelembaban dengan variasi laju aliran udara besar di titik pengukuran belakang.
80
Tabel 4.22. Nilai R Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pemanas Variasi Laju Aliran Air
Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang R Besar 0.954 0.923 0.978 0.996 Sedang 0.996 0.987 0.994 0.991 Kecil 0.972 0.967 0.986 0.995
3. Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin a. Variasi Laju Aliran Udara Pada lingkungan udara ruang dengan pendingin, variasi laju aliran udara mempengaruhi nilai laju koefisien perubahan kondisi udara ruangan. Nilai laju koefisien kenaikan kelembaban dan laju koefisien penurunan suhu yang dihasilkan sifatnya juga masih fluktuatif sama dengan lingkungan-lingkungan yang lainnya, ha ini dapat dilihat pada tabel 4.23. Dari tabel 4.23 dapat dilihat bahwa nilai koefisien laju kenaikan kelembaban jauh lebih kecil dari nilai laju koefisien penurunan suhu. Hal ini karena pada lingkungan ini nilai kelembaban yang dinaikkan pada ruangan tidak begitu besar, dan nilai suhu yang diturunkan pada ruangan cukup besar. Nilai laju koefisien ini kemudian digunakan untuk membuat persamaan perubahan kondisi udara prediksi baik untuk suhu maupun kelembaban. Persamaan-persamaan tersebut dapat dilihat pada tabel 4.24. Persamaan-persamaan ini kemudian bisa digunakan untuk menentukan nilai-nilai kelembaban dan suhu prediksi.
81
Tabel 4.23. Nilai Koefisien Laju Perubahan Kondisi Udara Pada Lingkungan Udara Ruang Tertutup Variasi Laju Aliran Udara k Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang Besar 0.097 0.074 0.342 0.277 Variasi Sedang 0.075 0.065 0.291 0.325 Kecil 0.131 0.038 0.461 0.420
Tabel 4.24. Persamaan Untuk Menentukan Nilai Kondisi Udara Ruangan Prediksi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin Variasi Laju Aliran Udara
Persamaan Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang Besar Variasi Sedang Kecil
RH(t) = (exp(-0.097.t) x (52.99-69.26))+69.26 RH(t) = (exp(-0.074.t) x (57.96-69.47))+69.47 T(t) = (exp(-0.342.t) x (23.83-18.13))+18.13 T(t) = (exp(-0.277.t) x (24.02-19.99))+19.99
RH(t) = (exp(-0.075.t) x (57.53-72.35))+72.35 RH(t) = (exp(-0.065.t) x (53.20-64.03))+64.03 T(t) = (exp(-0.291.t) x (24.28-18.89))+18.89 T(t) = (exp(-0.325.t) x (24.33-20.7))+20.7
RH(t) = (exp(-0.131.t) x (59.5-62.29))+62.29 RH(t) = (exp(-0.038.t) x (54.54-86.59))+86.59 T(t) = (exp(-0.461.t) x (23.87-20.14))+20.14 T(t) = (exp(-0.325.t) x (24.41-21.76))+21.76
Gambar 4.26. Contoh Grafik Kelembaban Depan Prediksi vs Kelembaban Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin Variasi Laju Aliran Udara Besar
Gambar 4.27. Contoh Grafik Kelembaban Depan Prediksi vs Kelembaban Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin Variasi Laju Aliran Udara Besar
Dari gambar 4.26 dan 4.27 yang mengeplotkan nilai-nilai suhu dan kelembaban udara observasi dengan nilai-nilai kelembaban udara prediksi dapat ditentukan nilai koefisien determinasi atau R-nya. Nilai R ini dapat dijadikan patokan untuk menentukan apakah suhu dan kelembaban observasi berbeda jauh dengan suhu dan kelembaban observasi. Nilai-nilai koefisien determinasi pada variasi ini terdapat pada tabel 4.25. Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa nilainilai koefisen determinasinya mendekati 1 yang berarti nilai-nilai prediksi hampir sama dengan observasinya. Nilai R yang paling tinggi ada pada kelembaban dengan variasi laju aliran udara besar di titik pengukuran depan yaitu 0.998, sedangkan yang paling kecil ada pada suhu dengan variasi laju aliran udara besar di titik pengukuran belakang yaitu 0.940.
83
Tabel 4.25. Nilai R Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin Variasi Laju Aliran Udara
Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang R Besar Sedang Kecil 0.998 0.984 0.982 0.988 0.989 0.966 0.967 0.988 0.989 0.940 0.984 0.973
b. Variasi Laju Aliran Air Pada variasi laju aliran air, perbedaan variasi juga mempengaruhi nilai laju koefisien perubahan kondisi udara ruangan sama seperti ruangan lainnya. Nilai laju koefisien kenaikan kelembaban dan laju koefisien penurunan suhu yang dihasilkan sifatnya juga masih fluktuatif, pengaruh tiap variasinya tidak tentu, hal ini dapat dilihat pada tabel 4.26. Dari tabel 4.26 dapat dilihat bahwa nilai
koefisien kenaikan kelembaban lebih kecil dari koefisien penurunan suhu, hal ini membuktikan bahwa kelembaban yang dinaikkan tidak begitu besar sedangkan suhu yang diturunkan cukup besar. Dari tabel tersebut juga tidak dapat dibuktikan apakah laju kecepatan air ini berbanding lurus atau terbalik dengan nilai koefisiennya karena sifatnya yang memang fluktuatif. Dari nilai koefisien dapat ditentukan persamaan untuk mengetahui nilai suhu dan kelembaban prediksi. Persamaan-persamaan ini dapat dilihat pada tabel 4.27. Persamaan-persamaan ini kemudian bisa digunakan untuk menentukan nilai-nilai kelembaban dan suhu prediksi di tiap waktunya.
84
Tabel 4.26. Nilai Koefisien Laju Perubahan Kondisi Udara Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin Variasi Laju Aliran Air k Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang Besar 0.075 0.065 0.291 0.325 Variasi Sedang 0.114 0.114 0.260 0.438 Kecil 0.142 0.094 0.302 0.193
Tabel 4.27. Persamaan Untuk Menentukan Nilai Kondisi Udara Ruangan Prediksi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin Variasi Laju Aliran Air
Persamaan Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang
70 68
RH Prediksi (%)
Besar
Variasi Sedang
Kecil
RH(t) = (exp(-0.075.t) x (57.53-72.35))+72.35 RH(t) = (exp(-0.065.t) x (53.20-64.03))+64.03 T(t) = (exp(-0.291.t) x (24.28-18.89))+18.89 T(t) = (exp(-0.325.t) x (24.33-20.7))+20.7
RH(t) = (exp(-0.114.t) x (56.31-61.16))+61.16 RH(t) = (exp(-0.114.t) x (53.95-60.34))+60.34 T(t) = (exp(-0.26.t) x (23.99-18.62))+18.62 T(t) = (exp(-0.438.t) x (24.68-20.17))+20.17
RH(t) = (exp(-0.142.t) x (55.27-68.04))+68.04 RH(t) = (exp(-0.094.t) x (52.08-60.23))+60.23 T(t) = (exp(-0.302.t) x (24.32-19.05))+19.05 T(t) = (exp(-0.193.t) x (24.29-20.64))+20.64
Gambar 4.28. Contoh Grafik Kelembaban Depan Prediksi vs Kelembaban Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin Variasi Laju Aliran Air Besar
Gambar 4.29. Contoh Grafik Suhu Depan Prediksi vs Suhu Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin Variasi Laju Aliran Air Besar
Dari gambar 4.28 dan 4.29 dapat dilihat bahwa kondisi udara ruangan prediksi nilai-nilainya tidak berbeda jauh dari kondisi udara ruangan observasi. Bila nilai-nilai suhu dan kelembaban prediksi semakin mendekati observasi maka penelitian semakin baik. Dari nilai-nilai koefisien determinasi (R) pada tiap grafiknya, dapat dilihat kesamaan antara suhu dan kelembaban prediksi dengan suhu dan kelembaban observasinya. Dari tabel 4.28 bisa dilihat bahwa nilai-nilai R yang dihasilkan mendekati 1, hal ini berarti nilai-nilai prediksinya hampir sama dengan nilai-nilai observasi. Semakin mendekati nilai 1 maka data hasil perhitungan semakin baik. Tabel 4.28. Nilai R Pada Lingkungan Udara Ruang Dengan Pendingin Variasi Laju Aliran Air
Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang R Besar 0.984 0.989 0.988 0.984 Sedang 0.995 0.991 0.990 0.959 Kecil 0.991 0.990 0.995 0.994
86
4. Lingkungan Udara Ruangan Terbuka a. Variasi Laju Aliran Udara Pada lingkungan udara luar ruangan ini, nilai-nilai koefisien perubahan kondisi udaranya juga sama dengan lingkungan yang lainnya untuk suhu yang masih fluktuatif, tetapi untuk kelembabannya polanya sudah kelihatan. Dari tabel 4.29 dapat kita lihat bahwa nilai koefisien kenaikan kelembaban berbanding lurus dengan besarnya aliran udara yang dihembuskan oleh blower. Dari tabel tersebut dapat kita lihat bahwa semakin besar aliran udara yang dihembuskan maka koefisien kenaikan kelembaban juga akan semakin besar, dan sebaliknya semakin kecil aliran udara yang dihembuskan maka koefisien kenaikan kelembaban juga akan semakin kecil. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar aliran udara yang dihembuskan, kenaikan kelembaban udara akan semakin besar. Dari nilai koefisien tersebut dapat dibuat persamaan untuk menentukan nilai suhu dan kelembaban prediksi. Persamaan tersebut dapat dilihat pada tabel 4.30. Tabel 4.29. Nilai Koefisien Laju Perubahan Kondisi Udara Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka Variasi Laju Aliran Udara k Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang Besar 0.082 0.066 0.071 0.080 Variasi Sedang 0.052 0.045 0.007 0.033 Kecil 0.019 0.007 0.037 0.050
87
Tabel 4.30. Persamaan Untuk Menentukan Nilai Kondisi Udara Ruangan Prediksi Pada Lingkungan Udara Ruang Terbuka Variasi Laju Aliran Udara
Persamaan Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang Besar Variasi Sedang Kecil
RH(t) = (exp(-0.082.t) x (25.46-60.58))+60.58 RH(t) = (exp(-0.066.t) x (32.99-56.45))+56.45 T(t) = (exp(-0.071.t) x (49.41-33.58))+33.58 T(t) = (exp(-0.08.t) x (48.89-34.58))+34.58
RH(t) = (exp(-0.052.t) x (25.18-55.11))+55.11 RH(t) = (exp(-0.045.t) x (36.92-59.58))+59.58 T(t) = (exp(-0.007.t) x (50.06-35.01))+35.01 T(t) = (exp(-0.033.t) x (48.15-35.07))+35.07
RH(t) = (exp(-0.019.t) x (25.42-37.3))+37.3 RH(t) = (exp(-0.007.t) x (35.61-35.52))+35.52 T(t) = (exp(-0.037.t) x (46.02-33.66))+33.66 T(t) = (exp(-0.033.t) x (43.89-39.8))+39.8
Gambar 4.30. Contoh Grafik Kelembaban Depan Prediksi vs Kelembaban Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka Variasi Laju Aliran Udara Besar
Gambar 4.31. Contoh Grafik Suhu Depan Prediksi vs Suhu Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka Variasi Laju Aliran Udara Besar
Dari gambar 4.30 dan 4.31 yang mengeplotkan nilai-nilai suhu dan kelembaban udara observasi dengan nilai-nilai kelembaban udara prediksi dapat ditentukan nilai koefisien determinasi atau R-nya. Nilai R ini dapat dijadikan patokan untuk menentukan apakah suhu dan kelembaban observasi berbeda jauh dengan suhu dan kelembaban observasi. Nilai-nilai koefisien determinasi pada variasi ini terdapat pada tabel 4.31. Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa nilainilai koefisen determinasinya mendekati 1 yang berarti nilai-nilai prediksi hampir sama dengan observasinya. Tabel 4.31. Nilai R Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka Variasi Laju Aliran Udara
Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang R Besar 0.968 0.972 0.967 0.950 Sedang 0.989 0.972 0.967 0.950 Kecil 0.992 0.967 0.991 0.969
89
b. Variasi Laju Aliran Air Pada variasi laju aliran air ini nilai-nilai koefisien perubahan kondisi udaranya sifatnya masih fluktuatif. Sifatnya yang fluktuatif ini menandakan bahwa variasi laju aliran air hanya memberikan perbedaan saja, tidak memberikan pola yang pasti, mana yang lebih besar koefisiennya atau mana yang lebih kecil. Nilai-nilai k dapat dilihat dari tabel 4.32. Dari tabel 4.32 tersebut tidak kita temukan hubungan antara besarnya laju aliran udara dengan nilai koefisien perubahan kondisi udara baik untuk kelembaban maupun untuk suhunya. Dari nilai koefisien tersebut dapat dibuat persamaan untuk menentukan nilai-nilai suhu dan kelembaban prediksi. Persamaan tersebut dapat dilihat pada tabel 4.33. Tabel 4.32. Nilai Koefisien Laju Perubahan Kondisi Udara Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka Variasi Laju Aliran air k Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang Besar 0.052 0.045 0.007 0.033 Variasi Sedang 0.018 0.014 0.021 0.028 Kecil 0.036 0.029 0.018 0.025
90
Tabel 4.33. Persamaan Untuk Menentukan Nilai Kondisi Udara Ruangan Prediksi Pada Lingkungan Udara Ruangan terbuka Variasi Laju Aliran Air
Persamaan Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang Besar Variasi Sedang Kecil
RH(t) = (exp(-0.052.t) x (25.18-55.11))+55.11 RH(t) = (exp(-0.045.t) x (36.92-59.58))+59.58 T(t) = (exp(-0.007.t) x (50.06-35.01))+35.01 T(t) = (exp(-0.033.t) x (48.15-35.07))+35.07
RH(t) = (exp(-0.018.t) x (21.47-65.27))+65.27 RH(t) = (exp(-0.014.t) x (33.93-69.57))+69.57 T(t) = (exp(-0.021.t) x (51.69-87.48))+87.48 T(t) = (exp(-0.028.t) x (50.21-34.48))+34.48
RH(t) = (exp(-0.036.t) x (23.39-40.86))+40.86 RH(t) = (exp(-0.029.t) x (35.24-46.12))+46.12 T(t) = (exp(-0.018.t) x (47.53-49.43))+49.43 T(t) = (exp(-0.025.t) x (45.87-40.88))+40.88
Gambar 4.32.Contoh Grafik Kelembaban Depan Prediksi vs Kelembaban Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruangan terbuka Variasi Laju Aliran Air Besar
91
Gambar 4.33. Contoh Grafik Suhu Depan Prediksi vs Suhu Depan Observasi Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka Variasi Laju Aliran Air Besar
Dari gambar 4.32 dan 4.33 yang mengeplotkan nilai-nilai suhu dan kelembaban udara observasi dengan nilai-nilai kelembaban udara prediksi dapat ditentukan nilai koefisien determinasi atau R-nya. Nilai R ini dapat dijadikan patokan untuk menentukan apakah suhu dan kelembaban observasi berbeda jauh dengan suhu dan kelembaban observasinya. Nilai-nilai koefisien determinasi pada variasi ini terdapat pada tabel 4.34. Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa nilainilai koefisen determinasinya yang dihasilkan dari grafik mendekati 1 yang berarti nilai-nilai prediksi hampir sama dengan observasinya. Bilai nilainya semakin mendekati 1 maka semakin baik, bila semakin mendekati 0 nilainya kurang baik. Nilai R yang paling tinggi ada pada kelembaban dengan variasi laju aliran udara sedang di titik pengukuran depan, sedangkan yang paling kecil ada pada suhu dengan variasi laju aliran udara besar di titik pengukuran belakang.
92
Tabel 4.34. Nilai R Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka Variasi Laju Aliran Air
Pengukuran RH depan RH belakang T depan T belakang R Besar 0.989 0.972 0.967 0.950 Sedang 0.995 0.990 0.998 0.989 Kecil 0.995 0.993 0.988 0.986
C. Anasilis Energi Aktivasi dan Faktor Frekuensi Tumbukan Persamaan Arrhenius pada penelitian kali ini memberikan nilai dasar dari hubungan antara energi aktivasi dengan laju proses perubahan kondisi udara ruangan pada proses evaporative cooling. Di dalam ilmu kimia, energi aktivasi merupakan sebuah istilah yang didefinisikan sebagai energi yang harus dilampaui agar reaksi kimia dapat terjadi. Energi aktivasi bisa juga diartikan sebagai energi minimum yang dibutuhkan agar reaksi kimia tertentu dapat terjadi. Untuk penelitian kali ini dapat diasumsikan bahwa energi aktivasi merupakan energi yang harus dilampaui agar perubahan kondisi lingkungan dapat terjadi. Faktor frekuensi tumbukan pada penelitian kali ini merupakan jumlah tumbukan partikel udara tiap detik. Pada perhitungan, kita menggunakan empat suhu dan kelembaban yang berbeda, keempat perbedaan tersebut adalah nilai-nilai suhu dan kelembaban tiap lingkungan yang divariasi. Hasil analisis pada perhitungan kali ini dapat dilihat pada lampiran X.
93
1. Variasi Laju Kecepatan Udara a. Energi Aktivasi Energi aktivasi yang dihitung pada variasi kecepatan udara pada penelitian ini merupakan energi yang dibutuhkan untuk merubah kondisi udara ruangan baik suhu maupun kelembabannya pada variasi laju kecepatan udara. Energi aktivasi dihitung dengan menggunakan persamaan 3.15. Contoh perhitungannya misalnya saja pada perubahan suhu di titik belakang untuk laju aliran udara besar. Dari nilai-nilai suhu lingkungan yang berbeda tiap lingkungannya dan juga nilai koefisien perubahan suhu dibuat grafik sebagai berikut:
0,0032 0 -0,5 -1 ln k
0,00325
0,0033
0,00335
0,0034
-1,5 -2 -2,5 -3 y = 5493,x - 19,59 1/T
Gambar 4.34. Grafik ln k vs 1/T Pada Suhu Di Titik Pengukuran Belakang Untuk Laju Aliran Udara Besar Dari grafik diatas didapatkan persamaan y=5493x – 19.59 (y=ax+b), sehingga dari persamaan tersebut bisa kita tentukan nilai energi aktivasinya dengan melihat nilai a dari persamaan tersebut. Nilai a dari persamaan tersebut adalah sebesar 5493 sehingga dengan dikalikan dengan konstanta gas sebesar 8.31
94
J/K mol didapatkan nilai energi aktivasi sebesar 45646.83. Nilai-nilai energi aktivasi bisa kita lihat pada tabel berikut ini: Tabel 4.35. Energi Aktivasi Pada Variasi Laju Kecepatan Udara
Variasi Ea (J/mol) RH Belakang T Depan T belakang -1067.835 64784.76 45646.83 -992.214 130865.9 70651.62 -32.58351 94999.92 76817.64
RH Depan Besar -817.3716 Sedang -1873.074 kecil -2557.818
Dari tabel 4.35 dapat kita lihat bahwa energi-energi yang dibutuhkan untuk menaikkan kelembabannya minus. Nilai-nilai yang minus tersebut menunjukkan bahwa untuk menaikkan kelembaban udara, udara tidak membutuhkan energi tetapi mengeluarkan energi. Dari tabel 4.35 dapat dilihat bahwa pengeluaran energi yang paling besar terdapat pada variasi laju aliran udara kecil di titik depan sedangkan yang paling kecil ada pada variasi laju aliran udara kecil di titik depan. Sedangkan untuk suhu, dibutuhkan energi untuk menurunkan suhu dalam beberapa derajat. Dari tabel 4.35 dapat dilihat bahwa kebutuhan energi yang paling besar untuk menurunkan suhu terdapat pada variasi laju aliran udara besar di titik depan sedangkan yang paling kecil ada pada variasi laju aliran udara sedang di titik pengukuran belakang.
b. Faktor Frekuensi Tumbukan Jumlah tumbukan untuk perubahan suhu maupun kelembaban sifatnya bervariasi. Tumbukan ini menandakan adanya kontak antara dua partikel udara, yaitu partikel udara yang dihembuskan oleh blower dan partikel udara yang ada
95
dalam ruang pengamatan. Data faktor frekuensi tumbukan dapat dilihat pada tabel 4.36. Tabel 4.36. Faktor Frekuensi Tumbukan Pada Variasi Laju Kecepatan Udara
A (Tumbukan/detik) RH Depan RH Belakang T Depan T belakang Besar 0.7385991 1.097461735 1.41E-12 3.106E-09 Sedang 4.91848226 0.961750709 2.42E-24 1.396E-13 kecil 19.2594144 46.80546642 6.8E-18 1.058E-14 Variasi
Dari tabel 4.36 dapat dilihat bahwa jumlah tumbukan tiap detik untuk setiap variasi tidak sama. Jumlah tumbukan tiap detiknya yang bervariasi ini memang terjadi karena tiap pengambilan data kontak yang terjadi di udara berbeda-beda.
2. Variasi Laju Kecepatan Air a. Energi Aktivasi Energi aktivasi yang dihitung pada variasi kecepatan air pada penelitian ini merupakan energi yang dibutuhkan untuk merubah kondisi udara ruangan baik suhu maupun kelembabannya pada variasi laju kecepatan air. Contoh perhitungan untuk variasi laju kecepatan air ini misalnya saja pada perubahan suhu di titik depan untuk laju aliran udara besar. Dari nilai-nilai suhu lingkungan yang berbeda tiap lingkungannya dan juga nilai koefisien perubahan suhu dibuat grafik 1/T vs ln k yang dapat dilihat pada gambar 4.30.
Gambar 4.35. Grafik ln k vs 1/T Pada Suhu Di Titik Pengukuran Depan Untuk Laju Aliran Air Besar Dari grafik diatas didapatkan persamaan y=24091x – 80.25 (y=ax+b), sehingga dari persamaan tersebut bisa kita tentukan nilai energi aktivasinya dengan melihat nilai a dari persamaan tersebut. Nilai a dari persamaan tersebut adalah sebesar 24091 sehingga dengan dikalikan dengan konstanta gas sebesar 8.31 J/K mol didapatkan nilai energi aktivasi sebesar 200196.2. Nilai-nilai energi aktivasi bisa kita lihat pada tabel berikut ini: Tabel 4.37. Energi Aktivasi Pada Variasi Laju Kecepatan Air
Variasi Besar Sedang kecil Ea (J/mol) RH Belakang T Depan T belakang -8093.94 200196.2 111678.09 -1839.834 84246.78 85858.92 -1361.178 106060.5 61518.93
RH Depan -7934.388 -2313.504 -1484.997
Sama seperti pada variasi laju aliran udara, nilai energi aktivasi untuk kelembaban variasi laju aliran air juga bernilai minus. Nilai-nilai yang minus tersebut juga menunjukkan bahwa untuk menaikkan kelembaban udara, udara
97
tidak membutuhkan energi tetapi mengeluarkan energi dengan nilai tertentu. Dari tabel 4.37 dapat dilihat bahwa pengeluaran energi yang paling besar terdapat pada variasi laju aliran udara besar di titik depan sedangkan yang paling kecil ada pada variasi laju aliran udara kecil di titik belakang. Sedangkan untuk menurunkan suhu, pada variasi leju kecepatan air juga dibutuhkan sejumlah energi. Dari tabel 4.35 dapat dilihat bahwa kebutuhan energi yang paling besar untuk menurunkan suhu terdapat pada variasi laju aliran udara besar di titik depan sedangkan yang paling kecil ada pada variasi laju aliran udara sedang di titik pengukuran belakang.
b. Faktor Frekuensi Tumbukan Tabel 4.38. Faktor Frekuensi Tumbukan Pada Variasi Laju Kecepatan Udara
A (Tumbukan/Detik) RH Depan RH Belakang T Depan T belakang Besar 3078644.621 3992786.835 1.41E-35 3.132E-20 Sedang 11.21217229 4.563089883 3.86E-16 3.162E-16 kecil 2.268230473 1.491824698 6.24E-20 4.1E-12 Variasi
Pada variasi ini nilai faktor frekuensi tumbukan tiap menitnya juga bervariasi. Dari tabel 4.38 dapat dilihat bahwa tumbukan yang paling banyak terjadi bisa mencapai jutaan tumbukan tiap detiknya. Jumlah tumbukan ketika udara menaikkan kelembaban lebih besar daripada jumlah tumbukan untuk menurunkan suhu.
98
D. Effektivitas Proses Evaporative Cooling Effektivitas proses evaporative cooling adalah kemampuan proses evaporative cooling menurunkan suhu udara lingkungan setelah melewati pad. Effektivitas pada proses evaporative cooling hanya melihat dari nilai suhunya saja. Jadi effektivitas ini merupakan nilai effektivitas alat evaporative cooling dalam menurunkan suhu ruangan. Nilai effektivitas ini dihitung dengan menggunakan persamaan 3.17. Hasil perhitungan nilai effisiensi ini dapat dilihat pada lampiran XII. 1. Lingkungan Udara Ruangan Tertutup Tabel 4.39. Nilai-Nilai Effisiensi Pada Lingkungan Udara Ruangan Tertutup
Effisiensi (%) Variasi Laju Aliran Udara Variasi Laju Aliran Air Besar 20.35459 27.4382 Sedang 13.12262 22.13732 Kecil 13.13912 12.33663 Variasi
Pada lingkungan udara ruangan tertutup, perubahan nilai-nilai kelembaban dan suhu yang dihasilkan tidak begitu besar. Suhu yang dihasilkan sedikit lebih kecil dari suhu lingkungan dan kelembaban yang dihasilkan juga sedikit lebih besar daripada kelembaban lingkungan. Sedikitnya perbedaan yang diciptakan dengan suhu lingkungan membuat nilai effektivitas pada lingkungan ini tidak begitu besar. Pada variasi laju aliran udara, nilai effektivitas tertinggi ada pada variasi terbesarnya, sedangkan yang terkecil ada pada variasi sedang. Untuk variasi laju aliran air, semakin tinggi laju aliran airnya, maka effektivitasnya juga
99
semakin besar. Hubungan ini disebut hubungan berbanding lurus antara besarnya laju aliran air dengan besarnya effektivitas yang dihasilkan.
95 90 85
THI
80 75 70 65 60 THI depan THI belakang THI depan THI Belakang
Variasi Laju Aliran Udara Variasi Besar Variasi Sedang
Variasi Laju Aliran Air Variasi Kecil
Gambar 4.36. Grafik Nilai-Nilai THI Pada Lingkungan Udara Ruangan Tertutup
2. Lingkungan Udara Ruangan Dengan Pemanas Tabel 4.40. Nilai-Nilai Effisiensi Pada Lingkungan Udara Ruangan Dengan Pemanas
Effisiensi (%) Variasi Laju Aliran Udara Variasi Laju Aliran Air Besar 45.43674 36.36316 Sedang 36.36316 36.03899 Kecil 37.62826 35.83036 Variasi
Pada lingkungan udara ruangan dengan pemanas, nilai-nilai effisiensinya lebih besar dari lingkungan udara ruangan tertutup tanpa penambahan pemanas. Hal ini karena pada lingkungan udara ruangan tertutup dengan pemanas, penurunan suhu yang terjadi lebih besar daripada ruangan udara tertutup tanpa pemanas. Bahkan dari keempat macam kondisi luar ruangan yang
100
divariasi, pada lingkungan dengan penambahan pemanas ini effektivitas yang dihasilkan paling besar. Pada variasi laju aliran udara, effektivitas yang paling besar dihasilkan pada laju aliran udara yang terbesar, tetapi untuk yang paling kecil nilainya terdapat pada variasi laju aliran udara sedang. Pada variasi laju aliran air, nilai effektivitas berbanding lurus dengan nilai effisiensi yang dihasilkan. Semakin besar laju aliran air pada pad, dihasilkan akan semakin besar pula.
95 90 85
THI
nilai effektivitas yang
80 75 70 65 60 THI depan THI belakang THI depan THI Belakang
Variasi Laju Aliran Udara Variasi Besar Variasi Sedang
Variasi Laju Aliran Air Variasi Kecil
Gambar 4.37. Grafik Nilai-Nilai THI Pada Lingkungan Udara Ruangan Dengan Pemanas
101
3. Lingkungan Udara Ruangan Dengan Pendingin Tabel 4.41. Nilai-Nilai Effisiensi Pada Lingkungan Udara Ruangan Dengan Pendingin
Effisiensi (%) Variasi Laju Aliran Udara Variasi Laju Aliran Air Besar 32.28866 19.49505 Sedang 19.49505 27.41453 Kecil -9.20321 18.68392 Variasi
Pada lingkungan dengan pendingin, suhu yang diturunkan cukup besar yaitu ±5˚C. Tetapi ruangan pengamatan awal adalah di ruangan biasa tanpa pendingin sehingga walaupun penurunannya tinggi tetapi effektivitasnya masih terbilang rendah. Effektivitas dihitung dengan melihat perbandingan penurunan suhu dengan keadaan udara yang dihembuskan oleh blower. Pada variasi laju aliran udara, nilai effektivitasnya berbanding lurus dengan nilai laju aliran udara yang dihembuskan oleh blower. Pada lingkungan ini effektivitas terbesarnya adalah sebesar 32,3%. Pada variasi ini juga terdapat nilai effisiensi yang minus. Hal ini dikarenakan penurunan suhu yang dilakukan terhadap ruangan pengamatan belum melampaui nilai suhu udara hembusan blower. Penurunan hanya terjadi dari suhu ruangan sampai suhu diatas hembusan blower. Pada variasi laju aliran air, nilai effektivitas terbesar yang dihasilkan ada pada laju aliran air sedang yaitu sebesar 27,4%, sedangkan untuk yang terkecil ada pada laju aliran air kecil dengan nilai 18,7%.
102
95 90 85
THI
80 75 70 65 60 THI depan THI belakang THI depan THI Belakang
Variasi Laju Aliran Udara Variasi Besar Variasi Sedang
Variasi Laju Aliran Air Variasi Kecil
Gambar 4.38. Grafik Nilai-Nilai THI Pada Lingkungan Udara Ruangan Dengan Pendingin
4. Lingkungan Udara Ruangan Terbuka Tabel 4.42. Nilai-Nilai Effisiensi Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka
Variasi Besar Sedang Kecil Effisiensi (%) Variasi Laju Aliran Udara Variasi Laju Aliran Air 22.52619 27.11308 27.11308 -15.3607 -37.0204 -23.2112
Pada lingkungan udara ruangan terbuka, nilai kelembaban yang dinaikkan cukup tinggi dan nilai suhu yang diturunkan cukup besar. Tetapi nilai effektivitasnya masih rendah bahkan minus. Hal ini disebabkan karena bila tanpa digunakan proses evaporative cooling, keadaan ruang pengamatan di luar ruangan akan seperti rumah kaca. Keadaan tersebut membuat kondisi udara di dalam ruangan memiliki nilai kelembaban yang jauh lebih rendah daripada lingkungan udara luar
103
dan juga suhu yang jauh lebih tinggi dari lingkungan udara luar. Seperti yang kita ketahui bahwa efek rumah kaca akan membuat udara menjadi lebih panas dan kelembabannya lebih rendah daripada lingkungan normal. Pada variasi laju aliran udara, effektivitas tertinggi ada pada laju aliran udara sedang dengan nilai 27,11% dan pada laju aliran udara kecil nilainya minus yang berarti belum mampu menurunkan suhu hingga melebihi kondisi normal luar ruangan. Pada variasi laju aliran air, penggunaan evaporative cooler hanya effektif pada laju aliran air besar saja, pada variasi lainnya, evaporative cooler belum mampu menurunkan suhu hingga lebih rendah dari suhu lingkungan luar udara terbuka.
95 90 85
THI
80 75 70 65 60 THI depan THI belakang THI depan THI Belakang
Variasi Laju Aliran Udara Variasi Besar Variasi Sedang
Variasi Laju Aliran Air Variasi Kecil
Gambar 4.39. Grafik Nilai-Nilai THI Pada Lingkungan Udara Ruangan Terbuka
104
5. Hasil Analisis Statistik Nilai-Nilai Effisiensi Tabel 4.43. Hasil Analisis Statistik Nilai-Nilai Effisiensi
Lingkungan Ruangan tertutup Ruangan dengan pemanas Ruangan dengan pendingin Ruangan terbuka Nilai F Variasi Laju Aliran Variasi Laju Aliran Udara Air 0.52 15.346 1.463 0.003 20.419 8.364 1.104 3.809 F tabel 5.14 5.14 5.14 5.14
Perbandingan statistik ini dilakukan untuk melihat perbedaan dari nilainilai effisiensi yang dihasilkan pada tiap variasi, baik variasi laju aliran udara maupun laju aliran air. Pada perbandingan tiga variasi laju aliran udara, nilai beda nyata hanya terdapat pada ruangan dengan pendingin dan juga lingkungan udara ruang terbuka. Hal ini dapat dilihat pada tabel 4.43. Dari tabel tersebut dapat kita buktikan bahwa pada kedua kondisi tersebut nilai F hitungnya lebih besar daripada F tabel. Sedangkan untuk variasi laju aliran air, nilai beda nyata hanya terlihat pada lingkungan udara ruang tertutup.
6. Analisis Perbandingan Dari Keempat Macam Lingkungan Nilai effisiensi keempat macam lingkungan berbeda-beda dikarenakan oleh nilai-niai suhu dan kelembaban lingkungan yang berbeda-beda pula. Desain evaporative cooler pada penelitian kali ini ternyata hanya efektif bila digunakan pada lingkungan tertutup atau di dalam ruangan saja. Ketika kita menggunakan proses evaporative cooling ini di luar ruangan hasilnya belum efisien walaupun perubahan kondisi udara yang terjadi lebih besar dari lingkungan yang lainnya. Hal ini disebabkan oleh tingginya suhu udara dan tingginya kelembaban udara
105
luar ruangan dan perubahan yang dicapai belum mampu melebihi kondisi luar ruangan. Dari keempat lingkungan, nilai effisiensi yang paling besar ada pada lingkungan dengan penambahan pendingin. Pada lingkungan ini effisiensi mampu dicapai sebesar 45%, sedangkan untuk nilai effisiensi terendah ada pada lingkungan luar ruangan yaitu sebesar -37,02. Nilai minus ini menunjukkan bahwa suhu ruang pengamatan masih lebih tinggi dari suhu luar ruangan begitu juga dengan nilai kelembabannya yang lebih rendah dari kelembaban luar ruangan. Tabel 4.44. Hasil Analisis Statistik Anova Satu Arah Pada Nilai-Nilai Effisiensi Empat Macam Kondisi Lingkungan
Variasi Qu Variasi Qa F tabel Sig F Sig F Besar 0.066 3.583 0.693 0.493 4.07 Sedang 0.425 1.043 0.001 14.71 4.07 Kecil 0 28.09 0.002 12.043 4.07 Variasi
Hasil analisis statistik anova satu arah pada nilai-nilai effisiensi empat macam kondisi lingkungan pada tabel 4.44 menunjukkan bahwa tidak semua variasi lingkungan mempengaruhi nilai-nilai effektivitas yang berbeda nyata. Terlihat dari tabel bahwa nilai-nilai effisiensi yang berbeda nyata terdapat pada variasi laju aliran udara kecil, variasi laju air sedang dan variasi laju air kecil. Pada variasi yang menunjukkan nilai tidak beda nyata berarti nilai-nilai effisiensinya memang tidak begitu berbeda jauh. Hal ini berarti pada variasivariasi tersebut nilai effisiensinya tidak dipengaruhi secara nyata oleh empat kondisi lingkungan.
106
E. Evaluasi Nilai Temperature Humidity Index (THI) Nilai Temperature Humidity Index (THI) digunakan untuk melihat kenyamanan ternak pada suatu kondisi lingkungan udara. Nilai Temperature Humidity Index jarang digunakan pada manusia, dan kebanyakan hanya pada ternak saja. Seperti yang kita ketahui bahwa tubuh manusia dan ternak dapat mengeluarkan panas dan juga mengeluarkan air (keringat) yang kemudian akan diuapkan ke udara. Keluarnya panas dari tubuh dipengaruhi oleh suhu udara lingkungan sedangkan penguapan air dari tubuh juga dipengaruhi oleh kelembaban udara. Dengan menggunakan THI ini maka akan diketahui tingkat kenyamanan manusia pada lingkungannya yang didasarkan atas kondisi suhu dan kelembaban udara. Nilai Temperature Humidity Index (THI) dihitung dengan menggunakan persamaan 3.15. Tingkat kenyamanan manusia dan ternak berbeda, untuk manusia bila nilai THI 70, maka 10% dari orang merasa tidak nyaman dan pada THI lebih dari 79 100% orang merasa tidak nyaman. Untuk ternak misalnya saja sapi, kenyamanan ternak hanya bila nilai THI kurang dari 72, bila nilai THI lebih dari 72 maka ternak akan mengalami stress dan produksi susunya menurun. Nilai-nilai THI dapat dilihat pada lampiran XI.
107
1. Lingkungan Udara Ruangan Tertutup Tabel 4.45. Hasil Perhitungan THI Pada Lingkungan Udara Ruangan Tertutup
Variasi Laju Aliran Udara Variasi Laju Aliran Air THI depan THI belakang THI depan THI Belakang Besar 75.8298 76.89173 75.495 76.53353 Sedang 75.5574 75.83467 75.819 76.81153 Kecil 75.7134 76.24307 76.2354 76.91793 Variasi
Pada lingkungan udara ruang tertutup, nilai THI ternyata mampu diturunkan dari kondisi yang tidak nyaman untuk manusia (>79) menjadi nyaman untuk manusia (
