Menghitung Aliran Angin.docx

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Balakang Dalam perencanaan dan perancangan sebuah bangunan, tidak dapat dipisahkan dengan perhitungan yang tepat dan akurat. Karena dalam membangun sebuah bangunan banyak hal-hal yang harus diperhatikan, Mulai dari memperhitungkan konstruksi dan struktur sampai faktor-faktor yang mempengaruhi berdirinya bangunan tersebut, terutama faktor-faktor yang langsung dari alam dalam berbagai kondisi dan situasi. Hal ini bertujuan untuk meminimalisir resiko yang akan terjadi pada bangunan sehingga bangunan dapat berdiri kokoh dan bertahan dalam waktu yang lama serta bangunan menjadi efektif dan efisien. Maka dari itu dalam progam studi Arsitektur terdapat mata kuliah fisika bangunan yang nantinya bisa menjadi acuan dalam mendesain serta memperhitungkan struktur dan konstrkuksi serta faktor-faktor yang mempengaruhi berdirinya suatu bangunan. 1.2 Tujuan Penulisan 1.2.1 Untuk mengetahui cara menghitung aliran udara karena perbedaan tekanan angin. 1.2.2 Untuk mengetahui cara menghitung aliran udara untuk membuang panas tanpa memperhatikan volume ruang. 1.2.3 Untuk mengetahui cara menghitung aliran udara untuk membuang panas dengan memperhatikan volume ruang. 1.2.4 Untuk mengetahui cara menghitung aliran udara karena perbedaan suhu udara. 1.2.5 Untuk mengetahui cara menghitung aliran udara yang diakibatkan oleh gabungan tekanan angin dan perbedaan suhu. 1.3 Rumusan Masalah 1.3.1 Bagaimana cara menghitung aliran udara karena perbedaan tekanan angin?

1|Fisika Bangunan

1.3.2 Bagaimana cara menghitung aliran udara untuk membuang panas tanpa memperhatikan volume ruang? 1.3.3 Bagaimana cara menghitung aliran udara untuk membuang panas dengan memperhatikan volume ruang? 1.3.4 Bagaimana cara menghitung aliran udara karena perbedaan suhu udara? 1.3.5 Bagaimana cara menghitung aliran udara yang diakibatkan oleh gabungan tekanan angin dan perbedaan suhu? 1.4 Manfaat Penulisan 1.4.1 Memudahkan mahasiswa arsitektur dalam memahami konsep dan tata cara perhitungan pengaruh dari hal-hal yang terkait dengan aliran udara pada bangunan.

2|Fisika Bangunan

BAB II PEMBAHASAN 2.1 Aliran Udara karena Perbedaan Tekanan Angin Qp (P=preasure) Qp = CvAV m3/dtk Keterangan : Qp = Udara yang mengalir melalui jendela, m3/dtk Cv = Keefektifan bukaan (0,5-0,60 apabila arah datang angin tegak lurus bukaan, 0,25-0,35 apabila arah angin diagonal jendela) A = Luasan efektif jendela atau bukaan, m2 V = Kecepatan angin m/dtk Rumus diatas digunakan untuk kondisi lubang masuk (inlet) dan keluar (outlet) sama luasnya. Bila lubang masuk dan keluar tidak sama, maka Cv perlu dikalikan dengan konstanta proporsional seperti dalam tabel dibawah. Perbandingan luas inlet dan

Perbandingan Pengali Cv

luas inlet dan

Pengali CV

1,00 1,27 1,35 1,38

outlet 1:5 2:1 4:1 4:3

1,40 0,63 0,35 0,86

outlet 1:1 1:2 1:3 1:4 Soal :

Angin datang dengan kecepatan 2 m/dtk tegak lurus bidang jendela. Hitunglah debit udara yang melalui jendela apabila luas efektif jendela inlet dan outlet yaitu 1,5 m2 . Jawab: Luas jendela inlet dan outlet sama. Ai = 1,5 m2 ; A0 = 1,5 m2 V = 2 m/dtk 3|Fisika Bangunan

Cv= 0,55 (ambil nilai rata-rata 0,5 dan 0,6 untuk arah angin datang tegak lurus jendela) Q = CvAV m3/dtk

Rumus

= (0.55)(1,5)(2) m3/dtk = 1,65 m3/dtk 2.2 Aliran Udara untuk Membuang Panas, Q, Tanpa Memperhatikan Volume Ruang Q = H/60Cp ρ (ti-t0)m3/dtk Keterangan : Q = Udara yang dipindahkan m3/dtk H = Panas yang dipindahkan W(W=J/dtk) Cp = Panas jenis udara pada tekanan konstan, 1025 J/kg0C ρ = Berat jenis udara, 1,2 kg/m3

ti = Suhu udara dalam ruangan, ℃ t0= Suhu udara diluar ruangan, ℃ Soal : Hitunglah aliran udara yang diperlukan agar suhu ruang dapat dipertahankan 27 ℃

apabila udara luar 25 ℃

dan didalam rumah

terdapat sumber panas dari dua orang yang bersantai (@150W) dan dua lampu yang mengeluarkan panas masing-masing 100W. Jawab : H = (2)(150W)+(2)(100W) = 500W ti= 27 ℃ to= 25 ℃ CP = 1025 J/kg ℃ ρ = 1,2 kg/m3 Rumus

Q = H/60Cp ρ (ti-t0) m3/dtk

4|Fisika Bangunan

= 500/60(1025)(1,2)(27-25) m3/dtk = 500/147600 m3/dtk = 0,003 m3/dtk Jadi dengan volume aliran udara sebanyak 0,003 m3/dtk sudah cukup untuk mempertahankan suhu ruang agar tetap. Apabila lebih besar dari itu maka suhu udara ruangan akan turun mendekati suhu udara luar.

2.3 Aliran Udara untuk Membuang Panas, Q, dengan Memperhatikan Volume Ruang Q = VN/3600m3/dtk Keterangan: Q = Udara yang dipindahkan m3/dtk V = Volume ruang m3 N = Pergantian udara ruang per jam; N=H/0,33V(ti-t0) H = Panas yang dipindahkan W(W=J/dtk) ti = Suhu udara dalam ruangan, ℃ t0 = Suhu udara diluar ruangan, ℃ Soal : Hitung aliran udara yang diperlukan agar suhu dapat dipertahankan 27 ℃ , apabila udara luar 25 ℃

dan apabila didalam rumah terdapat

sumber panas dari dua orang yang sedang bersantai (@150W) dan dua lampu yang mengeluarkan panas masing-masing 100W. Volume ruang 27 m3. Apabila ruang tersebut memiliki jendela dikedua sisi masing-masing seluas 0,8 m2, hitunglah kecepatan angin yang melalui jendela tersebut. Jawab : H = (2)(150 W) + (2) (100 W) = 500 W ti = 27 ℃

5|Fisika Bangunan

to = 25 ℃ V = 27 m3 A = 0,5 m2 Rumus

N = H/0,33 V(ti- t0) = 500/0,33 (27) (27-25) = 28,06 Q = V N/3600 m3/dtk = (27)(28,06)/3600 m3/dtk = 0,21045 m3/dtk

0,21 m3/dtk

Kecepatan angin yang melewati jendela V = Q/A = 0,21 / 0,8 = 0,26 m/dtk. Walau suhu ruangan dan dipertahankan untuk tidak naik, kecepatan serendah itu (dijendela) tidak akan terasa pada kulit. Agar terjadi penyejukan fisiologis maka diperlukan kecepatan antara 0,5 – 1 m/dtk. Masalahnya , biasanya diiklim tropis lembab kecepatan angin sangat rendah.

2.4 Aliran Udara karena Perbedaan Suhu Udara, Q B(B=buoyancy, daya apung) QB = CAh(ti-t0)m3/dtk Keterangan : QB = Udara yang mengalir melalui bukaan, m3/dtk C = Konstanta proporsi, 0,121 A = Luas bebas bukaan, m2(pakai luasan yang kecil) h= tinggi antara titik tengah bukaan bawah (inlet) dan titik tengah bukaan atas (outlet), m ti = Suhu udara rata-rata didalam ruangan, ℃ t0 = Suhu udara diluar ruangan, ℃

6|Fisika Bangunan

Bila luas inlet dan outlet tidak sama, maka C perlu disesuaikan dengan tabel berikut ini : Perbandingan

Perbandingan

luas inlet dan

Pengali Cv

outlet 1:1 1:2 1:3 1:4

1,00 1,27 1,35 1,38

luas inlet dan outlet 1:5 2:1 4:1 4:3

Pengali CV 1,40 0,63 0,35 0,86

Soal : Hitunglah aliran udara yang terjadi oleh perbedaan suhu diatrium,apabila jarak antara jendela bawah (inlet) dan jendela atas (outlet) 10 m (dihitung dari tengah jendela). Suhu udara dalam ruangan 27 ℃ , udara luar 25 ℃ . luas inlet 1 m2, luas outlet 2 m2.

Jawab : ti = 27 ℃ to = 25 ℃ Ai = 1 m2 Ao = 2 m 2 h = 10 m Lihat tabel, karena Ai : Ao = 1 : 2 maka C perlu dikalikan 1,27 . pada rumus, A diisikan luas permukaan efektif yang berarti dipilih luas bukaan yang kecil. QB = CAh(ti-t0)m3/dtk = (0,121) (1,27) (1)(10) (27-25) m3/dtk = 3,0734 m3/dtk

3,1 m3/dtk

Kecepatan angin yang melewati jendela bawah V = Q/A = 3,1 /1 = 3,1 m3/dtk 2.5 Aliran Udara yang Diakibatkan oleh Gabungan Tekanan Angin dan Perbedaan Suhu

7|Fisika Bangunan

Q = [QP2 + QB2]0,5 Keterangan : QP = Aliran angin oleh perbedaan tekanan m3/dtk QB = Aliran angin oleh perbedaan suhu m3/dtk Soal : Angin datang dengan kecepatan 2m/dtk tegak lurus bidang jendela dan luas efektik jendela inlet dan outlet 1 m2. jika suhu udara dalm ruangan 27 ℃ , udara luar 25 ℃ . Hitunglah aliran udara yang mengalir pada jendela , apabila jarak antara jendela bawah (inlet) dan jendela atas (outlet) 15 m (dihitung dari tengah jendela).

Jawab : V= 2 m/dtk (tegak lurus) Ai = 1 m2 Ao = 1 m 2 ti = 27 ℃ to = 25 ℃ h = 15 m Rumus

Qp = CvAV

QB = CAh(ti-t0)

= (0,55) (1) (2)

= (0,121) (1) (15) (27 - 25)

= 1,1 m3/dtk

= (0,121) (15) (2) = 3.63 m3/dtk m3/dtk

Q = [QP2 + QB2]0,5 = [(1,1)2 + (3,63)2] 0,5 = [(1,1) + (3,63) ] = 4,73 m3/dtk BAB III PENUTUP

8|Fisika Bangunan

3.1 Kesimpulan 3.1.1

Aliran udara karena perbedaan tekanan angin dapat dihitung dengan menghitung beberapa aspek antara lain keefektifan bukaan (melihat arah datang angin pada jendela), luasan efektif jendela dan kecepatan angin yang melalui jendela.

3.1.2

Aliran udara untuk membuang panas tanpa memperhatikan volume ruang dapat dihitung dengan membagi nilai panas yang dipindahkan dengan panas jenis udara pada tekanan konstan, berat jenis udara dan perbedaan suhudidalam dan diluar ruangan.

3.1.3

Aliran udara untuk membuang panas dengan memperhatikan volume ruang dapat dihitung dengan memperhitungkan volume ruang dan pergantian udara ruang per jam.

3.1.4

Aliran udara karena perbedaan suhu udara dapat dihitung dengan memperhitungkan konstanta proporsi, luas bebas bukaan, tinggi antara titik tengah bukaan bawah (inlet) dan titik tengah bukaan atas (outlet) dan perbedaan suhu didalamdan diluar ruangan.

3.1.5

Aliran udara yang diakibatkan oleh gabungan tekanan angin dan perbedaan suhu dapat dihitung dengan memperhitungkan aliran angin oleh perbedaan tekanan dan perbedaan suhu.

Daftar Pustaka

9|Fisika Bangunan

Satwiko, Prasasto. 2008. Fisika Bangunan. Andi Offset: Yogyakarta.

10 | F i s i k a B a n g u n a n