Kalkulator Ukuran Saluran Udara

Penentuan ukuran saluran yang tepat sangat penting untuk kinerja sistem HVAC.

• Saluran yang terlalu kecil membatasi aliran udara, mengurangi efisiensi, dan meningkatkan kebisingan.
• Saluran yang terlalu besar membuang-buang material dan dapat menyebabkan stratifikasi udara.

• Pasokan utama perumahan: 700-900 FPM
• Saluran cabang: 600-700 FPM
• Udara kembali: 500-700 FPM

Sistem komersial dapat menggunakan kecepatan yang lebih tinggi namun dengan peningkatan kebisingan dan gesekan.

Saluran bundar memiliki luas permukaan 27% lebih kecil daripada saluran persegi panjang yang setara, sehingga menghasilkan kehilangan gesekan dan biaya material yang lebih rendah.

Gunakan persegi panjang saat ruang terbatas, dengan mempertahankan rasio aspek di bawah 4:1.

Untuk menghitung ukuran saluran udara (duct), bagilah aliran udara yang diperlukan dengan kecepatan udara target untuk menemukan luas penampang, lalu ubah luas tersebut menjadi diameter.

Dalam satuan yang konsisten, Luas = CFM ÷ Kecepatan, di mana CFM adalah kaki kubik per menit dan kecepatan adalah kaki per menit (FPM), sehingga menghasilkan luas dalam kaki persegi. Untuk saluran bundar, Diameter = √(4 × Luas ÷ π), dan dikalikan dengan 12 untuk mengubah kaki menjadi inci.

Contoh: 400 CFM pada 700 FPM menghasilkan Luas = 400 ÷ 700 = 0,571 kaki persegi, jadi D = √(4 × 0,571 ÷ π) = 0,853 kaki ≈ 10,2 inci, dibulatkan ke ukuran standar saluran 10 inci.

Metode kecepatan ini sejalan dengan prosedur desain saluran Buku Panduan ASHRAE.

Penentuan ukuran saluran di Amerika Utara menggunakan satuan HVAC imperial, sehingga memahaminya dapat mencegah kesalahan yang merugikan.

• Aliran udara diukur dalam kaki kubik per menit (CFM)
• kecepatan dalam kaki per menit (FPM)
• dimensi saluran dalam inci
• kehilangan gesekan dalam inci kolom air (in. w.c.) per 100 kaki

Dalam satuan SI yang ditetapkan oleh BIPM dan NIST, aliran udara adalah meter kubik per detik (m³/s), kecepatan adalah meter per detik (m/s), dimensi adalah milimeter, dan tekanan adalah pascal (Pa).

Konversi yang berguna:

• 1 CFM ≈ 0,000472 m³/s
• 1 FPM ≈ 0,00508 m/s
• 1 in. w.c. ≈ 249 Pa

Selalu jaga konsistensi satuan panjang, karena mencampur kaki dan inci adalah sumber kesalahan ukuran yang paling umum.

Saluran persegi panjang dicocokkan dengan saluran bundar menggunakan rumus diameter ekuivalen sehingga keduanya membawa aliran udara yang sama pada kehilangan gesekan yang sama.

Hubungan Huebscher, yang diterbitkan dalam Buku Panduan ASHRAE, adalah De = 1,30 × (a × b)^0,625 ÷ (a + b)^0,250, di mana a dan b adalah sisi saluran persegi panjang dan De adalah diameter bundar ekuivalen (semuanya dalam satuan yang sama).

Untuk saluran 8 × 8 inci: (64)^0,625 ≈ 13,45 dan (16)^0,250 = 2,0, jadi De ≈ 1,30 × 13,45 ÷ 2,0 ≈ 8,74 inci, mendekati ukuran bundar 9 inci.

Karena diameter ekuivalen bukan sekadar lebar dikali tinggi, selalu tentukan ukuran saluran persegi panjang berdasarkan De, bukan luas mentah.

Kehilangan gesekan adalah tekanan yang harus diatasi oleh blower untuk mendorong udara melalui saluran, dan ini memengaruhi penggunaan energi kipas.

Perkiraan yang banyak digunakan untuk baja galvanis adalah Δp per 100 kaki ≈ 0,109136 × Q^1,9 ÷ D^5,02, di mana Q adalah aliran udara dalam CFM dan D adalah diameter dalam inci, menghasilkan satuan inci kolom air.

Total tekanan statis sistem menjumlahkan:

• gesekan saluran
• kehilangan fitting
• resistansi peralatan

Sebagian besar blower perumahan dinilai mendekati 0,5 in. w.c. total statis eksternal. Perancang umumnya menargetkan 0,08–0,10 in. w.c. per 100 kaki menggunakan metode gesekan sama (equal-friction) yang dijelaskan dalam literatur ASHRAE.

Tingkat gesekan yang lebih rendah berarti saluran yang lebih besar tetapi menghasilkan aliran udara yang lebih tenang, lebih efisien, dan mengurangi daya motor yang tersedot.

Penentuan ukuran saluran muncul di hampir setiap proyek pemanasan dan pendinginan. Aturan praktisnya adalah sekitar 400 CFM per ton pendinginan, sehingga sistem 3 ton membutuhkan total sekitar 1.200 CFM.

Pada 800 FPM, saluran utama memerlukan luas = 1.200 ÷ 800 = 1,5 kaki persegi, menghasilkan D = √(4 × 1,5 ÷ π) ≈ 1,382 kaki ≈ 16,6 inci, jadi saluran utama berukuran 16–18 inci.

Saluran balik dibuat lebih besar dengan kecepatan lebih rendah untuk mengurangi kebisingan di dekat kisi-kisi udara.

Kontraktor mengikuti standar konstruksi ACCA Manual D dan SMACNA untuk sistem perumahan, sementara metode ASHRAE mengatur bangunan komersial, laboratorium, dan sistem ventilasi yang memerlukan kecepatan lebih tinggi serta penyeimbangan yang ketat.

Bahan saluran mengubah kekasaran internal, sehingga aliran udara yang sama mungkin memerlukan saluran yang lebih besar tergantung pada bahan pembuatannya.

• Logam lembaran galvanis halus adalah garis dasarnya.
• Saluran fleksibel (flex duct) memiliki bagian dalam yang bergelombang yang meningkatkan kehilangan gesekan sekitar 50–100 persen, sehingga ukurannya harus diperbesar 1–2 inci atau dibuat pendek dan ditarik sepenuhnya.
• Papan saluran fiberglass (fiberglass duct board) berada di antara keduanya, menawarkan insulasi bawaan tetapi permukaan yang lebih kasar daripada logam telanjang.

Hubungan Darcy–Weisbach, yang dijelaskan oleh HyperPhysics (Universitas State Georgia), menunjukkan penurunan tekanan meningkat seiring dengan faktor gesekan, sehingga dinding yang lebih kasar membutuhkan daya kipas yang lebih besar.

Selalu sesuaikan asumsi tingkat gesekan Anda dengan bahan aktual untuk menghindari ukuran yang terlalu kecil.

• Kesalahan yang paling sering terjadi adalah mencampurkan satuan, seperti membiarkan kecepatan dalam FPM sementara memperlakukan luas sebagai inci persegi, yang membuat ukuran diameter meleset dengan faktor 144.
• Kesalahan lainnya adalah menentukan ukuran saluran persegi panjang berdasarkan luas mentah alih-alih diameter ekuivalen, yang membuat saluran berasio aspek tinggi menjadi terlalu kecil. Jaga rasio aspek di bawah 4:1, karena saluran yang lebih datar menambah luas permukaan dan gesekan.
• Mengabaikan kekasaran saluran fleksibel atau lapisan yang tidak ditarik secara maksimal secara rutin akan membuat cabang kekurangan pasokan udara.
• Perancang juga sering lupa menambahkan kehilangan fitting dan peralatan ke total tekanan statis, sehingga membebani blower secara berlebihan.
• Terakhir, membuat ukuran terlalu besar demi keamanan justru menyebabkan kecepatan rendah, jangkauan tiupan buruk, dan endapan debu.

Verifikasi hasil terhadap panduan ACCA Manual D dan tabel gesekan ASHRAE sebelum pemasangan.

Jika saluran sudah terpasang, Anda dapat bekerja secara terbalik untuk memeriksa aliran udara dan kecepatan.

Pertama, cari luas penampang: untuk saluran bundar, Luas = π × (D ÷ 2)², dan untuk persegi panjang, Luas = lebar × tinggi, ubah inci ke kaki dengan membaginya dengan 144. Kemudian Kecepatan (FPM) = CFM ÷ Luas, atau jika dibalik, CFM = Kecepatan × Luas.

Contoh: saluran bundar 10 inci memiliki Luas = π × (5)² = 78,5 inci persegi = 0,545 kaki persegi; pada pengukuran 700 FPM saluran tersebut mengalirkan CFM = 700 × 0,545 ≈ 382 CFM.

Membandingkan ini dengan pedoman kecepatan dari ASHRAE dan prinsip aliran fluida Khan Academy akan mengungkap apakah suatu saluran ukurannya terlalu kecil, sudah pas, atau bising.