Audit Ene Audit Energi rgi Chi Chillller er Model RTAA di PT. Kimia Farma Bandung TUGAS AKHIR CETRA DIAH PALUPI PALUPI RENG GANIS 03221011
Pendahuluan Proses Pengkondisian udara adalah proses pendinginan udara untuk mendapatkan temperatur dan kelembaban yang diharapkan terhadap kondisi udara pada ruangan. Sistem pengkondisian udara yang banyak digunakan adalah sistem kompresi uap. Dalam studi kasus ini menggunakan mesin pendingin AC Chiller Model RTAA jenis Rotary Liquid Chiller di PT. Kimia Farma Bandung.
Chiller Chiller adalah suatu sistem pendingin yang digunakan untuk mendinginkan air. Komponenkomponen utamanya adalah kompresor, kondensor, katup ekspansi dan evaporator. Mesin chiller berfungsi untuk mendinginkan air, kemudian air tersebut digunakan untuk menyerap kalor dari udara di dalam ruangan.
Berikut adalah bagan HVAC di PT. Kimia Farma Plant Bandung.
Chiller di PT. Kimia Farma Chiller yang digunakan di PT. Kimia Farma menggunakan sistem Air Cooled Rotary Liquid Chiller.
Chiller yang digunakan di PT. Kimia Farma berjumlah dua buah dengan spesifikasi sebagai berikut Chiller 1
Chiller 1
Type of use
: out door
Type of use
: out door
Model number
: RTAA 130 KXUQIA 0000
Model number
: RTAA 130 KXUQIA 0000
Serial number
: U 02A07642
Serial number
: U 02A07642
Fan motor : 400 Volt, 50 Hz Design pressure
: high side 450
Fan motor : 400 Volt, 50 Hz Design pressure
low side 300
low side 300
Refrigerant
: R-22
Volt
: compresor motor 1 : 400V, 50Hz, 3fasa, 122 RLA 211 YLRA X-L LRA 638 compresor motor 2 :
400V, 50Hz, 3fasa, 122 RLA 211 YLRA X-L LRA 638 Evaporator heater 220V AC, 60Hz,1fasa, 420VA
: high side 450
Refrigerant
: R-22
Volt
: compresor motor 1 : 400V, 50Hz, 3fasa, 122 RLA 211 YLRA X-L LRA 638 compresor motor 2 :
400V, 50Hz, 3fasa, 122 RLA 211 YLRA X-L LRA 638 Evaporator heater 220V AC, 60Hz,1fasa, 420VA
Data dan Perhitungan Parameter pengukuran : Pengambilan data dibagi dalam dua bagian yaitu Data awal Data rinci
Data Awal Bisa menggunakan data historis perusahaan atau bisa juga data yang didapatkan dari hasil pengukuran/pengamatan. Data awal diperlukan untuk menghitung Coefficient of Performance (COP). Parameter yang diperlukan : Temperatur air masuk evaporator Temperatur keluar evaporator Tekanan air masuk evaporator Tekanan air keluar evaporator Arus listrik masuk kompresor
Data Rinci Data ini diperlukan untuk menghitung kesetimbangan energi (energy balance) dari masing-masing komponen utama chiller. Komponen yang dianalisa kesetimbangan energinya adalah evaporator, kompresor dan kondensor. Parameter yang diperlukan yaitu : Temperatur udara masuk (dry bulb) kondensor Temperatur udara masuk (wet bulb) kondensor Temperatur udara keluar (dry bulb) kondensor Laju massa udara yang melewati kondensor Temperatur refrigerant masuk evaporator Temperatur refrigerant masuk kompresor Temperatur refrigerant masuk kondensor
Perhitungan Perhitungan pada tanggal 27 Juli 2006 pukul 13.00 WIB: Pelepasan kalor di evaporator Entering Chiller Water Temperature (ECWT) : 11ᴼC Leaving Chiller Water Temperature (LCWT) : 8ᴼC Entering Ciller Water Pressure (ECWP)
:176,5197 kPa
Leaving Chiller Water Pressure (LCWP)
:2 07,2368 kPa
Cp pada 14,5ᴼC
: 4,1955 kJ/kg. ᴼC
Ρ pada 14,5ᴼC
:0,9992 kg/L
Air Sejuk
Laju aliran (ύ) dicari dari Pressure Drop (PD) pada manual book chiller berkapasitas 125 yaitu sebesar 205 GPM=55916,93 L/h
Laju aliran massa didapatkan dari hasil perkalian antara rapat massa air dengan laju aliran m
= ύ . Ρ = 55916,93 L/h . 0,9992 kg/L = 55872,20 kJ/h
qcv
= m . Cp .∆t = 55872,20 kJ/h . 4,19955 kJ/kg.ᴼC . 3ᴼC = 703235,40 kJ/h = 195,34 kW
Daya Kompresor Motor yang digunakan kompresor adalah motor 3 fasa, jadi untuk mencari daya kompresor digunakan rumus dibawah ini
=
3
=
3 . 380 .110,9 .0,85
= 62330 Watt = 62,33 kW
=
=
, ,
= 3,13
Analisis 1.
Perbandingan kondisi mesin
Perbandingan kondisi mesin yang dianalisis hanya satu hari yaitu tanggal 27 Juli 2006. data standar mengacu pada manual book Air-Cooled Series R TM Rotary Liquid Chiller Model RTAA 70 to 125 Tons, Agustus 2002. Coefisien of Performance (COP) Dari grafik diatas dapat dilihat penurunan COP actual dengan COP standar, COP standar sebesar 3,5. COP actual terkecil sebesar 3,13 terjadi pada pukul 14:00 WIB sedangkan COP actual terbesar terjadi pada pukul 14:30 WIB sebesar 3,27. Penurunan COP dipengaruhi oleh q cv dan Pkomp
Evaporator Penyerapan kalor di evaporator (qcv) actual menurun dari kondisi awal (standar) saat commissioning dari 200,4 kW menjadi 195,34 kW
Kompresor
Dari grafik dapat dilihat bahwa P komp actual naik dari Pkomp standar, Pkomp standar sebesar 53,7 kW. Pkomp terkecil sbesr 59,66 kW terjadi pada. Hal ini disebabkan karena efisiensi dari motor kompresor menurun. Dari grafik di atas terjadi kenaikan efisiensi motor kompresor dari kondisi awal.
COP vs Pkomp
Dari grafik di atas dapat didimpulkan bahwa COP berbanding terbalik dengan Pkomp. COP terbesar yaitu 3,27 dengan P komp sebesar 59,66 kW sedangkan COP terkecil yaitu 3,13 dengan Pkomp sebesar 62,33 kW. Mesin chiller PT. Kimia Farma mempunyai q cv yang stabil, jadi untuk memperbaiki COP efisiensi motor kompresor harus diperbaiki sehingga mendekati kondisi awal.
2. Kesetimbangan Energi
Dari gambar di atas terjadi tiga proses, yaitu kerja masuk kompresor (Win), penyerapan kalor di evaporator (qin) dan pelepasan kalor dari kondensor (qout) ke lingkungan. Dari ketiga proses tersebut maka dapat dicari kesetimbangan energy pada mesin chiller.
Pelepasan Kalor Chilled Entering Air Temperature (CEAT)
: 30ᴼC
Chilled Entering Air Temperature wet-bulb (CEATwb)
: 23ᴼC
Chilled Leaving Air Temperature (CLAT)
: 44ᴼC
Pressure air : 75 cmHg = 0,9999178 bar
= 0,662
;()
=
, ,;,
= 0,017985
; : ;()
=
;() , ;, :,(,;,)
=
,;,
= =
()
,:
=
=
, (,)
, ,
,:,
= 0,020749
= 0,03228
= 0,76032 = 76,03%
= =
=
=
,.
()
, / ,
,
=
= 0,86964/
= 0,0011498/
Laju aliran didapat dari perkalian antara kecepatan udara pada permukaan total fan (A) Laju aliran volume(Q)
= v.A = v. =9,9m/s . 3,14(0,762) 2m2 =18,07 m3/s =65.052.000 L/h =Q.ρ
Laju aliran massa (m)
=65.052.000 L/h . 0,0011498kg/L =74.803 kg/h
= − + ( − = 74803/
,;,
= 1.169.711,30 / = 324,92
+ 0,020749 2583,2 − 2556,3 /
Kesetimbangan Energi Energi input
= Energi output
Pkomp + Qcv = Qcn + Losses 62,33kW+195,34kW = 324,92 kW Idealnya nilai antara energy input dan output harus sama. Pada kondisi actual terdapat perbedaan yaitu sebesar 67,25 kW.
P-h Diagram
Dari P-h diagram dapat dihitung besaran penting dalam siklus kompresi uap : Kerja kompresi
Efek Refrigerasi
Merupakan perubahan entalpi pada proses 1-2 ,yaitu h1-h2
Merupakan kalor yang dipindahkan pada proses 4-1, yaitu h1-h4
= 1 − 2
= 1 − 4
=
kJ kg
−
kJ
=
kg
−
= −226/
= −38/ Perbedaan entalpi merupakan besaran negatif. Besaran ini menunjukkan bahwa kerja diberikan pada sistem Laju pengeluaran kalor Merupakan perpindahan panas dari refrigeran pada proses 2-3, yaitu h3-h2
−
Laju Alir massa Kapasitas refrigerasi didapatkan dari manual book yaitu sebesar 60 Ton Refrigeran atau sama dengan 211kW
=
= 3 − 2 =
= −264/ Harga h3-h2 negatif menunjukkan bahwa kalor dilepas dari
/
= 0,9336/
Coeficient of Performance (COP) internal
= =
; ; ; / ; /
=
/ /
= 5,9
Efisiensi kompresi
ŋ = ŋ =
) ( )
(
; ;
100% =
; ;
100%
100% = 28,95%
Kesimpulan Mesin chiller di PT. Kimia Farma menggunakan udara sebagai pendingin mesin dan air sebagai media untuk mendinginkan udara di AHU. Dari hasil perhitungan dapat disimpulkan bahwa kondisi mesin sekarang menurun dibandingkan kondisi mesin pada saat commissioning. Hal ini terlihat dari perhitungan Coeficient of Performance(COP). COP actual mesin pada tanggal 27 Juli 2006 sebesar 3,13 – 3,27 sedangkan COP standar sebesar 3,5. Penurunan kinerja disebabkan oleh turunnya pelepasan kalor yang terjadi di evaporator dari 200,4 kW menjadi 195,34 kW, dan kenaikan daya input motor kompresor dari 57,3 kW menjadi 59,66 kW-62,44 kW. Kenaikan daya input kompresor berate penurunan efisiensi motor kompresor. Nilai Qcv hasil perhitungan didapatkan konstan, ini diakibatkan oleh temperatur ruangan yang diatur konstan yaitu sebesar 18 C
Dari hasil kesetimbangan energi didapatkan losses sebesar 67,25 kW. Efisiensi kompresi actual didapat sebesar 28,95%. Penurunan efisiensi kompresi diakibatkan gesekan pada permukaan-permukaan yang bersentuhan dengan bagian yang bergerak.
