Chiller - Air Conditioning
1.1
Pengertian Chiller Chiller atau mesin refrigerasi adalah peralatan yang biasanya menghasilkan media
pendingin utama untuk bangunan gedung, dengan mengkonsumsi energi secara langsung berupa energi listrik, termal atau mekanis, untuk menghasilkan air dingin (chilled water) dan membuang kalor ke udara (atmosfir) melalui menara pendingin (cooling tower) atau kondensor. Fungsi Chiller dalam sistem tata udara adalah mendinginkan media air, dimana air disinggungkan pada bagian evaporator chiller. Air kemudian dialirkan ke AHU (Air Handling Unit) untuk diambil dinginnya dan dihembuskan ke ruangan. Pada Chiller terdapat beberapa parameter yang menunjukkan unjuk kerjanya, antara lain; suhu air masuk (inlet) ke evaporator dan suhu air keluar (outlet) dari evaporator, tekanan discharge, serta tekanan suction. Dengan pembacaan suhu inlet dan outlet maka dapat ketahui kapasitas atau kemampuan chiller untuk mendinginkan air. Pembacaan tekanan discharge dan tekanan suction untuk mengetahui konsumsi refrigerator pada chiller tersebut dan juga untuk mengetahui apabila terjadi kekurangan atau kelebihan tekanan akibat adanya anomali tertentu. http://www.scribd.com/doc/77315189/Chiller
Komponen-komponen dasar dari water chiller system antara lain kompresor, pendingin air (evaporator), kondenser, motor penggerak kompresor, alat pengatur aliran refrigerant dan panel kontrol. Komponen-komponen penunjang lain diantaranya adalah receiver, intercooler/subcooler, pendingin pelumas (oil cooler), oil separator, pompa oli dan alat-alat pengaman. Mesin utama dari sebuah chiller adalah kompresor, dan jenis-jenis kompresor yang umumnya digunakan adalah :
1.2
Kompresor Piston (Reciprocating compressor)
Kompresor Kisar (Rotary compressor)
Kompresor Ulir (Screw compressor)
Kompresor Sentrifugal (Centrifugal compressor)
Prinsip Kerja Chiller Siklus refrigerasi dari water chiller system secara sederhana. Air masuk kedalam
cooler (evaporator) dan didinginkan oleh cairan refrigerant yang menguap pada temperatur rendah. Uap refrigerant dihisap masuk ke kompresor dan tekanannya dinaikkan sehingga dapat mencair kembali pada temperatur tinggi di kondenser. Pada proses ini temperatur medium pendingin kondenser (air atau udara) mengalami kenaikan. Refrigerant cair tersebut kemudian mengalir ke evaporator melalui alat kontrol refrigerant (katup ekspansi) dan siklus terus berulang seperti semula.
1.3
Jenis-Jenis Chiller
1.2.1 Berdasarkan sistem pendinginan 1. Air Cooled Chiller
Mesin refrigerasi dengan pendinginan udara (air cooled chiller), pada prinsipnya hampir sama dengan split duct AC, tetapi dalam ukuran besar. Unit mesin ini pada umumnya berada diatas atap beton dari sebuah bangunan. Komponen utama dari 1 unit ACC adalah 2 kompresor atau lebih, dengan katup ekspansi dan evaporator berada dalam unit utama, termasuk kondensornya. Evaporator mendinginkan air dan air dingin disirkulasi kesetiap tingkat melalui alat pengatur udara (air handling unit) atau disingkat AHU. Dari AHU dengan blower besar menyalurkan udara dingin, yang diperoleh dari hembusan melalui pipa-pipa aliran air dingin unit utama diatas, keruangan yang akan dikondisikan. Udara dingin yang masuk kedalam ruangan dari AHU ini diatur dengan diffuser yang ada disetiap ruangan, Atau kadangkadang dengan pipa-pipa langsung keruangan melalui alat kipas koil (Fan coil unit) atau disingkat FCU. Dalam desain gedung, bila menggunakan air cooled chiller perlu diperhatikan lokasi dan luas atap beton untuk penempatan unit-unit chillernya. Yang sering kurang diperhatikan dalam desain atap untuk air cooled chiller adalah akses untuk pemeliharaan unit tersebut. Ada kalanya terjadi perubahan desain dari water cooled chiller ke air cooled chiller, karena terutama masalah waktu instalasi ataupun keadaan air setempat.
2. Water Cooled Chiller
Mesin refrigerasi dengan pendinginan air (water cooled chiller), pada prinsipnya hampir sama dengan Mesin refrigerasi pendinginan udara (air cooled chiller) dalam distribusi udara dingin melalui AHU atau FCU. Perbedaan utamanya adalah pendinginan refrigerannya, bukan dengan udara, tetapi dengan air, dimana airnya didinginkan melalui menara air atau cooling tower. Prinsip kerja dari mesin Water chiller ini adalah mendinginkan suatu media yang menghasilkan panas dengan cara di aliri air yang dingin, sehingga melalui air ini panas bisa di redam sesuai dengan kemampuan mesin & temperature yang diharapkan. Air dingin dari mesin Water chiller ini di pompa menuju media yang di dinginkan, seperti Matras Mesin moulding, Transformator, SCR Tig Welding Dll. setelah melewati Media yang di kehendaki, air kembali menuju ke bak pendinginan untuk di dinginkan oleh evaporator. di dinginkan dalam bak oleh evaporataor, air kembali di pompa menuju media yang dikehendaki. Water chiller mulai dengan cairan dijalankan melalui kompresor, yang menyebabkan cairan untuk bepergian bersama sistem perpipaan dan menyerap panas dari sumber yang dikehendaki. Hal ini kemudian pergi ke evaporator, di mana ia berubah menjadi gas dan menyebarkan panas ke atmosfer. Kemudian berjalan melalui kondensor, yang mengubah kembali menjadi cair dan mengirimkannya kembali ke kompresor.Perangkat metering digunakan untuk mengatur aliran air dan suhu kontrol. Siklus kompresi uap dapat menangani sampai dua ratus ton cairan pada satu waktu, dan dapat mendinginkan mesin besar atau kondisioner rumah tangga tunggal udara. Mesin refrigerasi dengan pendinginan air, pada umumnya ditempatkan dalam lantai bawah (basement) suatu bangunan. Dalam desain yang perlu diperhatikan adalah ventilasi keruangan chiller harus dihitung dengan baik, agar ruangan tersebut jangan menjadi “neraka” bagi pengerjanya
Perbedaan antara Air Cooled Chiller dan Water Cooled Chiller. Air Cooled Chiller :
Efisiensi rendah
Waktu pemasangan cepat.
Biaya perawatan rendah. Water Cooled Chiller :
3.
Effisiensi tinggi
Waktu pemasangan lebih lama.
Biaya perawatan tinggi.
Absorption Chiller.
Salah satu cara tertua untuk melakukan pendinginan suatu ruangan secara mekanis adalah teknologi absorbsi (absorption technology). Kelihatan tak masuk akal dengan membakar sesuatu untuk menghasilkan pendinginan, tetapi hal itu yang terjadi dalam suatu chiller absorpsi. Teknologi absorbsi ini sebenarnya mudah pengoperasiannya maupun pemeliharaannya, tetapi pada masa kini teknologi ini mulai hampir tidak digunakan karena tidak fleksibel penggunaannya. Refrigeran yang digunakan oleh chiller jenis ini adalah sebenarnya air, karena perubahan fase yang terjadi dan yang memberi dampak pendinginan adalah melalui media air. Fluide kedua yang mengatur proses ini adalah garam, yang dikatakan sebagai Litium Bromida (lithium bromide). Panas dibutuhkan untuk memisahkan
kedua fluida ini, yang kemudian dipertemukan kembali dalam lingkungan yang hampir vakum. Air ini mengalami perubahan fase pada waktu dicampur kembali dengan garam pada suhu yang sangat rendah. (pada tekanan atmosfir yang normal, air menguap pada suhu 212F, dalam suatu alat absorbsi, air menguap cukup dingin untuk menghasilkan air dingin pada 46F. Karena suhu air dingin yang dihasilkan oleh chiller absorbsi paling rendah adalah 46F, maka chiller jenis ini tidak dapat digunakan dalam penerapan refrigerasi dengan suhu rendah. Peralatan tata udara dengan Sistem absorbsi ini sebenarnya sangat efisien dan pemeliharaanya mudah, tetapi bila ada kerusakan pada peralatan ini perbaikannya memerlukan waktu lama dan biaya yang besar. Bahkan untuk kerusakan tertentu, maka seluruh unit tidak dapat difungsikan kembali. Ini menyebabkan penggunaan peralatan pengkondisian udara dengan sistem absorbsi ini kurang diminati. http://www.scribd.com/doc/56719769/Makalah-Chiller (Diakses tanggal 16/11/2012, 20:15)
1.2.2 Berdasarkan jenis kompressor 1.
Reciprocating Water Chiller Water chiller dengan kompresor jenis reciprocating (torak) sangat luas pemakaiannya,
karena mempunyai rentang yang lebar dari 20 TR sampai dengan 400 TR. Kompresor torak adalah resin dengan perpindahan positif, gas diisap masuk kedalam silinder dan langsung dikompresikan sehingga dapat mengalirkan volume refrigerant dengan laju yang konstan pada rentang tekanan yang lebar. Ada tiga tipe kompresor torak yang umum digunakan pada water chiller yaitu: a. Fully Hermetic b. Semi Hermetic
c. Direct-drive Open Refrigerant yang umum dipakai adalah R-12 dan R-22 Karakteristik Performansi Hal yang khusus pada kompresor torak adalah karakteristik kenaikan tekanan versus kapasitas. Kenaikan tekanan kecil pengaruhnya terhadap kenaikan laju aliran volume dari kompresor dan dengan demikian Reciprocating Water Chiller tetap berada disekitar kapasitas pendinginan
penuh
walaupun
bekerja
diatas
temperratur
wet-bulb
perencanaan.
Reciprocating water chiller cocok untuk pemakaian kondensor berpendingin udara (Air Cooled Condenser) dan sistem refrigerasi temperatur rendah. Metode pengontrolan kapasitas dari kompresir reciprocating dilakukan dengan cara sebagai berikut : a. Unloading of Compresor Cylinder b. On-off siklus kerja kompresor c. Hot-gas bypass d. Compresor speed control e. Kombinasi darisemua cara diatas.
Bagian-bagian Reciprocating Water Chiller Water Chiller ini terdiri dari : o Kompresor torak (Reciprocating Compressor) o Cooler (Evaporator) o Water Coled Condenser o Thermostatic Expansion Valve o Control Box
Mekanisme kerja dari masing-masing komponen dijelaskan sebagai berikut;
a. Kompresor Gas refrigerant dan evaporator dihisap masuk kedalam Kompresor dan mengalami proses kompresi sehingga tekanan dan temperaturnya naik, kemudian mengalir ke kondenser. b. Kondenser Didalam kondenser terjadi proses pekepasan kalor dari gas refrigerant ke medium pendinging kondenser (air), sehingga refrigerant mengalami perubahan fasa dari fas agas ke fasa cair sedangkan temperatur air pendingin setelah keluar kondenser naik c. Cooler (evaporator)
Refrigerant cair dari kondenser mengalir masuk ke cooler (evaporator) setelah mengalami ekspansi di katup ekspansi. Pada waktu masuk cooler temperatur dan tekanan refrigerant turun dalam fasa campuran. Kemudian refrigerant menguap pada temperatur rendah sambil menyerap kalor dari air dingin, fasa refrigerant seluruhnya menjadi uap dan dihisap kembali kedalam kompresor. d. Katup Ekspansi Refrigerant yang kelur dari kondenser dalam keadaan fasa cair dengan temperatur dan tekanan yang tinggi. Pada saat masuk kedalam katup ekspansi terjadi proses penurunan tekanan refrigerant sehingga refrigerant dapat menguap (sambil menyerap kalor) pada temperatur rendah didalam cooler. e. Pengontrol
Freeze Protection Thermostat
Sensor alat ini mendeteksi temperatur air dingin yan keluar dari cooler. Bila temperatur air dingin terlalu rendah, lebih rendah dari set point thermostat, kontroler akan mematikan kompresor. Pada umumnya tempratur air dingin keluar dari cooler adalah pada rentang 4-10 oC
Oil Pressure Cut Off
Kontroler ini akan mematikan motor kompresor jika perbedaan antara Suction Kompresor dan Discharge Pompa Oli berada dibawah harga minimum yang aman. Pada umumnya switch kontroler akan membuka (open) jika harga differensialnya sekitar 10 psi dan kaan menutup kembal jika naik sekitar 15 psi.
High & Low Pressure Cut Off
High pressure switch akan mematikan motor kompresor sebelum tekanan Discharge kompresor mencapai harga setting relief valve. Low Pressure Switch akan mematikan motor kompresor sebelum tekanan cooler (evaporator) mencapai harga yang bersesuaian dengan temperatur refrigerant 32oF. sebagai contoh untuk sistem yang menggunakan R-12 akan menutup pada posisi 50 psi dan akan membuka pada 33 psi.
Capacity Control
Fungsi dari Kontrol kapasitas ssitem adalah untu mengatur kapasitas pemompaan refrigerant dari kompresor secara otomatis yang disesuaikan dengan beban peningin yang ada. Sensor dari alat ini mendeteksi temperatur air dingin yang masuk kecooler.
Sinyal darisensor masuk ke arangkaian Kontroler. Jika tempratur air dingin berada di bawah/atas setpoint thermostat, kontroler akan mengatur bukanan selenoid valve yang selanjutnya secara sekuensial akan mengatur pembebanan dari satu atau dua set slilinder kompresor
f. Compresr Crankoase Chiller Fungsi dari Cranckoase Oil Heater adalah untuk memepertahankan konsentrasi refrigerant didalam conckrase pada batas minimum yang disyarakan untuk kompresor. Cranckase Heater ini harus terus menerus hidup, baik kompresor dalam ekadaan operaso maupun dalam keadaan sedang tidak jalan.
4.
Centrifugal Water Chiller
Kompresor sentrifugal adalah tipe non-positive displacement, yaitu gas yang diisap masuk ke kompresor dipercepat alirannya oleh sebuah impeller yang kemudian mengubah energi kinetik untuk menaikkan tekanan. Kapasitasnya dapat diatur secara kontinyu pada rentang yang lebar untuk berbagai batas tentang rasio tekanan.
Karena Centrifugal Water Chiller dapat diatur kapsitasnya dalam rentang kondisi beban yang lebar dengan perubahan yang proporsional terhadap konsumsi daya, maka jenis ini dapat digunakan untuk pengendalian temperatur yang ketat dan konservasi energi.
Dibandingkan denga kompresor Torak pada kompresor sentrifugal sangat sedikit bantalanbantalan poros dan bagian-bagian permukaan yang
saling bergesekan yang dapat
menyebabkan keausan dan getaran.
Pada saat ini kapasitas dari Centrifugal Water Chiller yang ada berkisar antara 80-2400 TR pada kondisi air dingin keluar dari cooler 44oF (6,7 oC) dan air pendingin keluar dari Kondenser 95 oF (35 oC). Refrigerant yang populer digunakan pada sistem adalah R-12 dan R-22
1.
Bagian-bagian Centrifugal Water Chiller
Sistem pendingin kondenser dari
Water chiller tipe ini pada umumnya Water cooled
condeser (kondenser berpendingin air). Seperti halnya Reciprocating Water Chiller komponen-komponen dari sistem ini yaitu kompresor, kondenser, katup ekspansi, dan cooler (evaporator)
Mekanisme kerja siklus refrigerasi dan beberapa bagian alat kontrol pengaman pada umumnya sama dengan yang terdapat pada Reciprocating Water Chiller. Uap /gas refrigerant dari cooler (Evaporator) masuk kedalam kompresor sentrifugal, alirannya dipercepat oleh impeller, kemudian masuk ke bagian diffuser. Dimana pada bagian ini terjadi perubahan energi kinetik menjadi energi tekanan. Gas bertekanan dan bertemperatur tinggi tersebut masuk ke Kondenser dan mengalami kondensasi sambil melepas kalor ke air pendingin kondenser. Sebelum masuk ke cooler (Evaporator) refrigerant cair mengalami ekspansi di katup ekspansi.
Didalam cooler (Evaporator) refrigerant menyerap kalor dan air dingin sehingga pada waktu keluar dari cooler temperatur air dingin turun. Siklus refrigerant berulang seperti semula.
2.
Sistem Pengontrolan Kapasitas
Kapasitas pendinginan dari Water Chiller ini dapat diatur dari 10%-100% dari kapsitasnya dengan putaran berkisar antara 1800-1900 rpm. Pengaturan kapasitas kompresor sentrifugal dapat dilakukan dengan empat metoda atau kombinasu diantaranya yaitu : a. Variabel kecepatan putaran b. Pengaturan bukan Inlet Guide Vane c. Throtting Suction Gas d. Variabel tekanan kondenser
Dari keempat metode pengaturan kapasitas tersebut pengaturan dengan bukaan vane yang umum digunakan karena yang paling efsien. Pengaturan kapasitas chiller didasarkan pada temperatur air dingin yang keluar dari cooler yang dideteksi oleh sebuah sensor (biasanya thermistor). Sinyal dari sensor masuk ke rangkaian kontroler yang akan membuka dan menutup relay diabagian modulator. Relay akan menggerakkan kedua katup selenoid
sedemikian, sehingga oli mengalir dan menggerakkan piston hidrolis, dimana piston ini yang akan mengendalikan posisi dari inlet Guide Vanes. Jika temperatur air dingin yang keluar dari cooler naik, posisi IGV akan bergerak ke arah pembuka sebaliknya apabila temperatur air dingin turun, posisi IGV bergerak ke arah menutup.
3.
Sistem Pelumasan
Ada dua fungsi sistem pelumasan yaitu untuk memberi pelumasan pada bantalan-bantalan kompresor dan sebagai fluida kerja dari sistem pengontrolan kapasitas. Komponen utama sistem pelumasan ini antara lain adalah : pompa oli, filter oli, pendingin oli dan oil separator.
Minyak pelumas (oli) yang berasal dari kompresor masuk ke alam tangko oli. Di bagian separator, campuran refrigerant dan oli dipisahkan, refrigerant kembali ke bagian suction kompresor sedangkan oli dimasukkan ke bagian pendingim oli dan didinginkan kemudian masuk ke filter oli sebagian masuk ke kompresor dan sebagian masuk ke dalam sistem pengontrolan.
www.kk.mercubuana.ac.id/files/13043-9-7776920852.doc
Sistem Kontrol 1.
Kontrol Kapasitas
Sensor temperatur air dingin mengirimkan sinyal berupa tekanan udara (sistem pengontrol pneumatik) atau elektrik (Sistem Kontrol Elektronik) ke bagian rangkaian pengontrol, yang selanjutnya akan mengatur kapasitas kompresor untuk mengantisipasi terhadap perubahan temperatur air dingin karena adanya perubahan beban pendinginan.
Sistem pengaturan kapasitas chiller tergantung pada tipe chiller : o Reciprocating Chiler menggunakan kombinasi cylender Unloading dan On-Off sikus kompresor dari satu atau lebih kompresor o Centrifugal Chiller menggunakan pengaturan inlet cuide vane untuk mengatur laju aliran refrigerant o Screw chiller menggunakan slide valve untuk mengatur panjang lintasan kompresi
Pada penerapannya kapasitas centrifugal dan Srew chiller pada umumnya dapat diatur dari 100% s/d 10% beban. Sedangkan Reciprocating Chiller, untuk chiller dengan kapsitas rendah pada umumnya menggunakan on-off siklus kompresor; untuk chiller dengan kapasitas sedang dan besar dengan multiple kompresor unit, menggunakan sistem unloading dan kapasitas chiller dapat diatur sampai 12,5% beban.
2.
Kontrol Pengaman
Sistem kontrol pengaman akan mematikan kompresor water chiller secara otomatis jika terjadi ketidakberesan didalam operasi sistem. Beberapa atau seluruh sistem pengaman berikut ini umum dijumpai pada Water Chiller system : a. High Conseder Pressure Sakelar tekanan ini akan membuka apabila tekanan dis charge kondenser melampaui ambang batas yang ditetapkan
b. Low Refrigerant Pressure (atau Temperatur) Alat ini akan membuka jika tekanan (temperatur) evaporator mencapai ambang batas keamanan minimum
c. High Oil Temperature Alat ini akan mengamankan kompresor jika sistem pendingin pelumas tidak berfungsi atau ada kerusakan pada bearing sehingga menyebabkan pemanasan yang berlebihan.
d. High Motor Temperature Jika sistem pendingin motor tidak berfungsi atau overload yang disebabkan oleh terjadinya kerusakan pada sistem kontrolnya, alat ini akan mematikan mesin. Sensor alat ini umumnya diletakkan didalan starter winding atau pada bagian discharge gas keluar kompresor. Jenis sensor yang digunakan biasanya Thermostat Bimetal atau thermistor
e. Motor Overload Kompresor jenis Hermetic Reciprocating tipe kecil umumnya memakai direct overload pada rangkaian daya ke motor. Pada motor kompresor jenis centrifugal dan screw umumnya menggunakan starter overload untuk mencegah timbulnya over current
f. Low oil Sump temperatur Switch ini bekerja untuk memproteksi jika terjadi kerusakan pada pemanas oli atau mencegah starving setelah mesin tidak beroperasi dalam waktu yang lama beberapa saat setelah pemanas oli bekerja dan belum seluruh refrigerant keluar dari capuran pelumas refrigerant
g. Low Oil Pressure Untk mencegah bila terjadi penyumbatan pada filter oli atau pemipaan oli, kekurangan oli, atau kerusakan pompa oli, switch ini akan membuka bila tekanan oli turun dibawah batas harga minimum yang aman atau bila tekanan oli tidak cukup segera setelah kompresor hidup.
h. Low Chilled Liquid temperature Sering disebut
freeze protection pada reciprocating chiller, alat ini akan bekerja dan
mematikan mesin. Jika temperatur air yang keluar dari cooler mencapai harga terendah yang ditetapkan untuk mencegah terjadinya pembekuan dalam keadaan alat kontrol operasi mesin yang lain tidak bekerja sebagaimana mestinya
