PERTEMUAN 9 SISTEM TATA UDARA
UNIT PENDINGIN AIR SISITEM TATA UDARA
Unit Pendingin Air (Water Chilling Unit) Sistem Pendingin Fluida (Liquid Chilling System) mendinginkan air atai Brine untuk Tata Udara arau refrigerasi. Tetapi pada kebanyakan pemakaiannya, unit Pendingin Air (Water Chiller Chiller Unit) digunakan digunakan untuk tujuan sistem tata udara.
Kompo Komponen nen-ko -kompo mpone nen n dasar dasar dari dari Water Water Chil Chiller ler System System antar antara a lain lain Kompre Kompresor sor,, Pendingin Air (Evaporator), Kondenser, Motor Penggerak Kokpresor, Alat Pengatur Aliran
Refrigerant
dan
Penel
Kontrol.
Komponen-komponen Komponen-komponen
penunjang penunjang
lain
diantaranya adalah Receiver, intercooler/subcooler, intercooler/subcooler, pendingin pelumas (oil cooler), oil separator, pompa oli dan alat-alat pengaman.
Prinsip Kerja
Siklus Refrigerasi dari Water Chiller system secara sederhana. Air masuk kedalam cooler cooler (evapora (evaporator) tor) dan didingin didinginkan kan oleh oleh cairan cairan refrigera refrigerant nt yang menguap pada temperatu temperaturr rendah. rendah. Uap refrigerant refrigerant dihisap dihisap masuk masuk ke kompreso kompresorr dan tekananny tekanannya a dinaikkan sehingga dapat mencair kembali pada temperatur tinggi di kondenser. Pada proses proses ini ini tempe temperat ratur ur medium medium pendin pendingin gin konden kondenser ser (air (air atau atau udara udara)) menga mengala lami mi kenaikan kenaikan.. Refrigera Refrigerant nt cair tersebut tersebut kemudian kemudian mengalir mengalir ke evaporato evaporatorr melalui melalui alat alat kontrol refrigerant (katup ekspansi) dan siklus terus berulang seperti semula.
Sebagai contoh suatu sistem Water chiller berpendingin air (water cooled), air masuk ke cooler pada 54 oF (12oC) dan keluar pada 44 oF (7oC) sedangkan air pendingin masuk kondenser pada 85 oF (30oC) dan keluar kondenser pada 95 oF (35oC).
Type Water Chiller System
Ditinjau dari medium pendingin kondenser, water chiller system digolongkan menjadi dua bagian, yaitu : a. Air Air cool cooled ed wat water er chi chill ller er PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Ir. Djuhana, M.Si.
SISTEM TATA UDARA
1
b. Water Water coole cooled d wate waterr chi chillller er Ada dua tipe kompresor yang paling umum digunakan digunakan pada water chiller system yaitu : a. Recip Reciproc rocati ating ng wate waterr chill chiller er b. Centr Centrifu ifuga gall wate waterr chille chiller r
Sistem Kontrol 1.
Kontrol Kapasitas Sensor Sensor tempe temperat ratur ur air air dingin dingin mengir mengirimk imkan an sinyal sinyal berup berupa a tekana tekanan n udara udara (siste (sistem m pengontrol pneumatik) atau elektrik (Sistem Kontrol Elektronik) ke bagian rangkaian peng pengon ontr trol ol,,
yang yang
sela selanj njut utny nya a
akan akan
meng mengat atur ur
kapa kapasi sita tas s
komp kompre reso sorr
untu untuk k
mengantisipasi terhadap perubahan temperatur air dingin karena adanya perubahan beban pendinginan.
Sistem pengaturan kapasitas chiller tergantung pada tipe chiller : o
Reciproc Reciprocating ating Chiler Chiler mengguna menggunakan kan kombinas kombinasii cylender cylender Unloadi Unloading ng dan On-Off On-Off sikus kompresor dari satu atau lebih kompresor
o
Centrifugal Chiller menggunakan menggunakan pengaturan inlet cuide vane untuk mengatur laju aliran refrigerant
o
Screw chiller menggunakan slide valve untuk mengatur panjang lintasan kompresi
Pada penerapa penerapannya nnya kapasita kapasitas s centrifu centrifugal gal dan Srew chiller chiller pada umumnya dapat dapat diatur diatur dari 100% s/d 10% beban. beban. Sedangka Sedangkan n Reciproc Reciprocatin ating g Chiller Chiller,, untuk untuk chiller chiller dengan kapsitas rendah pada umumnya menggunakan on-off siklus kompresor; untuk chil chille lerr deng dengan an kapa kapasi sita tas s seda sedang ng dan dan besa besarr deng dengan an mult multip iple le komp kompre reso sorr unit unit,, mengguna menggunakan kan sistem sistem unloadin unloading g dan kapasitas kapasitas chiller dapat dapat diatur diatur sampai sampai 12,5% 12,5% beban.
2.
Kontrol Pengaman
Sistem kontrol pengaman akan mematikan kompresor water chiller secara otomatis jika terjadi ketidakberesan ketidakberesan didalam operasi sistem. Beberapa atau seluruh sistem pengaman berikut ini umum dijumpai pada Water Chiller system : a. High High Cons Consed eder er Pres Pressu sure re Sakel Sakelar ar tekan tekanan an ini ini akan akan membu membuka ka apabi apabila la tekan tekanan an dis charge charge konde kondense nser r melampaui ambang batas yang ditetapkan
b. Low Refriger Refrigerant ant Pressure Pressure (atau Temperatu Temperatur) r) PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Ir. Djuhana, M.Si.
SISTEM TATA UDARA
2
Alat ini akan membuka jika tekanan (temperatur) evaporator mencapai ambang batas keamanan minimum
c. High High Oil Oil Temp Temper era ature ture Alat ini akan mengamankan mengamankan kompresor jika sistem pendingin pendingin pelumas tidak berfungsi atau ada kerusakan pada bearing sehingga menyebabkan pemanasan yang berlebihan.
d. High High Moto Motorr Tem Tempe pera ratu ture re Jika sistem pendingin motor tidak berfungsi atau overload yang disebabkan oleh terjadiny terjadinya a kerusaka kerusakan n pada sistem kontroln kontrolnya, ya, alat alat ini akan mematika mematikan n mesin. mesin. Sensor Sensor alat alat ini umumnya diletakkan diletakkan didalan didalan starter winding atau pada bagian bagian disc discha harg rge e gas gas kelu keluar ar komp kompre reso sor. r. Jeni Jenis s sens sensor or yang yang digu diguna naka kan n bias biasan anya ya Thermostat Bimetal atau thermistor thermistor
e. Moto Motorr Ov Overlo erloa ad Kompreso Kompresorr jenis jenis Hermetic Hermetic Reciproc Reciprocating ating tipe kecil kecil umumnya umumnya memakai memakai direct 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 Low oil oil Sum Sump p tem tempe pera ratu tur r Switch ini bekerja untuk memproteksi jika terjadi kerusakan pada pemanas oli atau menceg mencegah ah starvi starving ng setela setelah h mesin mesin tidak tidak berop beropera erasi si dalam dalam waktu waktu yang yang lama lama beberapa saat setelah pemanas oli bekerja dan belum seluruh refrigerant keluar dari capuran pelumas refrigerant
g. Low Low Oil Oil Pres Pressu sure re Untk Untk menceg mencegah ah bila bila terja terjadi di penyum penyumba batan tan pada pada filter filter oli oli atau atau pemipa pemipaan an oli, 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 Chil Chilled led Liqui Liquid d tempe temperat rature ure Sering disebut disebut freeze protection pada pada reciprocating reciprocating chiller, alat ini akan bekerja bekerja dan mematikan mesin. Jika temperatur air yang keluar dari cooler mencapai harga
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Ir. Djuhana, M.Si.
SISTEM TATA UDARA
3
terendah yang ditetapkan untuk mencegah terjadinya pembekuan dalam keadaan alat kontrol operasi mesin yang lain tidak bekerja sebagaimana sebagaimana mestinya.
Reciprocating Water Chiller
Water chiller dengan kompresor jenis reciprocating 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 kompresor torak yang umum umum digunakan digunakan pada water chiller chiller yaitu: a. Full Fully y Herm Hermet etic ic b. Sem Semi He Herme rmetic tic c. Dire Direct ct-d -dri rive ve Open Open Refrigerant yang umum dipakai adalah R-12 dan R-22
1.
Karakteristik Performansi
Hal yang khusus pada kompresor torak adalah karakteristik kenaikan tekanan versus kapasitas. Kenaikan tekanan kecil pengaruhnya terhadap kenaikan laju aliran volume dari dari kompr kompreso esorr dan dan denga dengan n demik demikia ian n Recip Reciproc rocati ating ng Water Water Chill Chiller er tetap tetap berad berada a disekitar kapasitas pendinginan penuh walaupun bekerja diatas temperratur wet-bulb pere perenc ncan anaa aan. n. Reci Recipr proc ocat atin ing g wate waterr chil chille lerr coco cocok k untu untuk k pema pemaka kaia ian n kond konden enso sor r berpendingin udara (Air Cooled Condenser) dan sistem refrigerasi temperatur rendah.
Metode pengontrolan kapasitas dari kompresir reciprocating dilakukan dengan cara sebagai berikut : a. Unloa Unloadin ding g of Compre Compresor sor Cyli Cylinde nder r b. On-of On-offf siklu siklus s kerja kerja kompre kompresor sor c. Hot-g t-gas by bypass pass d. Comp Compre reso sorr speed speed cont contro roll e. Kombin Kombinasi asi dari darisem semua ua cara cara diata diatas. s.
2.
Bagia agiann-b bagia agian n Recipr ciproc oca ating ting Wate Waterr Chill hille er
Water Chiller ini terdiri dari : o
Kompresor torak (Reciprocating (Reciprocating Compressor) Compressor)
o
Cooler (Evaporator)
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Ir. Djuhana, M.Si.
SISTEM TATA UDARA
4
o
Water Coled Condenser
o
Thermostatic Expansion Valve
o
Control Box
Mekanisme kerja dari masing-masing komponen si dijelaskan sebagai berikut;
a. Kompresor Gas Gas refr refrig iger eran antt dan dan evap evapor orat ator or dihi dihisa sap p masu masuk k keda kedala lam m Komp Kompre reso sorr dan 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 fas agas agas ke fasa fasa cair cair seda sedang ngka kan n temp temper erat atur ur air air pend pendin ingi gin n sete setela lah h kelu keluar ar kondenser naik
c. Cool Cooler er (ev (evap apor orat ator or)) 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. Katu atup Eks Eksp pansi nsi Refri Refrige gera rant nt yang yang kelu kelurr dari dari kond konden ense serr dala dalam m kead keadaa aan n fasa fasa cair cair deng dengan an temperatur dan tekanan yang tinggi Pada saat masuk masuk kedalam kedalam katup ekspansi ekspansi terjadi terjadi proses proses penuruna penurunan n tekanan tekanan refrigera refrigerant nt sehingg sehingga a refrigera refrigerant nt dapat dapat menguap menguap (sambil (sambil menyerap menyerap kalor) kalor) pada temperatur rendah didalam cooler.
e. Pengontrol •
Freeze Protection Thermostat Sensor alat ini mendeteksi temperatur air dingin yan keluar dari cooler. Bila temperatu temperaturr air dingin dingin terlalu terlalu rendah, lebih lebih rendah rendah dari set point point thermosta thermostat, t, kontrole kontrolerr akan mematika mematikan n kompres kompresor. or. Pada umumnya tempratur tempratur air dingin dingin keluar dari cooler adalah pada rentang 4-10 oC
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Ir. Djuhana, M.Si.
SISTEM TATA UDARA
5
•
Oil Pressure Cut Off Kontoler ini akan mematikan motor kompresor jika perbedaan antara Suction Kompresor dan Discharge Pompa Oli berada dibawah harga minimum yang aman. aman. Pada Pada umumny umumnya a switch switch kontro kontrole lerr akan akan membu membuka ka (open) (open) jika jika harga harga differensialnya sekitar 10 psi dan kaan menutup kembal jika naik sekitar 15 psi.
•
High & Low Pressure Cut Off High High pressure pressure switch switch akan mematikan mematikan motor kompresor kompresor sebelum sebelum tekanan tekanan Discharge kompresor mencapai harga setting relief valve. Sebagai contoh : untuk sistem yang menggunakan R-12 membuka pada 175 psi dan menutup pada 125 psi. sedangkan sistem yang menggunakan R-22 membuka pada 275 psi dan menutup pada 225 psi. Low Pressure Pressure Switch Switch akan mematikan mematikan motor motor kompreso kompresorr sebelum sebelum tekanan tekanan cooler cooler (evapora (evaporator) tor) mencapai mencapai harga harga yang bersesua bersesuaian ian dengan dengan temperatu temperatur r refrigerant 32 oF. sebagai contoh untuk sistem yang menggunakan R-12 akan menutup pada posisi 50 psi dan akan membuka pada 33 psi.
•
Capacity Control Fung Fungsi si dari dari Kont Kontro roll kapa kapasi sita tas s ssit ssitem em adal adalah ah untu untu meng mengat atur ur kapa kapasi sita tas s pemompaa pemompaan n refrigera refrigerant nt dari kompreso kompresorr secara secara otomatis otomatis yang disesuai disesuaikan kan 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 sele seleno noid id
valv valve e
yang yang
sela selanj njut utny nya a
seca secara ra
seku sekuen ensi sial al
akan akan
meng mengat atur ur
pembebanan pembebanan dari satu atau dua set slilinder kompresor
f.
Comp Compre resr sr Cran Cranko koas ase e Chil Chille ler r Fungsi dari Cranckoase Oil Heater adalah untuk memepertahankan konsentrasi refrig refrigera erant nt didal didalam am conckr conckrase ase pada pada batas batas minimu minimum m yang yang disyar disyaraka akan n untuk untuk kompreso kompresor. r. Cranckas Cranckase e Heater Heater ini harus harus terus menerus hidup, baik kompresor kompresor dalam ekadaan operaso maupun dalam keadaan sedang tidak jalan.
Centrifugal Water Chiller
Kompresor sentrifugal adalah tipe non-positive displacement, yaitu gas yang diisap masuk masuk ke kompr kompreso esorr diperc dipercepa epatt aliran alirannya nya oleh oleh sebuah sebuah impell impeller er yang yang kemudi kemudian an PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Ir. Djuhana, M.Si.
SISTEM TATA UDARA
6
mengubah energi kinetik untuk menaik kan tekanan. Kapasitasnya dapat diatur
secara kontinyu pada rentang yang lebar untuk berbagai batas tentang rasio tekanan. Karena Karena Centrifug Centrifugal al Water Water Chiller Chiller dapat dapat diatur diatur kapsitasn kapsitasnya ya dalam dalam rentang rentang kondisi kondisi beban beban yang lebar dengan dengan perubaha perubahan n yang proporsiona proporsionall terhadap terhadap konsumsi daya, maka maka jenis jenis ini dapat dapat digun digunaka akan n untuk untuk pengen pengenda dalia lian n tempe temperat ratur ur yang yang ketat ketat dan dan konservasi energi.
Dibandin Dibandingkan gkan denga denga kompreso kompresorr Torak Torak pada pada kompreso kompresorr sentrifug sentrifugal al sangat sangat sedikit sedikit bantalan-bantalan bantalan-bantalan poros dan bagian-bagian bagian-bagian permukaan yang saling bergesekan bergesekan yang dapat menyebabkan keausan dan getaran.
Pada saat ini kapasitas dari Centrifugal Water Chiller yang ada berkisar antara 802400 TR pada kondis kondisii air dingin dingin keluar dari cooler cooler 44 oF (6,7 oC) dan air pendingin keluar dari Kondenser 95 oF (35 oC). Refrigerant yang populer digunakan pada sistem adalah R-12 dan
1.
R-22
Bagia agiann-b bagia agian n Centr ntrifug ifuga al Wate Waterr Chill hille er
Sistem pendingin pendingin kondenser dari Water chiller tipe ini ini pada umumnya Water Water cooled condeser (kondenser berpendingin air). Seperti halnya Reciprocating Water Chiller komponen-komponen 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 cooler (Evaporator) masuk masuk kedalam kompresor kompresor sentrifugal, alirannya alirannya dipercepat oleh impeller, kemudian masuk ke bagian diffuser. Dimana pada bagian ini terjad terjadii peruba perubaha han n energ energii kineti kinetik k menja menjadi di energ energii tekan tekanan. an. Gas bertek bertekana anan n dan dan bertemperatur tinggi tersebut masuk ke Kondenser dan mengalami kondensasi sambil melepas melepas kalor kalor ke air pendingi pendingin n kondense kondenser. r. Sebelum Sebelum masuk masuk ke cooler cooler (Evapora (Evaporator) tor) 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.
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Ir. Djuhana, M.Si.
SISTEM TATA UDARA
7
2.
Sistem Pengontrolan Kapasitas
Kapasi Kapasitas tas pendi pendingi ngina nan n dari dari Water Water Chil Chiller ler ini ini dapat dapat diatu diaturr dari dari 10%-10 10%-100% 0% dari dari kapsitasnya dengan dengan putaran berkisar berkisar antara 1800-1900 1800-1900 rpm. rpm. Pengaturan kapasitas kapasitas kompre kompresor sor sentri sentrifug fugal al dapat dapat dilaku dilakukan kan denga dengan n empat empat metod metoda a atau atau kombi kombinas nasu u diantaranya yaitu : a. Varia Variabel bel kecep kecepata atan n puta putaran ran b. Pengat Pengatura uran n bukan bukan Inle Inlett Guide Guide Vane Vane c. Thro Thrott ttin ing g Suc Sucti tion on Gas Gas d. Varia Variabel bel tekan tekanan an konden kondenser ser
Dari keempat metode pengaturan kapasitas tersebut pengaturan dengan bukaan vane yang yang umum umum digun digunaka akan n karen karena a yang yang palin paling g efsie efsien. n. Pengat Pengatura uran n kapasi kapasitas tas chill chiller er didasarkan pada temperatur air dingin yang keluar dari cooler yang dideteksi oleh sebuah sensor (biasanya thermistor). Sinyal dari sensor masuk ke rangkaian kontroler yang yang akan akan memb membuk uka a dan dan menu menutu tup p rela relay y diab diabag agia ian n modu modula lato tor. r. Rela Relay y akan akan meng mengge gera rakk kkan an kedu kedua a katu katup p sele seleno noid id sede sedemi miki kian an,, sehi sehing ngga ga oli oli meng mengal alir ir dan 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 sebaliknya apabila temperatur air dingin turun, posisi IGV bergerak ke arah menutup.
3.
Sistem Pelumasan
Ada dua fungsi sistem pelumasan yaitu untuk memberi pelumasan pelumasan pada bantalanbantalan bantalan kompreso kompresorr dan sebagai sebagai fluida fluida kerja kerja dari sistem sistem pengontro pengontrolan lan kapasita kapasitas. s. Kompo Komponen nen utama utama sistem sistem pelum pelumasa asan n ini ini antara antara lain lain adala adalah h : pompa pompa oli, oli, filter filter oli, oli, pendingin oli dan oil separator.
Minyak Minyak pelumas pelumas (oli) yang berasal berasal dari kompresor kompresor masuk ke alam tangko tangko oli. Di bagian bagian separator separator,, campuran campuran refriger refrigerant ant dan oli dipisah dipisahkan, kan, refrigera refrigerant nt kembali kembali ke bagian suction kompresor sedangkan oli dimasukkan ke bagian pendingim oli dan didinginkan didinginkan kemudian masuk ke filter oli sebagian masuk ke kompresor dan sebagian masuk ke dalam sistem pengontrolan.
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Ir. Djuhana, M.Si.
SISTEM TATA UDARA
8
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Ir. Djuhana, M.Si.
SISTEM TATA UDARA
9
