1

SUMBER BELAJAR PENUNJANG PLPG 2016

MATA PELAJARAN/PAKET KEAHLIAN

TEKNIK PENDINGIN DAN TATA UDARA

BAB VII SISTEM TATA UDARA INDUSTRIAL

Juli Sardi, S.Pd., M.T.

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

DIREKTORAT JENDERAL GURU DAN TENAGA KEPENDIDIKAN

2016

2

BAB VII

SISTEM TATA UDARA INDUSTRIAL

A. Kompentensi Inti

Menguasai materi, struktur, konsep, dan pola pikir keilmuan yang mendukung mata

pelajaran yang diampu.

B. Kelompok Kompetensi Dasar

Merencanakan sistem dan instalasi tata udara untuk keperluan industrial

C. Uraian Materi

1. Sistem Tata udara Industrial

Sistem Tata Udara atau yang lebih sering dikenal dengan AHU (Air handling

Unit) atau HVAC (Heating, Ventilating and Air Conditioning), memegang peran

penting dalam industri. Hal ini antara lain disebabkan karena:

a. Untuk memberikan perlindungan terhadap lingkungan pembuatan produk,

b. Memastikan produksi barang yang bermutu,

c. Memberikan lingkungan kerja yang nyaman bagi personil,

d. Memberikan perlindungan pada Iingkungan di mana terdapat bahan

berbahaya melalui pengaturan sistem pembuangan udara yang efektif dan

aman dari bahan tersebut.

Sistem tata udara adalah suatu sistem yang mengkondisikan lingkungan

melalui pengendalian suhu, kelembaban nisbi, arah pergerakan udara dan mutu

udara, termasuk pengendalian partikel dan pembuangan kontaminan yang ada di

udara (seperti ‘vapors’ dan ‘fumes’). Sistem tata udara disebut “sistem” karena

AHU terdiri dari beberapa mesin/alat yang masing-masing memiliki fungsi yang

berbeda, yang terintegrasi sedemikian rupa sehingga membentuk suatu sistem

tata udara yang dapat mengontrol suhu, kelembaban, tekanan udara, tingkat

kebersihan, pola aliran udara serta jumlah pergantian udara di ruang produksi

sesuai dengan persyaratan ruangan yang telah ditentukan.

3

Gambar 107. HVAC dengan sistem Chilled Water

Tujuan dari desain Sistem Tata Udara adalah untuk menyediakan sistem

sesuai dengan ketentuan untuk memenuhi kebutuhan perlindungan produk dan

proses sejalan dengan persyaratan GEP (Good Engineering Practices), seperti

keandalan, perawatan, keberlanjutan, fleksibilitas, dan keamanan. Desain Sistem

Tata Udara mempengaruhi tata letak ruang berkaitan dengan hal seperti posisi

ruang penyangga udara (airlock) dan pintu. Tata letak ruang memberikan efek

pada kaskade perbedaan tekanan udara ruangan dan pengendalian kontaminasi

silang. Pencegahan kontaminasi dan kontaminasi silang merupakan suatu

pertimbangan desain yang esensial dari sistem Tata Udara. Mengingat aspek kritis

ini, desain Sistem Tata Udara harus dipertimbangkan pada tahap desain konsep

industri. Ada 3 kategori dasar untuk Sistem Tata Udara:

a. Sistem udara segar 100% (sekali lewat) /full fresh-air (once-through);

Sistem ini menyuplai udara luar yang sudah diolah hingga memenuhi

persyaratan kondisi suatu ruang, kemudian diekstrak dan dibuang ke atmosfer.

Sistem ini biasanya digunakan pada fasilitas yang menangani produk/ pelarut

beracun untuk mencegah udara tercemar disirkulasikan kembali.

4

Gambar 108. Sistem full fresh-air (once-through) udara segar 100%

Gambar 109. Full Fresh Air (Single Pass)

b. Sistem resirkulasi

Resirkulasi harus tidak menyebabkan risiko kontaminasi atau kontaminasi

silang (termasuk uap dan bahan yang mudah menguap). Kemungkinan

penggunaan udara resirkulasi ini dapat diterima, bergantung pada jenis

kontaminan udara pada sistem udara balik. Hal ini dapat diterima bila filter HEPA

dipasang pada aliran udara pasokan (atau aliran udara balik) untuk

menghilangkan kontaminan sehingga mencegah kontaminasi silang.

5

Gambar 110. Sistem Resirkulasi

Gambar 111. Sistem Tata Udara Resirkulasi

c. Sistem ekstraksi/exhaust.

Bila dimungkinkan, debu atau cemaran uap hendaklah dihilangkan dari

sumbernya. Titik tempat ekstraksi hendaklah sedekat mungkin dengan sumber

keluarnya debu. Dapat digunakan ventilasi setempat atau tudung penangkap

debu yang sesuai. Contoh aplikasi sistem adalah Area: Ruangan, Glove boxes,

atau Lemari yang dilengkapi dengan tudung buangan.

6

Gambar 112. Sistem Ekstraksi/Exhaust

Untuk menangani kebutuhan ruang yang dikondisi pada bangunan besar dan

bertingkat biasanya lebih ekonomis bila menggunakan Central Station. Suatu

central station dapat dibangun baik dengan sistem langsung (direct expansion

refrigerant) atau dengan sistem tak langsung (chilled water) untuk memenuhi

kebutuhan operasi cooling-nya. Pada sistem ini biasanya dilengkapi pula dengan

boiler yang memproduksi uap untuk keperluan heating ataupun untuk keperluan

humidifying. Operasi cooling dan heating dapat dikontrol secara manual ataupun

otomatik bahkan full automatic, terprogram yang berbasis komputer. Air

Handling Unit (AHU) yang mengatur distribusi udara ke ruang dilengkapi dengan

damper untuk mengatur jumlah aliran udara, baik udara kembali atau udara luar

dan dilengkapi pula dengan berbagi katub untuk mengatur chilled water atau

uap.

Damper dan katub dikontrol oleh alat deteksi suhu yang terletak di dalam

ruang atau di dalam duct. Biasanya kompresornya dilengkapi dengan sistem

pengontrol kapasitas yang berupa sistem auto Unloader atau dengan sistem Hot

Gas Bypass. Semua peralatan kontrolnya bekerja secara interlock untuk

menghasilkan operasi otomatik. Biasanya peralatan kontrolnya dipilihkan dari

sistem pneumatik yang menggunakan udara tekan sebagai tenaga penggeraknya.

Sistem tata udara pada bangunan bertugas mengolah udara dan menghasilkan

kualitas udara yang baik (nyaman dan sehat) bagi penghuninya. Keberadaan

sistem tata udara sangat menunjang aktifitas dan produktifitas manusia.

Beberapa jenis sistem tata udara juga dapat digunakan untuk berbagai keperluan

7

khusus, dengan kondisi perancangan tertentu, selain untuk tempat hunian

manusia. Untuk mencapai tujuan diatas perlu diketahui beban pendinginan dan

karakteristik ruangan serta sistem tata udara yang diperlukan.

2. Komponen Tata Udara Industri (AHU/HVAC)

Salah satu faktor yang menentukan kualitas produk adalah kondisi

lingkungan tempat di mana produk tersebut dibuat/diproduksi. Kondisi

lingkungan yang kritis terhadap kualitas produk, antara lain adalah :

Cahaya,

Suhu,

Kelembabab relatif (RH),

Kontaminasi Mikroba, dan

Kontaminasi partikel.

Sebagai upaya untuk mengendalikan kondisi lingkungan tersebut, maka

setiap industri farmasi diwajibkan untuk memiliki Sistem Tata Udara (Air Handling

System/AHS). Seluruh regulatory code (WHO TRS 902/2002; WHO TRS 908/2003

dan PIC/S 2006) mensyaratkan Sistem Tata Udara (Air Handling System/AHS)

harus dikendalikan dan dikualifikasi. AHS sering juga disebut dengan HVAC

(Heating, Ventilating and Air Conditioning). Sistem Tata Udara tidak hanya

mengontrol suhu ruangan (seperti halnya AC konvensional) melainkan juga

kelembaban, tingkat kebersihan (sesuai dengan kelas ruangan yang

dipersyaratkan), tekanan udara, dan sebagainya. Sistem tata udara yang

digunakan tergantung dari jenis produk yang dibuat dan tingkat kelas ruang yang

digunakan, misalnya ruang produksi sterile, beta-laktam, non sterile,

sefalosporine dan sebagainya.

Sesuai dengan fungsinya, AHU merupakan seperangkat alat yang dapat

mengontrol suhu, kelembaban, tekanan udara, tingkat kebersihan (jumlah

partikel/mikroba), pola aliran udara, jumlah pergantian udara dan sebagainya, di

ruang produksi sesuai dengan persyaratan ruangan yang telah ditentukan.

Unit/sistem yang mengatur tata udara ini disebut AHU (Air Handling Unit). Di

8

sebut “unit”, karena AHU terdiri dari beberapa alat yang masing-masing memiliki

fungsi yang berbeda.

Pada dasarnya AHU terdiri dari :

a. Cooling coil. Cooling coil (sering pula disebut dengan istilah evaporator)

berfungsi untuk mengontrol suhu (temperature/t) dan kelembaban relatif

(Relative Humidity/RH) udara yang akan didistribusikan ke ruangan produksi.

Hal ini dimaksudkan agar dapat dihasilkan output udara, sesuai dengan

spesifikasi ruangan yang telah ditetapkan. Proses pendinginan udara sendiri

dilakukan dengan mengalirkan udara yang berasal dari campuran udara balik

(return air) dan udara luar (fresh air) melalui kisi-kisi (coil) evaporator yang

bersuhu rendah. Proses tersebut menyebabkan terjadinya kontak antara

udara dan permukaan kisi evaporator yang akan menghasilkan udara dengan

suhu yang lebih rendah. Proses ini juga akan menyebabkan kalor yang berada

dalam uap air yang yang terdapat di dalam udara ikut berpindah ke

kisi evaporator, sehingga uap air akan mengalami kondensasi. Hal ini

menyebabkan kelembaban udara yang keluar dari evaporator juga akan

berkurang. Evaporator harus dirancang sedemikian rupa sehingga kisi-kisinya

memiliki luas permukaan kontak yang luas, sehingga proses penyerapan panas

dari udara di dalam evaporator dapat berlangsung dengan efektif.

b. Static Pressure Fan (blower). Blower adalah bagian dari AHU yang berfungsi

untuk menggerakkan udara di sepanjang sistem distribusi udara yang

terhubung dengannya. Blower yang digunakan dalam AHU

berupa blower radial yang memiliki kisi-kisi penggerak udara yang terhubung

dengan motor penggerak blower. Motor ini berfungsi untuk mengubah energi

listrik menjadi energi gerak. Energi gerak inilah yang kemudian disalurkan ke

kisi-kisi penggerak udara hingga kemudian dapat menggerakkan

udara. Blower ini dapat di atur agar selalu menghasilkan frekuensi perputaran

yang tetap, hingga akan selalu menghasilkan output udara dengan debit yang

tetap. Dengan adanyadebit udara yang tetap tersebut maka tekanan dan pola

aliraran udara yang masuk ke dalam ruang produksi dapat dikontrol.

9

c. Filter. Filter merupakan bagian dari AHU yang berfungsi untuk mengendalikan

dan mengontrol jumlah partikel dan mikroorganisme (partikel asing) yang

mengkontaminasi udara yang masuk ke dalam ruang produksi. Filter, biasanya

ditempatkan di dalam rumah filter(filter house) yang didesain sedemikian rupa

agar mudah untuk dibersihkan dan/atau diganti. Hal penting yang harus

diperhatikan dalam pemasangan filter ini adalah penempatan

posisi filter harus diatur sedemikian rupa sehingga dapat “memaksa” seluruh

udara yang akan didistribusikan tersebut melewati filter terlebih

dahulu. Filteryang digunakan untuk AHU dibagi menjadi beberapa jenis/tipe,

tergantung efisiensinya, yaitu (a) pre-filter (efisiensi penyaringan: 35%);

(b) medium filter (efisiensi penyaringan: 95%); dan (c) High Efficiency

Particulate Air (HEPA) filter (efisiensi penyaringan: 99,997%). Hal penting yang

perlu diperhatikan dalam pemasangan filter ini adalah posisi

penempatan filter harus diatur berdasarkan jenis dan efisiensi

penyaringan filter yang akan menentukan kualitas udara yang dihasilkan.

d. Ducting. Ducting adalah bagian dari AHU yang berfungsi sebagai saluran

tertutup tempat mengalirnya udara. Secara umum, ductingmerupakan sebuah

sistem saluran udara tertutup yang menghubungkan blower dengan ruangan

produksi, yang terdiri dari saluran udara yang masuk (ducting supply) dan

saluran udara yang keluar dari ruangan produksi dan masuk kembali ke AHU

(ducting return). Ducting harus didesain sedemikian rupa sehingga dapat

mendistribusikan udara ke seluruh ruangan produksi yang membutuhkan,

dengan hambatan udara yang sekecil mungkin. Desainducting yang tidak

tepat akan mengakibatkan hambatan udara yang besar sehingga akan

menyebabkan inefisiensi energi yang cukup besar. Ducting juga harus didesain

agar memiliki insulator di sekeliling permukaannya, yang berfungsi untuk

menahan penetrasi panas dari udara luar yang memiliki suhu yang lebih tinggi

bila dibandingkan dengan suhu di dalam ducting.

e. Dumper. Dumper adalah bagian dari ducting AHU yang berfungsi untuk

mengatur jumlah (debit) udara yang dipindahkan ke dalam ruangan produksi.

Besar kecilnya debit udara yang dipindahkan dapat diatur sesuai dengan

10

pengaturan tertentu pada dumper. Hal ini amat berguna terutama untuk

mengatur besarnya debit udara yang sesuai dengan ukuran ruangan yang

akan menerima distribusi udara tersebut.

3. Rancangan Instalasi Tata Udara Industrial (HVAC/AHU)

Poin penting untuk dipertimbangkan saat merancang sebuah penanganan

udara dan Unit filtrasi meliputi:

Desain Casing AHU dan material yang digunakan

Filtrasi Primer untuk penyaringan udara

Pemilihan Fan dan Motor sebaiknya dikontrol dengan Inverter untuk

memudahkan di dalam pengontrolan udara yang dibutuhkan.

Persyaratan kebersihan.

Lokasi peralatan, filtrasi yang harus mudah dibersihkan.

Jika peralatan akan dipasang pada atap atau permukaan tanah yang

berdekatan, perawatan harus dilakukan untuk memastikan area inlet udara

berventilasi luar ("air fresh"), bebas dari udara yang keluar dari exhaust

pabrik.

Gambar 113. Tipikal AHU

Untuk aplikasi di mana tidak ada kontak produk langsung, seperti kantor dan

ruang toko, penyaringan akhir dapat ditempatkan sebelum fan, yang

memungkinkan untuk sistem suplai udara lebih kompak dan ekonomis. Spesifikasi

desain juga dapat dimodifikasi untuk memberikan penggunaan yang lebih luas

dari perlengkapan standar. Apapun desain peralatan penanganan udara yang

dipilih, perawatan harus dilakukan untuk memastikan praktek manufaktur yang

baik dengan pertimbangan HACCP.

11

Sistem ducting dari unit penanganan udara harus dibuat dari bahan yang

tahan lama dalam bentuk persegi atau bulat dengan interior halus. Stainless steel

304 grade dapat ditentukan untuk "perawatan tinggi / berisiko tinggi" proses

kerja makanan, namun, kualitas galvanis finish yang baik umumnya diterima.

Sistem ducting harus dapat diakses untuk pemeriksaan berkala dengan panel

akses secara berkala sesuai dengan desain ducting (standar SMACNA). Dimana

standar yang tinggi dari penyaringan udara telah ditetapkan dan dipelihara,

permukaan ducting internal yang akan tetap bersih selama bertahun-tahun

beroperasi. Bahan lain seperti kelas 316 stainless steel mungkin diperlukan untuk

beberapa proses pengembalian area basah atau aplikasi pembuangan udara.

Sebuah uap uap exhaust adalah contoh yang baik agar tidak berkarat.

Air meninggalkan penanganan udara dan Unit filtrasi berada di bawah

tekanan dan sistem ducting harus dirancang dan dibangun untuk menghindari

hilangnya udara (standar DW144). Isolasi Duct untuk mencegah kondensasi

membentuk pada permukaan dingin mungkin diperlukan. Ini adalah praktek

desain yang baik untuk menginstal sebuah penghalang termal pada ducting yang

terkena unsur-unsur dan terletak di rongga langit-langit. Sebuah kualitas

permukaan luar isolasi tinggi diperlukan untuk ducting eksternal untuk mencegah

air atau kontaminasi lainnya memasuki isolasi. Hindari penggunaan ducting

terisolasi dalam lingkungan proses makanan.

Ada beberapa situasi di mana desain modifikasi dari inlet ducting diperlukan,

dan contoh adalah di mana unit penanganan udara ini terletak agak jauh dari

suplai udara luar. Dalam kasus seperti pra-filtrasi harus ditempatkan sedekat

mungkin dengan kontrol layar inlet mungkin, sehingga mencegah debu sarat

udara memasuki sistem. Sistem ducting Inlet harus dioperasikan dalam kondisi

bersih dan kering menawarkan minimal pemeliharaan. Udara Layar louvre inlet

harus ditempatkan untuk akses mudah dan pembersihan secara berkala. Layar

melekat pada bagian belakang kisi cuaca seringkali sulit untuk memeriksa dan

membersihkan. Sebuah diblokir zona inlet udara akan mempengaruhi kinerja dari

suplai udara dan sistem kontrol kualitas udara

12

Sebisa mungkin ducting harus dipasang di luar ruang pengolahan makanan,

dengan langit-langit disesuaikan diffusers dipasang untuk pengiriman udara yang

efisien ke ruang dikontrol. Sebuah kualitas yang baik diffuser dapat diatur untuk

menghindari draft saat udara dingin dikirim ke ruang. Perhatian diperlukan bila

posisi ekstrak plafon / kisi-kisi dinding, untuk memastikan mereka tidak terletak

di atas pengolahan makanan terbuka. Inti Removable jenis kisi-kisi ekstrak akan

memungkinkan untuk membersihkan luar ruang yang terkontrol. Ekstrak

membutuhkan ducting udara harus mendapat perhatian khusus dengan akses

inspeksi terutama jika proses pembuatan makanan kering dan partikulat

dilepaskan ke atmosfer dalam kondisi proses normal. Ekstrak dari proses

memasak akan membutuhkan perhatian yang cermat untuk memastikan bahwa

akses yang sesuai dan cepat untuk inspeksi dan pembersihan tersedia.

Gambar 114. Rancangan Sistem HVAC

Contoh Soal:

Secara garis besar, komponen dari HVAC merupakan AC split, dimana mempunyai

kondensor dan blower, dan AHU. blower digunakan untuk menghisab udara,.

Setelah itu Bagaimana HVAC bisa menyaring udara sehingga partikel udara

dengan ukuran tersebut dapat tersaring? Dan Mengapa digunakan tiga

penyaring?

13

Penyelesaian :

Alat penyaringnya disebut filter, unitnya disebut AHU (Air Handling unit). Setelah

udara masuk ke penyedot maka udara yang kaya akan partikel tersebut disaring.

Komponen filter yang terdapat di AHU terdiri dari prefilter, medium filter, dan

HEPA. prefilter memiliki efisiensi penyaringan 30-40 %, medium filter 99,5 %, dan

HEPA ada beberapa effisiensi, salah satunya HEPA H13 (99,95%) yang biasanya

digunakan untuk produk non steril dan HEPA H14 (99,995 %) produk steril. Pre

filter menjebak partikel dengan ukuran lebih besar dari 300 mikro meterkubik.

analoginya bahwa apabila langsung digunakan HEPA, maka saringan akan mudah

jebol akibat partikel – partikel besar langsung menekan filter yang ukurannya

lembut sekali.

14

D. Referensi

Althouse, Turnquist, Bracciano. (2003). Modern Refrigeration & Air Conditioning,

Instructor Manual with answer Key. USA: The Goodheard-Willcox

Company.

Hasan Samsuri, Dkk. (2008). Sistem Refigerasi dan Tata Udara Jilid 2. Jakarta:

Direktorat Pembinaan SMK.

......................... (2013). Kontrol Refrigerasi dan Tata Udara Jilid 2. Jakarta: Direktorat

Pembinaan SMK.

......................... (2013). Sistem dan Instalasi Tata Udara Jilid 2. Jakarta: Direktorat

Pembinaan SMK.

http://nirwan-hendrajat.blogspot.co.id/2010/08/air-handling-system-ahu.html

http://hvac4food.blogspot.co.id/2013/05/sistem-tata-udara-pada-pabrik-

makanan.html.