Unit Pendinginan Air

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 Unit) digunakan untuk tujuan sistem tata udara.

Komponen-komponen dasar dari Water Chiller System antara lain Kompresor,

Pendingin Air (Evaporator), Kondenser, Motor Penggerak Kokpresor, Alat Pengatur

Aliran Refrigerant dan Penel Kontrol. Komponen-komponen penunjang lain

diantaranya adalah Receiver, 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 (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.

Sebagai contoh suatu sistem Water chiller berpendingin air (water cooled), air masuk

ke cooler pada 54oF (12oC) dan keluar pada 44oF (7oC) sedangkan air pendingin

masuk kondenser pada 85oF (30oC) dan keluar kondenser pada 95oF (35oC).

Type Water Chiller System

Ditinjau dari medium pendingin kondenser, water chiller system digolongkan menjadi

dua bagian, yaitu :

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Djuhana, M.Si.

SISTEM TATA UDARA 1

a. Air cooled water chiller

b. Water cooled water chiller

Ada dua tipe kompresor yang paling umum digunakan pada water chiller system

yaitu :

a. Reciprocating water chiller

b. Centrifugal water chiller

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


SISTEM TATA UDARA 2

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


SISTEM TATA UDARA 3

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.

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

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 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


SISTEM TATA UDARA 4

d. Compresor speed control

e. Kombinasi darisemua cara diatas.

2. 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 si 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


SISTEM TATA UDARA 5

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

Kontoler 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. 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 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


SISTEM TATA UDARA 6

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.

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

bantalan-bantalan 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


SISTEM TATA UDARA 7

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


SISTEM TATA UDARA 8

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.


SISTEM TATA UDARA 9

Unit Pendinginan Air

Documents

Transcript of Unit Pendinginan Air