Makalah Hvac Part. II (Chiller)

5/20/2018 Makalah Hvac Part. II (Chiller)

1/16

MAKALAH

CHILLER

DISUSUN OLEH :

M. SATRIYO WICAKSONO

41311010066

TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS MERCUBUANA

JAKARTA

2 14


2/16

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Definisi Pengkondisian Udara

Sistem pengkondisian udara adalah suatu proses mendinginkan atau

memanaskan udara sehingga dapat mencapai temperatur dan kelembaban yang

sesuai dengan kondisi yang dipersyaratkan dari suatu ruangan tertentu.

Pengkondisian udara secara lengkap meliputi pemanasan (heating),

pendinginan (cooling), pengaturan kelembaban (humidifyingdan dehumidifying),

dan pertukaran udara (ventilating). Sedangkan pengkondisian udara skala kecil

umumnya dilakukan tanpa mengikutsertakan pengaturan kelembaban.

Pengkondisian udara saat ini telah menjadi standard bangunan, publicataupun

privat dalam berbagai skala, diberbagai penjuru dunia. Untuk daerah yang

mengalami empat musim, terjadi perubahan fungsi pengkondisian udara dari

pemanasan (heating) pada saat musim dingin dan menjadi pendinginan (cooling)

pada saat musim panas. Sedangkan pada daerah khatulistiwa seperti Indonesia,

pada umumnya fungsi pengkondisian udara adalah pada mode pendinginan saja.

Mesin pengkondisian udara yang bekerja sebagai pendingin biasanya disebut

sebagai AC (Air Conditioning), sedangkan pada saat bekerja sebagai pemanas

disebut sebagai pompa kalor (heat pump).

Sistem tata udara pada umumnya dibagi menjadi tiga, di antaranya:1. Sistem tata udara untuk kenyamanan

Mengkondisikan udara dari ruangan untuk memberikan kenyamanan bagi

orang yang melakukan kegiatan.

2. Sistem tata udara untuk industri

Mengkondisikan udara dari ruangan karena diperlukan oleh proses bahan,

peralatan dan barang yang ada di dalamnya.

3. Sistem tata udara untuk penggunaan khusus

Mengkondisikan udara dari ruangan karena diperlukan untuk kondisi khusus,

seperti ruang bedah, ruang optik, ruang ICU, ruang bersih, ruang komputer

dan lain - lain.Sasaran dari pengkondisian udara adalah agar temperatur, kelembaban,

kebersihan dan distribusi udara dalam ruangan dapat dipertahankan pada

tingkat keadaan yang diinginkan. Untuk mencapai hal tersebut, dapat

dirancang dan digunakan beberapa macam sistem pendinginan, pemanasan,

dan ventilasi yang sesuai.

Untuk mengkondisikan udara gedung-gedung besar AC biasa mungkin

sudah tidak efisien lagi. Dapat dibayangkan jika menggunakan AC biasa sangat

banyak refrigerant yang harus digunakan. Begitu pula dengan kerja

kompresornya. Oleh karena itu sering kali sistem yang digunakan adalah sistem

Chiller.


3/16

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Siklus Refrigerasi

Siklus refrigerasi adalah siklus kerja yang mentransfer kalor dari media

bertemperatur rendah ke media bertemperatur tinggi dengan menggunakan kerja dari

luar sistem. Secara prinsip merupakan kebalikan dari siklus mesin kalor (heat engine).

Dilihat dari tujuannya maka alat dengan siklus refrigerasi dibagi menjadi dua yaitu

refrigeratoryang berfungsi untuk mendinginkan media dan heat pump yang berfungsi

untuk memanaskan media. Ilustrasi tentang refrigeratordan heat pumpdapat dilihat

pada gambar di bawah.

Siklus refrigerasi dapat diklasifikasikan sebagai berikut,

1. Siklus kompresi uap (vapor compression refrigeration cycle) dimana refrigeran

mengalami proses penguapan dan kondensasi, dan dikompresi dalam fasa uap.

2. Siklus gas (gas refrigeration cycle), dimana refrigeran tetap dalam kondisi gas.

3. Siklus bertingkat (cascade refrigeration cycle), dimana merupakan gabungan lebih

dari satu siklus refrigerasi.


4/16

4. Siklus absorpsi (absorption refrigeration cylce), dimana refrigeran dilarutkan dalam

sebuah cairan sebelum dikompresi.

5. Siklus termoelektrik (thermoelectric refrigeration cycle), dimana proses refrigerasi

dihasilkan dari mengalirkan arus listrik melalui 2 buah material yang berbeda.

6. Kinerja suatu refrigerator dan heat pump dinilai dari besarnya koefisien kinerja

(coefficient of performanceCOP) yang didefinisikan sebagai berikut,

net,in

HHP

net,in

LR

kerjainput

pemanasanefek

dibutuhkanyangkerja

uanoutput tujCOP

kerjainput

npendinginaefek

dibutuhkanyangkerja

uanoutput tujCOP

W

Q

W

Q

Harga COPRdan COPHPumumnya lebih besar dari satu dimana COPHP= COPR+ 1 untuk

suatu rentang tekanan kerja yang sama.

1.1 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap Ideal

Gambar di bawah-kiri menunjukkan siklus refrigerasi kompresi uap ideal secara

skematis. Di sini refrigeran dalam kondisi uap jenuh masuk ke kompresor dan keluar

sebagai uap panas lanjut. Refrigeran kemudian masuk ke kondenser untuk melepas

kalor sehingga terjadi kondensasi sampai ke kondisi cairan jenuh. Keluar kondenser

refrigeran masuk ke katup ekspansi untuk menjalani proses pencekikan ( throttling)

sehingga mengalami penurunan tekanan dan berubah menjadi campuran jenuh.

Proses terakhir ini bisa juga diganti dengan sebuah turbin isentropis untuk menaikkan

kapasitas pendinginan dan menurunkan kerja input (dengan kompensasi kompleksnya

sistem). Selanjutnya refrigeran masuk ke evaporator untuk menyerap kalor sehingga

terjadi proses evaporasi dan siap untuk dilakukan langkah kompresi berikutnya.


5/16

Siklus refrigerasi kompresi uap ideal dapat digambarkan dalam diagram T-s

seperti gambar di atas-kanan. Proses-proses yang terjadi adalah,

1-2 : Kompresi isentropis dalam kompresor

2-3 : Pembuangan kalor secara isobaris dalam kondenser

3-4 : Throttlingdalam katup ekspansi atau tabung kapiler

4-1 : Penyerapan kalor secara isobaris dalam evaporator

Persamaan energi untuk komponen-komponen refrigerator bisa dituliskan

sebagai berikut:

ie hhwq

dimana diasumsikan perubahan energi kinetik dan potensial bisa diabaikan.

Dari notasi-notasi pada gambar di atas maka COPs dapat dituliskan sebagai

berikut:

12

32

net,in

HHP

12

41

net,in

LR

COP

COP

hh

hh

w

qhh

hh

w

q

di mana1@pg1

hh dan3@pf3

hh .

2.2 Prinsip Dasar Pendingin Udara

Pada dasarnya prinsip kerja pendingin air atau air-cooled chiller sama seperti

sistem pendingin yang lain seperti AC dimana terdiri dari beberapa komponen utama


6/16

yaitu evaporator, kondensor, kompresor serta alat ekspansi. Pada evaporator dan

kondensor terjadi pertukaran kalor. Pada air-cooled chiller terdapat air sebagai

refrigeran sekunder untuk mengambil kalor dari bahan yang sedang didinginkan ke

evaporator. Air ini akan mengalami perubahan suhu bila menyerap kalor dan

membebaskannya di evaporator.

Secara umum prinsip kerjanya adalah sebagai berikut. Refrigeran didalam

kompresor dikompresikan kemudian dialirkan ke kondensor. Refrigeran yang mengalir

ke kondensor mempunyai tekanan dan temperatur yang tinggi. Di kondensor

refrigerant didinginkan oleh udara luar disekitar kondensor sehingga terjadi perubahan

fase dari uap menjadi cair. Kemudian refrigeran mengalir menuju pipa kapiler dan

terjadi penurunan tekanan. Setelah keluar dari pipa kapiler, refrigerant masuk ke

dalam evaporator. Di dalam evaporator refrigeran mulai menguap, hal ini disebabkan

karena terjadi penurunan tekanan yang mengakibatkan titik didih refrigeran menjadi

lebih rendah sehingga refrigeran menguap. Dalam evaporator terjadi perubahan faserefrigeran dari cair menjadi uap. Pada evaporator ini terjadi perpindahan kalor yang

bersuhu rendah, dimana air didinginkan oleh refrigeran. Kemudian refrigeran dalam

bentuk uap tersebut dialirkan ke kompresor kembali.

Di dalam evaporator, air sebagai bahan pendingin sekunder yang telah

didinginkan sampai temperatur tertentu kemudian dialirkan oleh sebuah pompa

menuju koil-koil pendingin dalam ruangan. Air ini akan bersirkulasi terus menerus

selama sistem pendingin bekerja.

1 2 Merupakan proses kompresi adiabatik dan reversibel, dari uap jenuh menuju ketekanan kondensor.

2 3 Merupakan proses pelepasan kalor reversible pada tekanan konstan,

menyebabkan penurunan panas lanjut (desuperheating) dan pengembunan

refrigerasi.

3 4 Merupakan proses ekspansi unreversibel pada entalpi konstan, dari fase cair

jenuh menuju tekanan evaporasi.

4 1 Merupakan proses penambahan kalor reversible pada tekanan konstan yang

menyebabkan terjadinya penguapan menuju uap jenuh.


7/16

Daur Kompresi Uap Aktual

Daur kompresi uap yang sebenarnya (aktual) berbeda dari siklus standard

(teoritis). Perbedaan ini muncul karena asumsiasumsi yang ditetapkan dalam siklus

standar. Pada siklus aktual terjadi superheat atau pemanasan lanjut uap refrigeran

yang meninggalkan evaporator sebelum masuk ke kondensor. Pemanasan lanjut ini

terjadi akibat tipe peralatan ekspansi yang digunakan atau dapat juga karena

penyerapan panas dijalur masuk (suction line) antara evaporator dan kompresor.

Pemanasan lanjut yang terjadi pada evaporator juga merupakan sesuatu yang

menguntungkan karena peristiwa ini dapat mencegah refrigeran yang masih dalam

fase cair memasukikompresor. Begitu juga dengan refrigeran cair mengalami subcooling pendinginan

lanjut atau bawah dingin sebelum masuk katup ekspansi atau pipa kapiler.

Pendinginan lanjut yang terjadi pada kondensor merupakan peristiwa yang normal

dan menguntungkan karena dengan adanya proses ini maka refrigeran yang memasuki

katup ekspansi seluruhnya dalam keadaan cair, sehingga menjamin efektifitas alat ini.


8/16

Perbedaan yang penting antara daur nyata (aktual) dan standar terletak pada

penurunan tekanan didalam kondensor dan evaporator. Daur standar dianggap tidak

mengalami penurunan tekanan pada kondensor dan evaporator, tetapi pada daur

nyata terjadi penurunan tekanan karena adanya gesekan antara refrigeran dengan

dinding pipa. Akibat dari penurunan tekanan ini, kompresi pada titik 1 dan 2memerlukan lebih banyak kerja dibandingkan dengan daur standar.

2.3 Refrigeran

Dalam sistem refrigerasi, refrigeran yang ideal minimal mengikuti sifat- sifat :

1. Tekanan Penguapan positif

Tekanan penguapan positif mencegah kemungkinan terjadinya kebocoran udara

kedalam sistim selama selama operasi.

2. Tekanan pembekuan yang cukup rendah.

3. Suhu pembekuan harus cukup rendah, agar pemadatan refrigerant tidak terjadi

selama operasi normal.

4. Daya larut minyak pelumas

Minyak yang digunakan sebagai pelumas dalam refrigerator, terutama pada sistim,

harus mudah larut, karena bersentuhan langsung dengan refrigeran.

5. Refrigeran yang murah.

6. Tidak mudah terbakar.

Uap refrigeran tidak boleh terbakar atau mengakibatkan kebakaran pada setiap

konsentrasi dengan udara.

7. Mempunyai tekanan kondensasi yang tidak terlalu tinggi, karena dengan tekanan

kondensasi yang tinggi memerlukan kompresor yang besar dan kuat, juga pipa-pipa

harus kuat dan kemungkinan terjadinya kebocoran sangat besar.

8. Kekuatan dielektrik yang tinggi.

Sifat ini penting untuk kompresor hermetik, karena uap refrigeran berhubungan

langsung dengan motor.

9. Mempunyai struktur kimia yang stabil, tidak boleh terurai setiap kali dimampatkan,

diembunkan, dan diuapkan.


9/16

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Chiller

F u n g s i C h i l l e r d a l a m s i s t e m t a t a u d a r a

a d a l a h m e n d i n g i n k a n m e d i a a i r , d i m a n a

a i r d is inggungkan pada bagian evaporator chi l ler . A ir kemudian

dial irkan ke AHU (Air HandlingUnit) untuk diambil dinginnya dan

dihembuskan ke ruangan. Pada Chil ler 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 chi l ler

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.

1. CHILLER (unit pendingin). Chiller adalah mesin refrigerasi yang berfungsi untuk

mendinginkan air pada sisi evaporatornya. Air dingin yang dihasilkan selanjutnya

didistribusikan ke mesin penukar kalor ( FCU/Fan Coil Unit ). Jenis chiller didasarkanpada jenis kompressornya:

a . R e c i p r o c a t i n g

b . S c r e w

c . C e n t r i f u g a l

Jenis chiller didasarkan pada jenis cara pendinginan kondensornya :

a. Air Cooled Chiller, yaitu chiller yang menggunakan udara sebagai media pendinginkondensernya.

Contoh gambar Air cooled Chiller :
http://teknisichiller.files.wordpress.com/2013/05/york-air-cooled-chillers-ylpa-300x203.jpg


10/16

b. Water Cooled chiller, yaitu chiller yang menggunakan air sebagai media pendingin

kondensernya

Contoh gambar Water cooled Chiller :

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 M e s i n m o u l d i n g , T r a n s f o r m a t o r , S C R T i g W e l d i n g

D l l . s e t e l a h m e l e w a t i M e d i a y a n g d i k eh en da ki , a ir k em bal i

menuju ke bak pendinginan untuk di dinginkan oleh evaporator. Setelah

didinginkan dalam bak oleh evaporator, air kembali di pompa menuju media yang

dikehendaki, begitulah singkat proses dari kerja water chiller ini.

Water chi l ler mulai dengan cairan di jalankan melalui kompresor, yang

menyebabkan cairan u n t u k b e p e r g i a n b e r s a m a s i s t e m

p e r p i p a a n d a n m e n y e r a p p a n a s d a r i s u m b e r

y a n g d i k e he n d a k i . H a l i n i k e m u d i a n p e r g i k e e v a p o r a t o r , d i

m a n a i a b e r u b a h m e n j a d i g a s d a n menyebarkan panas ke atmosfer.

Kemudian berjalan melalui kondensor, yang mengubah kembali menjadi cair dan

mengir imkannya 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

mes in besa r atau kond isio ner ruma h t angg a tunggal udara.
http://teknisichiller.files.wordpress.com/2013/05/water-cooled-chiller-300x171.jpg


11/16

3.2 Chilled Water dan Cooling Water

3.2.1 Chilled Water

Untuk mendinginkan udara dalam gedung, chiller tidak langsung mendinginkan

udara melainkan mendinginkan fluida lain (biasanya air) terlebih dahulu. Setelah air

tersebut dingin kemudian air dialirkan melaui AHU (Air Handling Unit). Di sinilah terjadi

pendinginan udara. Untuk lebih jelasnya lihat gambar 1.

Gambar 1. Skema Chiller

Chiller dapat dibuat dengan prinsip siklus refrigerasi kompresi uap atau sistem

absorbsi. Dalam tulisan ini yang dibahas adalah chiller yang menggunakan sistem

refrigerasi kompresi uap. Sistem refrigerasi yang digunakan dalam chiller tidak jauh

berbeda dengan AC biasa, namun perbedaannya adalah pertukaran kalor pada sistem

chiller tidak langsung mendinginkan udara.


12/16

Pada evaporator terjadi penarikan kalor. Heat Exchangerdisini mungkin berupa

pipa yang didalamnya terdapat pipa. Di pipa yang lebih besar mengalir air sedangkan

pipa yang lebih kecil mengalir refrigeran (bagian evaporator siklus refrigerasi). Untuk

lebih jelasnya dapat dilihat Gambar 2.

Gambar 2. Penampang Heat Exchanger Chiller

Di Heat Exchanger tersebut terjadi pertukaran kalor antara refrigeran yang

dengan air. Kalor dari air ditarik ke refrigeran sehingga setelah melewati Heat

exchanger air menjadi lebih dingin. Air dingin ini kemudian dialirkan ke AHU (Air

Handling Unit) untuk mendinginkan udara. AHU terdiri dari Heat exchanger yang

berupa pipa dengan kisi-kisidi mana terjadi pertukaran kalor antara air dingin dengan

udara.

Air dingin yang telah melewati AHU suhunya menjadi naik karena mendapatkan

kalor dari udara. Setelah melewati AHU air akan mengalir kembali ke Chiller (Bagian

Evaporator) untuk didinginkan kembali.


13/16

3.2.2 Cooling Water

Seperti dijelaskan sebelumnya dalam chiller juga terdapat perangkat refrigerasi

yang sistemnya terdapat bagian yang menarik kalor dan membuang kalor. Dalam hal

pembuangan kalor sering kali chiller menggunakan perantara air untuk mediapembuangan kalornya. Untuk lebih jelasnya lihat gambar 3.

Gambar 3. Skema Cooling water dengan Cooling Tower

Hampir sama dengan Chilled water, pertukaran kalor chiller pada kondensernya

juga melalui perantara air. Air dialirkan melalui kondenser. Kondenser ini juga

merupakan Heat exchanger berupa pipa yang didalamnya terdapat pipa. Pipa yang

lebih besar untuk aliran air dan pipa yang lebih kecil untuk aliran refrigeran. Di Heat

exchanger ini terjadi pertukaran kalor dimana kalor yang dibuang kondenser diambil

oleh air. Akibatnya air yang telah melewati kondenser akan menjadi lebih hangat.

Kemudian air ini dialirkan ke cooling tower untuk didinginkan dengan udara luar.


14/16

Setelah air ini menjadi lebih dingin, kemudian dialirkan kembali ke kondenser untuk

mengambil kalor yang dibuang kondenser.

Jadi di dalam sistem Chiller yang dijelaskan diatas dapat dijadikan satu kesatuan sistem

yang terdiri dari tiga buah siklus, yaitu: siklus refrigerasi (Chiller), Siklus Chilled Water,dan siklus Cooling Water. Untuk menjelaskan hal ini dapat dilihat gambar 4.

Gambar 4. Skema Chiller, Chilled Water dan Cooling Water


15/16

3.2.3 Contoh Soal

Refrigerator menggunakan refrigeran R-12 dan beroperasi dengan siklus kompresi

uap ideal antara 0,14 dan 0,8MPa. Apabila laju massa refrigeran 0,05kg/s, tentukan (a)

laju kalor dari ruangan yang didinginkan dan kerja kompresor, (b) laju kalor yang

dibuang ke lingkungan, (c) COP

Solusi

Dari tabel Refrigeran-12 (Tabel A-11A13)

Kondisi 1 (uap jenuh) :

kJ/kg7102,0

kJ/kg87,177MPa14,0

MPa14,0@1

MPa14,0@1

1

g

g

ss

hhp

Kondisi 2 (uap panas lanjut) :

kJ/kg65,208MPa8,0

2

12

2

h

ss

p

Kondisi 3 (cairan jenuh) :

kJ/kg3,67MPa8,0 MPa8,0@33 fhhp

Kondisi 4 (campuran jenuh) :

kJ/kg3,6734 hh

(a) Laju kalor yang diserap dari media yang didinginkan:

kW53,5)3,6787,117(05,0

)( 41L

hhmQ

Kerja kompresor:

kW54,1)87,17765,208(05,0

)( 12in

hhmW

(b) Kalor yang dibuang ke lingkungan:

kW07,7)3,6765,208(05,0

)( 32H

hhmQ

(c) Coefficient of Performance:

59,353,1

53,5COP

net,in

LR

w

q


16/16

BAB 1V

KESIMPULAN

1. Chiller adalah alat refrigerasi yang berfungsi untuk mendinginkan suatu

bangunan, biasanya bangunan yang besar , seperti mall, hotel, rumah sakit dll.

Chiller dan AC (air conditioner) berbeda, meskipun memiliki fungsi yang sama

sebagai pendingin ruangan. Perbedaannya terletak pada media yang

didinginkan, AC akan langsung mendinginkan udara didalam ruangan yang akan

dikehendaki. Sedangkan chiller mendinginkan air, yang kemudian air dingin ini

digunakan untuk mendinginkan ruangan.

2. Berdasarkan jenisnya, chiller dapat dibagi menjadi 2, yaitu:

A.Chiller berpendingin udara (Air-cooled)

b. Chiller berpendingin air (water-cooled).

3. Perbedaan mendasar dari keduanya terletak pada media pendingin yang

digunakan untuk mendinginkan condenser. Pada air-cooled chiller media

pendingin berupa udara langsung yang dibantu dengan induced draft fanatau

hisap penghisap. Sedangkan pada water-cooled chiller media pendingin

condenser berupa air yang disirkulasikan menuju tower pendingin (coolingtower).

Untuk beban pendinginanyang lebih besar, seperti gedung bertingkat,

pemakaian water-cooled chiller lebih disarankan. Sedangkan untuk beban yang

lebih kecil, air-cooled dapat digunakan. Tetapi semua terkandung kondisi

lapangan, water-cooled chiller selain membutuhkan banyak pompa dan ssuplai

air yang cukup, juga membutuhkan ruang yang lebih luas untuk membangun

tower pendingin.

Documents

Makalah Hvac Part. II (Chiller)