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
5/20/2018 Makalah Hvac Part. II (Chiller)
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.
5/20/2018 Makalah Hvac Part. II (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.
5/20/2018 Makalah Hvac Part. II (Chiller)
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.
5/20/2018 Makalah Hvac Part. II (Chiller)
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
5/20/2018 Makalah Hvac Part. II (Chiller)
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.
5/20/2018 Makalah Hvac Part. II (Chiller)
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.
5/20/2018 Makalah Hvac Part. II (Chiller)
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.
5/20/2018 Makalah Hvac Part. II (Chiller)
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.jpg5/20/2018 Makalah Hvac Part. II (Chiller)
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.jpg5/20/2018 Makalah Hvac Part. II (Chiller)
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.
5/20/2018 Makalah Hvac Part. II (Chiller)
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.
5/20/2018 Makalah Hvac Part. II (Chiller)
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.
5/20/2018 Makalah Hvac Part. II (Chiller)
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
5/20/2018 Makalah Hvac Part. II (Chiller)
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
5/20/2018 Makalah Hvac Part. II (Chiller)
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.