PERTEMUAN VII (Sistem Tata Udara)
KOMPONEN-KOMPONEN UTAMA
SISTEM TATA UDARA SENTRAL
III.1 Sistem Pemipaan Air
Sistem pemipaan air dari sistem tata udara sentral dapat meliputi sistem pemipaan air-dingin (chilled water) antara Evaporator (chiller) dan Fan Coil Unit (FCU) atau Air Handling Unit, dan sistem pemipaan air pendingin (water cooled) antara Kondenser dan Menara Pendingin (Cooling Tower). Untuk mensirkulasikan air melalui sistem pemipaan tersebut dibutuhkan pompa air dan aktup-katup.
Jenis pemipaan yang umum digunakan adalah jenuis sirkulasi dimana air yang telah digunakan tidak dibuang melainkan disirkulasikan untuk dapat dimanfaatkan kembali.
Pemipaan jenis sirkulasi ada dua sistem, yang pertama adalah sistem pemipaan tertutup (closed system) dimana air bersikulasi tidak berhubungan dengan udara atmosfer. Contoh sistem tertutup ini adalah pemipaan antara Evaporator (Chiller) dan AHU atau FCU. Yang kedua adalah sistem terbuka (open system) dimana air yang bersikulasi langsung berhubungan dengan udara atmosfer.
III.1.1 Sistem Pemipaan Air-Dingin
Air yang tekah didinginkan didalam evaporator (chiller) disirkulasikan ke AHU-AHU atau FCU-FCU oleh salah satu atau lebih pompa. Setelah meneyrap kalor dialam AHU/FCU air dingin tersebut kembali ke chiller untuk menjalani proses pendinginan kembali dan siklus kembali seperti semula.
Untuk sisem pemipaan tertutup, terdapat dua konfigurasi pemipaannya yaitu sistem pemipaan kembali langsung (direct return piping) dan sistem pemipaan kembali tak langsung (reverse retirn piping) atau kombinasi keduanya.
Debit air dingin yang bersirkulasi yaitu jumlah air dingin yang mengalir ke dalam Chiller
Dimana : Vcw = debit air dingin, liter/menit
Q = jumlah kalor yang diserap/dilepaskan didalam Koil pendingin, Kkal/jam
` to,ti = berturut-turut temperatur air dingin keluar
dan masuk koil pendingin oC
jumlah kalor yang diserap Q adalah jumlah kalor total yang berasal dari ruangan, kebocoran-kebocoran kalor disepanjang ducting dan pemipaan serta motor-motor. Didalam Chiller biasanya temperatur air dingin keluar adalah 5-12 oC dan masuk pada
10-17 oC
Seluruh pemipaan air dingin harus diisolasi dengan baik. Bahan isolasi yang umum dipakai adalah styrofiam dan polyurethane foam dengan tebal sekitar 25-50 mm dan konduktivitas thermal antara 0,03-0,05 Kkal/m hr oC. Dibagian luar isolasi diberi
pelindung, umumnya dari bahan alumunium voil dan dipasang dengan rapat untuk mencegah adanya rembesan air atau air embun kedalam lapisan isolasi. Fungsi utama dari isolasi ini adalah untuk memperkecil kebocoran kalor dan udara luar ke air dingin yang mengalir didalamnya.
III.1.2 Sistem Pemipaan Air Pendingin
Kondenser berpendingin air melepaskan kalor buangan ke air pendingin yang mengalir didalamnya sehingga setelah keluar dari kondenser temperaturnya naik dan oleh pompa dialirkan ke cooling tower untuk didinginkan agar dapat digunakan kembali sebagai air pendingin. Biasanya air pendingin masuk kondenser yang berasal dari cooling tower pada temperatur sekitar 28-32 oC dan keluar pada temperatur 34-40 oC.
Debit air pendingin yang dibutuhkan oleh Water Cooled condenser dapat dihitung
Dimana : Vcw = debit air pendingin, liter/menit
` to,ti = berturut-turut temperatur air keluar
dan masuk kondenser oC
Faktor yang sangat berpengaruh pada efek pendinginan mesin refigresi (chiller) adalah air pendingin kondenser baik kualitas maupun temperaturnya.
Dari persamaan (2.3) dapat dilihat bahwa jika temperatur air pendingin masuk rendah wqalaupun debit airnya konstan, temperatur air keluar Kondenser akan turun, perbedaan tempratur rata-rata dari kondenser akan naik sehingga kapasitas kompresor akan naik dengan demikian kapsitas pendingin total akan naik. Demikain pula walaupun temperatur air masuk tidak berubah tetapi apabila debit aliran air naik, maka kapasitas pendinginan unit akan naik.
III.1.3 Kerugian Gesek Didalam Sistem Pemipaan
Air yang mengalir didalam sistem pemipaan mengalami kehilangan energi (energi tekanan) disepanjang lintasannya.
Penurunan tekanan (presure drop) ini disebabkan oleh adanya kerugian gesekan karena terjadinya gesekan amtara lapisan air pendingin dengan dinding pipa dan akibat adanya tahanan total dari belokan-belokan, katu-katup, filter dan komponen sistem (evaporator, kondenser, cooling tower) dan sebagainya.
Besarnya kerugian tekanan ini sangat tergantung pada kecepatan air yang mengalir semakin tinggi kecepatannya, semaki besar drop tekanannya dan membutuhkan daya pompa yang besar pula. Kecepatan aliran yang tinggi akan juga mempercepat timbulnya erosi pada permukaan dalam pipa.
III.1.4 Katup-katup
Fungsi katup (valve) didalam sistem pemipaan air adalah untuk mengatur debit aliran air didalam pipa atau alat untuk menyetop dan mengalirkan air atau mengubah arah alian air. Terdapat beberapa macam jenis katup, tergantung fungsinya antara lain globe valve, gate valve, check valve, burtterfly valve, strainer dan sebagainya.
Penyambungan antara katup dan pipa dapat dilakukan dengan ulir atau flens, tergantung pada diameternya. Bahan rumah katup dari perunggu atau besi tuang. Pada dasarnya katup memiliki tiga fungsi dasar yaitu untuk mengalirkan dan menyetop aliran air, mengaturkan debit aliran dan mencegah aliran balik.
(1) Menyetop dan Menstart Aliran
Yang termasuk jenis ini adalah gate valve dan plug cock valve. Gate valve sangat cocok untuk fungsi tersebut, karena mempunyai drop tekanan yang minimum pada waktu katup dibuka penuh.
Demikian pula dengan plug cock valve drop tekanannya kecil pada keadaan membuka. Tetapi kedua-duanya dapat juga berfungsi sebagai throtting valve atau balancing valve.
(2) Mengatur Debit Aliran
Globe valve biasanya sangat sesaui untk fungsi ini, karena mempunyai drop tekanan yang tinggi pada keadaan membuka, tetapi sangat baik sekali sbagai katup pengatur, karen apersen aliran sebanding dengan persen bukaannya. Katup ini juga dapat digunakans ebagai balancing valve, namun bila telah selesai pengaturannya roda pengaturnya harus dilepas untuk mencegah adanya pengaturqan-pengaturan lain yang tidak diinginkan.
(3) Mencegah Aliran Balik
(4) Strainer
Strainer isap (strainer) berfungsi untuk menyaring kotoran-kotoran yang terbawa oleh aliran air misalnya tanah, pasir, serbuk besi, dan kotoran lain yang mengakibatkan terjadinya endapan pada pipa, katup dan perlengakapan lainnya. Strainer ini sangat dibutuhkan pada pemipaan jenis terbuka, misalnya pemipaan air pendingin kondenser. Strainer dipasang dibagian pipa keluar Cooling Tower dan didekat pemipaan masuk pompa.
III.1.5 Tinggi Angkat Pompa
Didalam sistem pemipaan, pompa sangat diperlukan untuk mengalirkan dan mensirkulasi air dari suatu bagian/unit ke bagian/unit lain melalui jaringan tertutup. Selama bersirkulasi, air mengalami hambatan-hambatan akibat adanya gesekan disepanjang pemipaan dan drop tekanan pada katup-katup atau peralatan-peralatan. Sehingga agar air dapat mengalir dengan debit yang sesuai, pompa harus dapat mengatasi adanya kerugian tekanan tersebut. Dengan demikian pompa harus dapat memberikan tinggi (energi) angkat pada air untuk mengatasi tahanan gesek, tahanan lokal dan tinggi angka statik. Jadi tinggi angkat total yang diperlukan oleh pompa adalah :
Pt = Pf + Pd + Pm + Ps
Dimana
Pt = tinggi angkat total, mH2O
Pf = kerugian gesek dari pipa lurus, mH2O
Pd = drop tekanan lokal, mH2O
Pm = drop tekanan peralatan, mH2O
Ps = tinggi angka statistik, mH2O
Kerugian gesek dari pipa, seperti yang telah dikemukakan sebelumnya, tergantung pada kecepatan air, diameter dalam pipa dan koefesien gesekan pipa, dimana faktor yang disebut terakhir ini tergantung pada kekasaran bagian dalam pipa.
Dan adanya kerugian tekanan karena tinggi angkat statik hanya berlaku untuk sistem pemipaan air pendingin kondenser.
III.2 Air handling Unit
Komponen lain yang sangat penting didalam sistem tata udara sentral seluruhnya udara (all air central conditioning system) adalah Central Air handling Unit (AHU). Komponen utama dari AHU umumnya dari Koil pendinging (Cooling Coil), Fan, Motor, Motor Fan dan Filter Udara. Ditinjau dari pengaliran udaranya ada dua tipe AHU yaitu :
(1) Horizontal Discharge (herizontal type) (2) Vertical Discharge (vertical type)
III.2.1 Karakteristik dan Performansi Fan
Fan adalah komponen AHU yang memberikan energi pada udara agar dapat mengalir dari satu tempat ke tampat lain dan untuk melawan tahanan aliran (gesekan) yang tibul disepanjang alirannya tersebut.
Hampir semua AHU dari sistem tata udara untuk kenyamanan memakai fan jenis sentrifugal. Ada dua tipe fan yang sering digunakan yaitu :
(1) Backward curved (2) Forward curved
Fan tipe backward digunakan untuk sistim distribusi udara yang membutuhkan tekanan statis tinggi (5-9’ WG). Sedangkan tipe forward untuk tekanan rendah dan medium (0-5” WG). Pada pemakaian sistem tata udara untuk kenyamanan pada umumnya menggunakan forward centrifugal fan.
Didalam sistem tata udara yang telah dikondisikan didalam AHU dialirkan ke seluruh ruangan yang dikondisikan melalui sistem cerobong udara (ducting system)
Disepanjang ducting udara mengalami gesekan dari dinding ducting,, damper belokan-belokan (elbow) koil pendingin dan filter udara. Udara yang dicatukan ke tiap-tiap ruangan harus sesuai dengan beban pendingin ruangan, agar kondisi udaranya dapat tercapai sesuai dengan yang diinginkan.
catu yang dibutuhkan oleh tiap-tiap ruangan terpenuhi sesuai dengan yang direncanakan (dibutuhkan).
Suatu jaringan sistem duct memiliki hubungan tekanan dan debit udara tertentu agar debit udara serta persyaratan-persyaratan lainnya terpenuhi, fan yang digunakan harus sesuai dengan sistem yang ada.
Perpotongan antara kurva fan dan kurva sistem cerobong (A) pada titik-1 adalah kondisi yang diharapkan, dimana pada keadaan ini interaksi antara fan dan sistem cerobong pada keadaan optimum (sesuai dengan desain). Sedangkan pada perpotongan kurva fan dengan kurva cerobong yang lain diluar dari yang direncanakan.
Sebagai contoh apabila filter udara dan atau koil pendingin AHU kotor sehingga hambatan udaranya menjadi lebih besar, kurva sistem cerobong menjadi kurva (B) sehingga titik perpotongannya pada titik-2 dan debit udara yangdialirkan oleh fan berkurang.
III.2.2 Koil Pendingin
Koil pendingin (cooling coil) dari AHU merupakan, komponen tempat berlangsungnya proses penyerapan kalor uara. Pada kebanyakan pemaianya, khususnya di negara tropis koil pendingin ini sekaligus berfungsi sebagai koil dehumidifikasi, sehingga setelah kontak dengan koil ini, temperatur dan kandungan uap air udara turun.
Koil pendingin terbuat dari bahan tembaga (cooper tube) yang bagian luarnya diberi fin-fin yang terbuat dari alumunium.
Fin-fin untuk memperbesar luas biang kontak antara udara dan koil, sehingga proses penyerapan kalor udara menjadi lebih efisien. Pada sistem tata udara untuk kenyamanan, jumlah baris (row) dari koil pendingin pada umumnya 4, 6 atau row dengan kerapatan fin berkisar 8-14 fin per inch pipa.
Dimensi dan jumlah baris dari koil pendingin ditentukan oleh besarnya debit atau catu dan temperatur titik embun peralatan yang dikehendaki. Sedangkan jumlah debit air dingin yang mengalir tergantung pada beban pendinginan dan kenaikan temperatur air dingin masuk dan keluar koil. Rentang temperatur air dingin yang masuk kekoil pendingin berkisar 40-50oF dengan kenaikan temperatur sekitar 10oF pada rentang
kecepatan aliran air sekitar 3-4 fps.
Udara yang bersirkulasi dialam sistem tata udara sebagian besar dari dalam ruangan-ruangan yang dikondisikan sebagai udara balik dan sebagian dari udara luar sebagai udara ventilasi (udara segar) dimana masing-masing membawa partikel-partikel kotoran.
Didalam air, handling sebelum udara kontak dengan koil pendingin harus disaring terlebih dahulu oleh filter udara.
Fungsi dari filter ini adalah menyaring partikel-partikel pengotor agar kebersihan dari koil pendingin ini tetap terjaga dan udara catu yang akan didistribusikan ke dalam ruangan-ruangan dalam keadaan bersih.
Kebersihan dari koil pendingin harus tetap dijaga karena adanya lapisan kotoran yang menempel pada fin-fin dan koil akan menyebabkan turunnya kemampuan penyerapan kalor udara sehingga efisiensi dari koil pendingin turun. Oleh sebab itu peranan filter udara sangat penting dan harus dibersihkan secara peruodik.
III.2.3 Pengontrolan
Kapasitas pendinginan AHU dapat dikontrol dengan cara : (1) Mengatur debit aliran air dingin
(2) Mengatur debit aliran udara (3) Kombinasi antara keduanya
pendingin menjadi lebih kecil sehingga kenaikan temperatur air dingin yang keluar koil juga turun dan mendekati temperatur air dingin masuk.
Keadaan ini dideteksi oleh sensor dimana sensor ini memberi sinyal ke kontroller dan kontroller menggerakkan three way valve. Katup pipa bypass membuka dan katup pipa keluar koil menutup., sehingga air dingin mengalir melalui pipa bypass tanpa terlebih dahulu melalui koil pendingin.
Demikian pula bila terjadi keadaan sebaliknya, katup pipa by pass menutup dan katup pipa keluar koil pendingin membuka dan air dingin mengalir ke dalam koil pendingin.
Untuk pengaturan debit aliran udara, dapat menggunakan face dan bypass damper. Jika beban pendinginan turun, face damper ari koil pendingin menutup dan bypass damper membuka, sehingga udara tidak melalui koil pendingin.
