OPTIMALISASI SISTEM EXHAUST FAN DALAM SISTEM TATA
UDARA GUNA MENUNJANG STABILITAS FLOW PATTERN DI
LABORATORIUM
I Wayan Widiana, Mulyono, Sopyan Sori, Jakaria
Pusat Teknologi Radioisotop dan Radiofarmaka (PTRR) Kawasan Puspiptek Tangerang Selatan Telp. 021-7563141
ABSTRAK
OPTIMALISASI SISTEM EXHAUST FAN DALAM SISTEM TATA UDARA GUNA MENUNJANG STABILITAS FLOW PATTERN DI LABORATORIUM. Flow pattern (arah aliran udara) menjadi parameter penting dalam sistem tata udara pada laboratorium nuklir. Flow pattern dijaga sedemikian rupa agar udara mengalir dari daerah bersih menuju ke daerah kotor. Salah satu komponen penting dalam sistem tata udara terkait dengan flow pattern adalah sistem exhaust. Masalah terjadi pada sistem exhaust dimana motor fan 9 dan motor fan 10 terjadi kegagalan dengan suhu motor yang sangat tinggi. Beberapa langkah penting telah dilakukan terhadap sistem exhaust di PTRR untuk menunjang stabilitas flow pattern, salah satunya adalah meningkatkan kapasitas motor fan 9 dan motor fan 10. Hasilnya adalah flow pattern dapat ditingkatkan dan masalah panas pada motor dapat diminimalkan.
ABSTRACT
OPTIMIZATION OF EXHAUST FAN SYSTEM IN THE AIR CONDITIONING SYSTEM TO SUPPORT THE STABILITY OF FLOW PATTERN IN THE LABORATORY. Flow pattern is an important parameter in the HVAC system for a nuclear laboratory. Flow pattern is maintained in such a way that air flows from clean areas heading to the dirty areas. One of the important components in the HVAC system related to the flow pattern is exhaust system. Problem occurs in the exhaust system, in which the fan motor 9 and fan motor 10 failed to operate due to high temperatures in the motors. Several important steps have been carried out to the exhaust system in the PTRR to support the stability of the flow pattern, one of which is to increase the capacity of fan motor 9 and fan motor 10. As a result, flow pattern can be improved and the heat issue on the motor can be minimized.
PENDAHULUAN
asilitas nuklir seperti laboratorium yang dimiliki PTRR BATAN harus memiliki sistem ventilasi yang memenuhi syarat sesuai dengan nuclear
grade. Salah satu ketentuan yang terkait dengan flow pattern adalah bahwa udara mengalir dari
daerah bersih menuju daerah kotor atau udara mengalir dari daerah dengan tingkat kontaminasi rendah menuju daerah dengan tingkat kontaminasi lebih tinggi. Ketentuan tersebut bertujuan agar pekerja radiasi terhindar dari bahaya kontaminasi. Salah satu komponen penting yang mempengaruhi
flow pattern adalah system exhaust. Di gedung 11
PTRR BATAN sistem exhaust terbagi menjadi 3 sistem yang mewakili 3 daerah (zona) operasi. Di dalam setiap sistem exhaust terdapat 2 unit exhaust
fan yang beroperasi bergantian (redundand) [1].
Salah satu sistem exhaust fan yang terdiri dari
exhaust fan 9 dan exhaust fan 10 mengalami
penurunan kinerja dengan indikasi bahwa sistem kontrolnya (star delta) sering trip dan berdasarkan hasil inspeksi menggunakan thermal imaging diketahui terjadi distribusi panas yang sangat tinggi pada kerangka motor [2]. Kondisi tersebut sangat mempengaruhi stabilitas flow pattern. Jika tidak
dilakukan penanganan segera maka dikhawatirkan menimbulkan potensi terjadinya kontaminasi apabila terdapat lepasan radioaktif yang tidak dapat dihisap oleh sistem exhaust.
TEORI DAN TATA KERJA Sistem exhaust fan
Terdapat 3 Zona operasi dalam sistem
exhaust fan gedung 11 PTRR BATAN. Zone 1
didukung oleh sistem exhaust yang terdiri dari 2 buah exhaust fan yaitu exhaust fan 5 dan exhaust
fan 6 yang beroperasi secara redundan. Zona 1
meliputi daerah hot cell yang memiliki tingkat kontaminasi paling tinggi. Zona 2 dan zona 3 didukung oleh sistem exhaust yang terdiri dari
exhaust fan 9 dan exhaust fan 10. Zona 2 meliputi
daerah fome hood sedangkan zona 3 meliputi daerah glove box. Kedua zona tersebut memiliki tingkat kontaminasi lebih rendah dibandingkan hot
cell. Sedangkan untuk daerah yang tidak aktif
seperti pada ruangan laboratorium diisap oleh sistem exhaust yang terdiri dari exhaust fan 3 dan
exhaust fan 4 yang juga beroperasi secara redundant. Dari zona 1, zona 2 dan zona 3 hisapan
udara dialirkan menuju cerobong (stack) dengan dibantu oleh exhaust fan 3 atau exhaust fan 4, oleh karena itu exhaust fan 3 dan exhaust fan 4 memiliki kapasitas paling besar dibandingkan sistem exhaust
fan lainnya. Dalam makalah ini disampaikan bahwa
terjadi penurunan kinerja pada exhaust fan 9 dan
exhaust fan 10 dengan indikasi terjadi trip pada unit
kontrol exhaust fan, kemudian adanya disipasi panas yang berlebih pada motor penggerak exhaust
fan setelah dilakukan inspeksi menggunakan
kamera infra merah (thermal imaging). Panas berlebih juga berimbas kepada kondisi tali kipas
(V-belt) sehingga cepat longgar yang menyebabkan
slip. Kondisi V-belt slip menyebabkan putaran blower tidak maksimal sehingga mempengaruhi daya isap exhaust fan yang pada akhirnya flow
pattern menjadi terganggu.
Unit Kontrol
Sistem exhaust fan di gedung 11 dikendalikan oleh unit kontrol star delta kecuali
exhaust fan 5 dan exhaust fan 6 menggunakan
koneksi langsung listrik 3 phase. Karena kapasitas motornya hanya 0.25 kW dengan konsumsi arus sekitar 1,25 Amper. exhaust fan 9 dan exhaust fan 10 memiliki kapasitas masing masing sebesar 11 kW dengan konsumsi arus listrik sebesar 29 amper. Dalam beberapa bulan terakhir terjadi trip pada unit kontrol star delta untuk exhaust fan 9 dan exhaust
fan 10. Pada saat dilakukan pengukuran beban
motor berkisar pada angka 24 Amper akan tetapi konsumsi arus tidak terdeteksi pada saat trip [3].
Flow pattern
Flow pattern merupakan persyaratan khusus yang harus dipenuhi dalam sistem VAC yang berada dalam bangunan yang memiliki fasilitas nuklir atau yang terkait dengan kontaminasi zat radioaktif. Flow pattern yang harus dipenuhi adalah bahwa aliran udara mengalir dari daerah bersih (tingkat kontaminasi rendah) menuju daerah kotor (tingkat kontaminasi tinggi). Tujuannya adalah tidak akan terjadi perluasan daerah kontaminasi pada saat terdapat lepasan zat radioaktif pada suatu tempat. Flow pattern biasanya dicapai dengan pengaturan perbandingan aliran udara masuk (supply) dengan aliran udara keluaran (exhaust). Aliran udara masuk dipenuhi oleh AHU
(Air Handling Unit) yang memasok aliran udara
dingin guna memenuhi kebutuhan suhu dan kelembaban ruangan. Jika melakukan pengaturan aliran udara dari AHU secara signifikan dapat mengakibatkan kebutuhan suhu dan kelembaban tidak terpenuhi. Oleh karena itu exhaust menjadi peranan penting dalam pengaturan flow pattern. Penurunan kinerja exhaust sangat mempengaruhi pola flow pattern bahkan dapat merubah aliran dari negatif menjadi positif. Hal ini tidak diperbolehkan karena dapat memperluas daerah kontaminasi. Bahan
1. Exhaust fan 9 2. Exhaust fan 10
3. MCCB 100 Amper 4. Kontaktor 85 Amper 5. Thermal Overload 40 Amper 6. Panel Box ukuran 60 x 40 x 15 cm 7. Kabel 4 x 16 mm2.
8. Kabel serabut Peralatan 1. Tool set
2. Kamera infra merah 3. Flow meter
4. Multi meter 5. Tacho meter 6. Peralatan mekanik Metodologi
Metodologi yang dilakukan adalah melakukan evaluasi motor exhaust fan dengan teknik thermal imaging menggunakan kamera infra merah, analisa beban yang terhubung dengan
exhaust fan 9 atau 10, peningkatan kapasitas motor exhaust fan 9 dan exhaust fan 10 serta peningkatan
kapasitas sistem kontrol untuk exhaust fan 9 dan
exhaust fan 10 yang disesuaikan dengan kapasitas
HASIL DAN PEMBAHASAN
Inspeksi Motor Meggunakan Thermal Imaging
Dengan thermal imaging diperoleh data untuk motor fan 9 seperti pada Gambar 1. Terlihat bahwa terjadi distribusi suhu pada motor hingga mencapai 102 oC. Nilai suhu yang tinggi menunjukkan terjadinya anomali pada motor tersebut. Sedangkan pada motor fan 10 diperoleh data thermal imaging seperti Gambar 2. Seperti halnya motor fan 9, ternyata pada motor fan 10 juga menunjukkan distribusi suhu yang tinggi yaitu mencapai angka 93,2 oC.
Gambar 1. Thermal imaging motor fan 9
Gambar 2. Thermal imaging motor fan 10 Dengan demikian dapat dikatakan bahwa kedua motor exhaust fan tersebut sudah mengalami anomali. Penyebab anomali segera ditelusuri. Langkah awal adalah melakukan pemeriksaan
bearing. Dilakukan penggantian dengan bearing
baru. Akan tetapi tidak terjadi penurunan suhu motor. Kemudian analisa ditingkatkan dengan melakukan analisa beban yang terhubung dengan jalur exhaust fan 9 dan exhaust fan 10.
Analisa beban
Analisa beban mengarah pada kemungkinan adanya penambahan beban pada jalur
exhaust fan 9 atau exhaust fan 10 (zona 2). Analisa
dilakukan dengan menelusuri fasilitas tambahan yang terpasang di laboratorium seperti fome hood dan glove box yang memang membutuhkan jalur pembuangan udara menuju ke cerobong. Dari penelusuran ditemukan 3 buah fasilitas tambahan yang terhubung dengan jalur exhaust fan pada zona 2. Fasilitas tersebut berupa 2 unit fome hood dan 1 unit glove box.
Peningkatan Kapasitas Motor
Dari fakta di atas dapat dipastikan bahwa salah satu penyebab anomali pada motor exhaust
fan diakibatkan oleh penambahan beban pada jalur
zone 2. Selain itu faktor usia (lebih dari 25 tahun) juga mempengaruhi unjuk kerja motor. Untuk mengatasinya maka dilakukan peningkatan kapasitas motor. Dari kapasitas terpasang sebesar 11 kW kemudian ditingkatkan menjadi 15 kW. Terbukti dengan thermal imaging diperoleh distribusi suhu yang normal untuk motor 15 kW yaitu pada kisaran 40 oC, seperti terlihat pada Gambar 3 dan Gambar 4.
Gambar 3. Motor 15 kW yang dipasang untuk exhaust fan9 dan exhaust fan10
Gambar 4. Distribusi suhu pada motor 15 kW Peningkatan kapasitas unit kontrol
Kapasitas unit kontrol disesuaikan dengan kapasitas motor exhaust fan 9 dan exhaust fan 10. Kontrol yang digunakan adalah kontrol star delta untuk motor 3 phase. Komponen utama yang harus disesuaikan adalah kontaktor dan overload
(thermistor).
Kontaktor harus mampu dibebani sampai dengan beban diatas 40 Amper bahkan sampai dengan 60 Amper. Sedangkan untuk pengaman motor perlu dipasang overload dengan maksimal arus sebesar 40 Amper. Sehingga bila terjadi peningkatan beban melebihi 40 Amper maka
overload akan memutus aliran listrik ke motor.
Komponen lain yang harus disesuaikan adalah MCCB, panel bok dengan ukuran lebih besar serta kabel antara kontrol dengan motor diganti dengan ukuran 16 mm2 dari kapasitas sebelumnya sebesar 10 mm2. Dengan komponen komponen tersebut diharapkan kontrol star delta untuk motor exhaust
fan 9 dan exhaust fan 10 sebanding dengan
saat motor berada pada kondisi normal. Unit kontrol star delta untuk motor exhaust fan 9 dan
exhaust fan 10 dengan kapasitas motor 15 kW
dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Unit kontrol star delta untuk motor 15 kW
Analisa Flow Pattern
Analisa flow pattern merupakan perbandingan flow pattern sebelum dilakukan peningkatan kapasitas motor dan sesudah dilakukan peningkatan kapasitas motor. Tabel 1 menunjukkan perbandingan tersebut. Perlu diketahui bahwa sebelumnya telah dilakukan tindakan preventif lainnya misalnya perbaikan damper utama pada
ducting antara fan 9 dan fan 10 terhadap exhaust fan
3 dan exhaust fan 4 agar tidak terjadi turbolensi pada saat udara dibuang menuju cerobong. Selain itu juga dilakukan perbaikan check valve damper yang memiliki fungsi hampir sama dengan damper utama. Berdasarkan spesifikasi dari blower fan 9 dan blower fan 10 dinyatakan bahwa tidak dimungkinkan untuk melakukan penggantian motor dengan kapasitas lebih besar dari 15 kW. Dikhawatirkan dengan kapasitas motor melebihi 15 kW putaran motor juga menjadi lebih tinggi melebihi daya tahan blower. Akibatnya blower akan rusak karena tidak mampu menahan putaran yang melebihi kapasitas blower. Berdasarkan Tabel 1 dapat dinyatakan bahwa peningkatan kapasitas motor pada fan 9 dan fan 10 dapat meningkatkan
flow pattern dari kondisi sebelumnya. Beberapa
ruangan arah aliran udaranya menjadi masuk dari sebelumnya dengan arah keluar. Beberapa ruangan arah aliran udaranya menjadi balance dari sebelumnya dengan arah keluar. Memang masih diperlukan exhaust fan dengan kapasitas yang lebih besar untuk mendapatkan arah aliran udara sesuai persyaratan pada Tabel 1. Solusi lain yang pernah dilakukan adalah dengan cara menghidupkan
exhaust fan 3 dan exhaust fan 4 secara bersamaan.
Hal ini pernah dilakukan dan diperoleh data flow
pattern yang sangat bagus dimana semua ruangan
laboratorium flow pattern-nya masuk. Konsekuensinya adalah konsumsi listriknya menjadi sangat besar. Kesepakatan sementara adalah menghidupkan exhaust fan 3 dan exhaust fan
4 secara bersamaan dilakukan pada saat terjadi
kegiatan litbang maupun proses yang berpotensi terjadinya kontaminasi. Pada saat kondisi normal
exhaust fan 3 atau exhaust fan 4 dioperasikan
bergantian.
KESIMPULAN
Peningkatan motor dari 11 kW menjadi 15 kW dapat meningkatkan flow pattern walaupun tidak signifikan. Beberapa ruangan laboratorium akhirnya memiliki flow pattern dengan arah masuk dari sebelumnya balance dan beberapa ruangan menjadi balance dari flow pattern sebelumnya dengan arah keluar. Selain peningkatan kapasitas motor pada exhaust fan 9 dan exhaust fan 10, direkomendasikan untuk mengoperasikan exhaust
fan 3 dan exhaust fan 4 secara bersamaan pada saat
terjadi kegiatan litbang maupun proses yang berpotensi menimbulkan kontaminasi. Khusus untuk motor fan 9 dan motor fan 10 tidak ditemukan lagi panas yang berlebih setelah dilakukan inspeksi dengan thermography infra merah.
Tabel 1.Flow pattern sebelum dan sesudah peningkatan kapasitas motor
UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan terimakasaih kami sampaikan kepada Bapak Aceu Turyana selaku kepala Bidang Siklotron dan Keteknikan, Bapak Sopyan Sori selaku Kepala Sub Keteknikan dan teman-teman di Sub Bidang Keteknikan yang telah memberikan dukungan yang sangat besar bagi terwujudnya kegiatan ini.
DAFTAR PUSTAKA
1. NONAME, Nuclear Mechano Electronic Installation Cyclotron Building, Badan Tenaga
Atom Nasional, 1986.
2. I WAYAN W., Aplikasi Thermography Infra Merah Dalam Pemeliharaan Prediktif Motor
Exhaust Fan, Prosiding Seminar Penelitian Dan
Pengelolaan Perangkat Nuklir Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 11 September 2013
3. NONAME, Laporan Kegiatan Perawatan Sistem Exhaust, Bidang Sarana Penunjang dan Proses PRR BATAN, tahun 2012
LAMPIRAN
Gambar 6. Motor exhaust fan 9 sebelum diganti
Gambar 7. Motor exhaust fan 10 sebelum diganti
TANYA JAWAB Syarif
Apakah bisa ditanyangkan (dilengkapi) dengan gambar flow patern sistem tata udara di laboratorium tersebut ?
Kesimpulan sebaiknya dinyatakan secara kuantitatif misalnya sudah berapa % meningkatnya, dsb.
I Wayan Diana
Sebenarnya “flow pattern” yang dimaksud
adalah arah aliran udara bukan pola aliran,jadi hanya ditampilkan kemana arah aliran pada dua ruang yang berbeda apakah arahnya masuk atau keluar
Pada tabel hasil sudah disampaikan
peningkatkan yang dicapai walaupun tidak kuantitatif, karena dengan hasil tersebut arah aliran sudah dinyatakan bahwa setiap ruangan tersebut arah aliran memenuhi atau tidak serta solusi dan saran selanjutnya sudah dimakalah.
Irianto
Berapa nilai spesifikasinya untuk flow pattern dan masalah panas yang dioptimalkan sehingga menjadi optimal ?
I Wayan Diana
Nilai spesifik untuk flow pattern tidak
ditentukan, asalkan sudah memiliki arah masuk sudah dapat dinyatakan bahwa flow pattern tersebut memenuhi syarat.
Panas motor dapat dioptimalkan dari
102,30C,dan 93,20C menjadi suhu normal sekitar 400C
M.Subhan
Berapa suhu motor pada kondisi normal ? Berapa pertukaran arus pada motor ?
I Wayan Diana
Motor listrik dalam kondisi normal suhunya
antara 400C sampai dengan 700C, diatas 700Cmotor dikatakan bermasalah, dimungkinkan dari kondisi motor itu sendiri misalnya bearing, lilitan dll atau dari penambhan beban.
Untuk motor 11 kW tertera konsumsi arus
motor sebesar 24 A tetapi kenyataannya arus terukur dapat mencapai 32 A dan menyebabkan untuk kontrol trip.
