Tonny Siahaan, Eko Yuli, Ahmad Paid, Yuwono Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir

205

ANALISIS KAPASITAS PENDINGINAN CHILLER VAC IEBE

Tonny Siahaan, Eko Yuli, Ahmad Paid, Yuwono Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir

ABSTRAK

Telah dilakukan analisis terhadap kapasitas pendinginan chiller VAC IEBE. Chiller berfungsi untuk menghasilakn air dingin (chilled water) yang digunakan sebagai media pendingin udara pada sistem udara supply VAC IEBE. Kapasitas pendinginan menunjukkan kemampuan pendinginan sebuah mesin pendingin(water chiller) yang dapat diketahui dari beda temperatur air masuk dengan keluar mesin pendingin. Chiller yang terpasang di IEBE adalah merk YORK model YAEP jenis

reciprocating yang menggunakan refrigeran R22 sebagai media pendingin. Analisis kapasitas pendinginan dimaksudkan untuk mengetahui apakah chiller sudah bekerja pada kapasitas maksimum. Analisis dilakukan terhadap data-data parameter operasi chiller seperti temperatur air masuk dan keluar mesin pendingin, kuat arus motor, kuat arus motor kompresor, tekanan discharge serta kuat arus motor pompa primer. Dari data pengukuran diketahui bahwa peresen kuat arus motor kompresor maksimum adalah 72 %. Dari hasil analisis diketahui bahwa mesin pendingin bekerja di bawah kapasitas air desain. Beda temperatur yang dicapai melebihi kemampuan desain diperkirakan karena laju alir yang memasuki chiller lebih rendah dari data desain. Untuk meningkatkan kapasitas pendinginan operasi, perlu dilakukan peningkatan laju alir air dingin dengan pengaturan ulang katup ataupun penambahan refrigeran.

Kata kunci: chiller sistem refrigerasi.

PENDAHULUAN

Instalasi ELemen Bakar Eksperimental dirancang memiliki tiga fasilitas yang utama yaitu Laboratorium FFL (Fuel Fabrication Laboratory), PCP (Pilot Conversion Plant) dan

Berilium Area. Sebagai INNR (Instalasi Nuklir Non Reaktor)[1] masing-masing fasilitas dilengkapi dengan sistem Ventilasi dan pengkondisian udara (VAC-Ventilation and Air

Conditioning) secara terpisah. Sistem VAC pada fasilitas nuklir berfungsi sebagai sarana utama untuk menjamin keselamatan bagi pekerja radiasi didalam gedung dan lingkungan[2].

Sistem VAC dioperasikan untuk mengatur temperatur dan kelembaban udara di dalam ruangan serta untuk menciptakan tekanan udara lebih rendah di dalam gedung

laboratorium dibandingkan dengan tekanan udara di luar gedung. Sistem VAC juga menciptakan pola alir udara ruangan di dalam gedung sehingga udara mengalir dari ruang

berpotensi tingkat radioaktivitas rendah menuju ruangan dengan potensi radioaktivitas yang lebih tinggi. Kemudian udara buang dialirkan ke lingkungan melalui cerobong setelah terlebih dahulu disaring melewati filter HEPA sehingga udara yang dilepaskan ke

lingkungan berada dalam batas ambang keselamatan nuklir yang dipersyaratkan[1]. Sistem

VAC terdiri dari sistem udara masuk (supply) dan sistem udara buang (exhaust).

Chiller adalah salah satu peralatan utama untuk menciptakan kenyamanan udara

206

water) yang dihasilkan chiller disirkulasikan ke dalam AHU (Air Handling Unit) sistem udara

supply untuk pengkondisian udara ruangan. Air dingin yang mengalir didalam pipa-pipa koil

pendingin bersinggungan dengan udara atmosfer yang mengalir melalui celah-celah bagian luar pipa oleh tarikan blower sistem udara supply dan selanjutnya udara terkondisi

didistribusikan ke dalam ruangan melalui saluran udara (ducting).

Mesin pendingin (water chiller) yang terpasang adalah jenis torak (reciprocating)

dengan pendingin udara (air cooled) buatan York dengan kapasitas pendinginan 749 kW[3].

Pada saat ini chiller terpasang dua unit (CH.01B dan CH.02B) dengan kapasitas pendinginan yang sama sebagai pengganti unit yang terpasang sejak awal pembangunan

IEBE. Penggantian mesin dilakukan tanpa mengganti pompa sirkulasi air dingin (pompa primer dan pompa sekunder) yang terpasang sebelumnya.

Kapasitas aliran air dingin chiller lebih kecil dari kapasitas aliran pompa primer sehingga dilakukan pengaturan katup yang terpasang pada pipa chiller. Dalam

pengoperasian chiller sering dilakukan penambahan air untuk mengkompensasi kebocoran pada pipa-pipa koil pendingin yang terpasang pada AHU sistem udara supply. Analisis ini

dilakukan untuk mengetahui apakah chiller bekerja dengan kapasitas maksimum.

Analisis kapasitas pendinginan chiller dilakukan dengan menganalisis data-data

operasi chiller seperti temperatur air masuk dan keluar chiller, tekanan suction dan

discharge refrigerant, persen kuat arus motor kompresor serta kuata arus motor pompa

primer. Hasil perhitungan dibandingkan dengan kapasitas pendingin sesuai data perancangan mesin.

Chiller bekerja menurut siklus refrigerasi kompresi uap dan menggunakan

refrigeran R22 sebagai media pendingin. Panas yang dikandung air akan diserap oleh refrigeran melalui cooler dan kemudian dibuang ke udara lingkungan melalui kondensor

chiller.

Mesin pendingin sistem kompresi uap[4] terdiri dari empat komponen utama yaitu:

evaporator, kompresor, kondensor, katup ekspansi yang dihubungkan oleh pipa sehingga menjadi sebuah rangkaian tertutup dan di dalamnya mengalir refrigeran sebagai fluida

kerja(Gambar 1). Refrigeran menyerap panas di dalam evaporator dan berubah fasa dari cair ke gas, kemudian dimampatkan di dalam kompresor sehingga terjadi kenaikan

tekanan gas refrigeran tersebut. Refrigeran berbentuk gas dialirkan ke dalam kondensor akan mengalami perubahan fasa menjadi cair. Peristiwa kondensasi yang dialami

refrigeran disertai dengan pelepasan panas ke udara lingkungan yang dibantu oleh tiupan udara kipas kondensor (condensor fan). Refrigeran cair yang bertekanan tinggi akan

207

mengalir kembali ke dalam evaporator. Refrigeran gas bertekanan rendah dari evaporator mengalir kembali ke dalam kompresor dan seterusnya mengikuti tahapan siklus berikutnya.

Chiller IEBE buatan York dengan model YAEP 99V[3] terdiri dari dua unit sistem

refrigerasi (sistem-1 dan sistem-2) dimana kedua evaporator digabungkan di dalam satu unit tabung penukar kalor (heat exchanger) berbentuk silinder yang berfungsi sebagai

pendingin (cooler). Cooler terdiri dari sejumlah pipa-pipa kecil yang dirangkai sebagai penukar kalor jenis shell and tube dimana refrigeran mengalir di dalam tube sedangkan

air mengalir pada bagian luar (shell). Satu unit chiller memiliki dua unit kompresor yang dapat dioperasikan bergantian ataupun secara bersama-sama sesuai beban pendinginan yang ada. Masing-masing kondensor terdiri dari empat unit kipas yang juga dapat diatur

pengoperasiannya sesuai beban pendingin. Chiller ini dioperasikan secara otomatik yang

dikendalikan dengan sistem micro based computerized dan dilengkapi dengan tampilan parameter operasi pada panel kendali. Dalam Gambar 2 ditunjukkan diagram alir refrigeran chiller York jenis air cooled dengan dua sistem refrigerasi.

208

Gambar 2. Diagram alir refrigeran chiller dengan dua sistem refrigerasi[3]

Untuk menjaga kesinambungan operasi maka sistem pengoperasian chiller ditetapkan satu

unit operasi dan satu unit lainnya sebagai cadangan. Selama tahun 2017 chiller yang sering dioperasikan adalah Chiller CH.02B, maka analisis dipilih untuk unit CH.02B.

METODOLOGI

Kapasitas pendinginan chiller dapat diketahui dari jumlah kalor yang diserap refrigeran ataupun jumlah kalor yang dilepaskan oleh air. Sesuai neraca kalor, maka

jumlah kalor yang diserap refrigeran adalah sama dengan kalor yang dilepaskan oleh air di dalam cooler.

Jumlah kalor yang diserap refrigerant[4] :

Q

f

= m

f

x (h

d

–

h

s

)

dimana : mf = laju alir refrigeran

hd = entalpi refrigeran pada tekanan discharge kompresor

hs = entalpi refrigeran pada tekanan suction kompresor

Jumlah kalor yang dilepaskan air :

Q

w

= m

w

x c

p

x (T

i

–

T

o

)

dimana : mw = laju alir air dingin (liter/detik)

cp = panas jenis air = 1 kCal/kg

o

C = 4,18 kJ/det kg.oC Ti = temperatur air memasuki chiller

209 Atau :

Q

w

= m

w

x 4,18 x (T

i

–

T

o

)

Dari data-data teknis chiller diketahui : Kapasitas pendinginan : 749 kW

Laju alir air maksimum : 40,5 liter/detik

Dari data teknis pompa sirkulasi (pompa primer), kapasitas aliran : 190 m3/jam = 52,78 liter/detik. Kuat arus motor pompa primer : 42 A. Data-data operasi chiller dicatat selama

perioda bulan Maret 2017 sampai dengan Oktober 2017.

210

Untuk mengetahui kemampuan chiller dapat dilihat dari hubungan beda temperatur air masuk dan keluar dengan amper pompa primer, persen amper motor rata-rata kompresor,

tekanan discharge rata-rata kompresor serta kondisi udara luar pada saat dilakukan pencatatan (Tabel 2).

Beda temperature air masuk dan keluar akan semakin besar jika kuat arus motor pompa primer turun dan akan berkurang jika kuat arus motor primer naik. Dalam hal ini laju alir air memasuki chiller ditunjukkan besar kuat arus pompa primer.

Dari data spesifikasi teknis chiller diketahui laju alir air memasuki chiller adalah 40,5 liter/detik, maka beda temperatur air masuk dan keluar adalah :

ΔT = 749/(4,18 x 40,5) = 4,4 o

C

Artinya dengan kapasitas pendinginan chiller sebesar 749 kW dengan laju alir air 40,5

liter/detik maka beda temperatur air adalah 4,4 oC.

Sehubungan sistem chiller tidak memiliki alat ukur laju alir air (flowmeter), maka untuk

memperkirakan laju alir air dapat dibandingkan dengan hasil pengukuran kuat arus pompa primer dalam persen terhadap kuat arus motor sesuai spesifikasi motor listrik penggerak

pompa. Motor listrik penggerak pompa primer adalah motor tiga fasa dengan daya 30 HP dan kuat arus listrik 42 A. Pompa primer adalah pompa yang mensirkulasikan air ke dalam

chiller.

Tabel 2. Hubungan beda temperatur air dengan kuat arus motor

Temperatur lingkungan

To ( o

C)

Temperatur Air Kuat Arus

211

Informasi lain yang dapat diperoleh dari data-data operasi chiller adalah :

- persen arus motor kompresor maksimum adalah 72 %, menunjukkan pencapaian

belum mendekati 100 %.

- kuat arus pompa primer 33,3 - 39,8 A hal ini menunjukkan bahwa laju alir air berpariasi dapat terjadi karena adanya kebocoran pada sistem perpipaan terutama

pada pipa-pipa koil pendingin (AHU).

Jika dilihat dari nilai persen arus motor kompresor baru mencapai 72 % serta kuat arus

pompa primer yang terukur masih di bawah kuat arus motor pompa maksimum (42 A), menunjukkan bahwa mesin pendingin bekerja di bawah kapasitas pendinginan maksimum.

Dari Tabel 2, data yang paling banyak adalah beda temperatur air 6 oC pada temperatur air masuk 14 oC dan temperatur keluar 8 oC. Jika diperhatikan pada kondisi 72 % kuat arus

motor kompresor diketahui kuat arus motor pompa primer adalah 37 A dengan tekanan

discharge rata-rata kompresor 19,5 bar dengan kondisi udara lingkungan 33,4 oC. Jika

dibandingkan dengan kuat arus motor pompa primer 36 A, diiketahui persen kuat arus motor kompresor sebesar 62,5 % dan tekanan discharge rata-rata kompresor 18,5 bar dengan kondisi udara lingkungan 32,9 oC. Penurunan persen kuat arus kompresor ditandai

212

motor kompresor karena jumlah laju alir yang lebih rendah sehingga beban pendinginan kompresor juga berkurang.

Kemudian pada kuat arus pompa primer 39,6 A, persen kuat arus kompresor sebesar 65 % dan tekanan discharge kompresor 16,8 bar pada temperatur udara lingkungan 27,4 oC.

Meskipun kuat arus motor pompa primer tinggi, peresen arus motor kompresor hanya 65 % karena temperatur lingkungan rendah. Data-data ini juga menunjukkan bahwa beda temperatur air yang dicapai sebesar 6 oC adalah disebabkan chiller bekerja di bawah

kapasitas laju alir yang sesungguhnya. Hasil pengukuran lainnya juga menunjukkan kuat arus pompa primer berada di bawah 36 A.

Untuk meningkatkan kapasitas alir air memasuki chiller dapat dilakukan dengan mengatur pembukaan katup sehingga chiller bekerja dengan kapasitas yang mendekati nilai desain

ataupun penambahan refrigeran.

KESIMPULAN

Dari hasil pengukuran diketahui persen kuat arus maksimum adalah 72 % yang

menunjukkan bahwa chiller beroperasi di bawah nilai beban maksimum desain. Beda temperatur air masuk dan keluar chiller melebihi 6 oC juga menunjukkan bahwa laju alir air

yang memasuki chiller lebih kecil dari nilai desain. Untuk meningkatkan kapasitas pendinginan chiller dapat dilakukan dengan melakukan pengaturan pembukaan katup

ataupun penambahan refrigeran.

DAFTAR PUSTAKA

1. Anonim, Laporan Analisis Keselamatan Instalasi Elemen Bakar Eksperimental, Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir BATAN, No. Dok. KK32 J09 002

2. Anonim, Heating, Ventilation and Air Conditioning Applications, ASHRAE Handbook 2003.

3. Anonim, High Ambient Air-Cooled Liquid Chiller YAEP, Jhonson Control, York.

4. W.F. Stoecker, Refrigeration & Air Conditioning, 2nd edition, Mc. Graw-Hill Book