Chiller - Air Conditioning 1.1 Pengertian Chiller Chiller atau mesin

Chiller - Air Conditioning
1.1
Pengertian Chiller
Chiller atau mesin refrigerasi adalah peralatan yang biasanya menghasilkan media
pendingin utama untuk bangunan gedung, dengan mengkonsumsi energi secara langsung
berupa energi listrik, termal atau mekanis, untuk menghasilkan air dingin (chilled water) dan
membuang kalor ke udara (atmosfir) melalui menara pendingin (cooling tower) atau
kondensor. Fungsi Chiller dalam sistem tata udara adalah mendinginkan media air, dimana
air disinggungkan pada bagian evaporator chiller. Air kemudian dialirkan ke AHU (Air
Handling Unit) untuk diambil dinginnya dan dihembuskan ke ruangan. Pada Chiller 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 chiller 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.
http://www.scribd.com/doc/77315189/Chiller
Komponen-komponen dasar dari water chiller system antara lain kompresor,
pendingin air (evaporator), kondenser, motor penggerak kompresor, alat pengatur aliran
refrigerant dan panel kontrol. Komponen-komponen penunjang lain diantaranya adalah
receiver, intercooler/subcooler, pendingin pelumas (oil cooler), oil separator, pompa oli dan
alat-alat pengaman.
Mesin utama dari sebuah chiller adalah kompresor, dan jenis-jenis kompresor yang
umumnya digunakan adalah :
1.2

Kompresor Piston (Reciprocating compressor)

Kompresor Kisar (Rotary compressor)

Kompresor Ulir (Screw compressor)

Kompresor Sentrifugal (Centrifugal compressor)
Prinsip Kerja Chiller
Siklus refrigerasi dari water chiller system secara sederhana. Air masuk kedalam
cooler (evaporator) dan didinginkan oleh cairan refrigerant yang menguap pada temperatur
rendah. Uap refrigerant dihisap masuk ke kompresor dan tekanannya dinaikkan sehingga
dapat mencair kembali pada temperatur tinggi di kondenser. Pada proses ini temperatur
medium pendingin kondenser (air atau udara) mengalami kenaikan. Refrigerant cair tersebut
kemudian mengalir ke evaporator melalui alat kontrol refrigerant (katup ekspansi) dan siklus
terus berulang seperti semula.
1.3
Jenis-Jenis Chiller
1.2.1 Berdasarkan sistem pendinginan
1. Air Cooled Chiller
Mesin refrigerasi dengan pendinginan udara (air cooled chiller), pada prinsipnya hampir sama
dengan split duct AC, tetapi dalam ukuran besar. Unit mesin ini pada umumnya berada diatas
atap beton dari sebuah bangunan. Komponen utama dari 1 unit ACC adalah 2 kompresor atau
lebih, dengan katup ekspansi dan evaporator berada dalam unit utama, termasuk
kondensornya. Evaporator mendinginkan air dan air dingin disirkulasi kesetiap tingkat
melalui alat pengatur udara (air handling unit) atau disingkat AHU. Dari AHU dengan blower
besar menyalurkan udara dingin, yang diperoleh dari hembusan melalui pipa-pipa aliran air
dingin unit utama diatas, keruangan yang akan dikondisikan. Udara dingin yang masuk
kedalam ruangan dari AHU ini diatur dengan diffuser yang ada disetiap ruangan, Atau
kadangkadang dengan pipa-pipa langsung keruangan melalui alat kipas koil (Fan coil unit)
atau disingkat FCU. Dalam desain gedung, bila menggunakan air cooled chiller perlu
diperhatikan lokasi dan luas atap beton untuk penempatan unit-unit chillernya. Yang sering
kurang diperhatikan dalam desain atap untuk air cooled chiller adalah akses untuk
pemeliharaan unit tersebut. Ada kalanya terjadi perubahan desain dari water cooled chiller ke
air cooled chiller, karena terutama masalah waktu instalasi ataupun keadaan air setempat.
2. Water Cooled Chiller
Mesin refrigerasi dengan pendinginan air (water cooled chiller), pada prinsipnya hampir sama
dengan Mesin refrigerasi pendinginan udara (air cooled chiller) dalam distribusi udara dingin
melalui AHU atau FCU. Perbedaan utamanya adalah pendinginan refrigerannya, bukan
dengan udara, tetapi dengan air, dimana airnya didinginkan melalui menara air atau cooling
tower. 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 Mesin
moulding, Transformator, SCR Tig Welding Dll. setelah melewati Media yang di kehendaki,
air kembali menuju ke bak pendinginan untuk di dinginkan oleh evaporator. di dinginkan
dalam bak oleh evaporataor, air kembali di pompa menuju media yang dikehendaki. Water
chiller mulai dengan cairan dijalankan melalui kompresor, yang menyebabkan cairan untuk
bepergian bersama sistem perpipaan dan menyerap panas dari sumber yang dikehendaki. Hal
ini kemudian pergi ke evaporator, di mana ia berubah menjadi gas dan menyebarkan panas ke
atmosfer. Kemudian berjalan melalui kondensor, yang mengubah kembali menjadi cair dan
mengirimkannya 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 mesin besar atau kondisioner rumah tangga tunggal
udara. Mesin refrigerasi dengan pendinginan air, pada umumnya ditempatkan dalam lantai
bawah (basement) suatu bangunan. Dalam desain yang perlu diperhatikan adalah ventilasi
keruangan chiller harus dihitung dengan baik, agar ruangan tersebut jangan menjadi “neraka”
bagi pengerjanya
Perbedaan antara Air Cooled Chiller dan Water Cooled Chiller.
Air Cooled Chiller :

Efisiensi rendah

Waktu pemasangan cepat.

Biaya perawatan rendah.
Water Cooled Chiller :
3.

Effisiensi tinggi

Waktu pemasangan lebih lama.

Biaya perawatan tinggi.
Absorption Chiller.
Salah satu cara tertua untuk melakukan pendinginan suatu ruangan secara mekanis
adalah teknologi absorbsi (absorption technology). Kelihatan tak masuk akal dengan
membakar sesuatu untuk menghasilkan pendinginan, tetapi hal itu yang terjadi dalam suatu
chiller absorpsi. Teknologi absorbsi ini sebenarnya mudah pengoperasiannya maupun
pemeliharaannya, tetapi pada masa kini teknologi ini mulai hampir tidak digunakan karena
tidak fleksibel penggunaannya. Refrigeran yang digunakan oleh chiller jenis ini adalah
sebenarnya air, karena perubahan fase yang terjadi dan yang memberi dampak pendinginan
adalah melalui media air. Fluide kedua yang mengatur proses ini adalah garam, yang
dikatakan sebagai Litium Bromida (lithium bromide). Panas dibutuhkan untuk memisahkan
kedua fluida ini, yang kemudian dipertemukan kembali dalam lingkungan yang hampir
vakum. Air ini mengalami perubahan fase pada waktu dicampur kembali dengan garam pada
suhu yang sangat rendah. (pada tekanan atmosfir yang normal, air menguap pada suhu 212F,
dalam suatu alat absorbsi, air menguap cukup dingin untuk menghasilkan air dingin pada
46F. Karena suhu air dingin yang dihasilkan oleh chiller absorbsi paling rendah adalah 46F,
maka chiller jenis ini tidak dapat digunakan dalam penerapan refrigerasi dengan suhu rendah.
Peralatan tata udara dengan Sistem absorbsi ini sebenarnya sangat efisien dan
pemeliharaanya mudah, tetapi bila ada kerusakan pada peralatan ini perbaikannya
memerlukan waktu lama dan biaya yang besar. Bahkan untuk kerusakan tertentu, maka
seluruh unit tidak dapat difungsikan kembali. Ini menyebabkan penggunaan peralatan
pengkondisian udara dengan sistem absorbsi ini kurang diminati.
http://www.scribd.com/doc/56719769/Makalah-Chiller (Diakses tanggal 16/11/2012, 20:15)
1.2.2 Berdasarkan jenis kompressor
1.
Reciprocating Water Chiller
Water chiller dengan kompresor jenis reciprocating (torak) sangat luas pemakaiannya,
karena mempunyai rentang yang lebar dari 20 TR sampai dengan 400 TR. Kompresor torak
adalah resin dengan perpindahan positif, gas diisap masuk kedalam silinder dan langsung
dikompresikan sehingga dapat mengalirkan volume refrigerant dengan laju yang konstan
pada rentang tekanan yang lebar.
Ada tiga tipe kompresor torak yang umum digunakan pada water chiller yaitu:
a. Fully Hermetic
b. Semi Hermetic
c. Direct-drive Open
Refrigerant yang umum dipakai adalah R-12 dan R-22
Karakteristik Performansi
Hal yang khusus pada kompresor torak adalah karakteristik kenaikan tekanan versus
kapasitas. Kenaikan tekanan kecil pengaruhnya terhadap kenaikan laju aliran volume dari
kompresor dan dengan demikian Reciprocating Water Chiller tetap berada disekitar kapasitas
pendinginan
penuh
walaupun
bekerja
diatas
temperratur
wet-bulb
perencanaan.
Reciprocating water chiller cocok untuk pemakaian kondensor berpendingin udara (Air
Cooled Condenser) dan sistem refrigerasi temperatur rendah. Metode pengontrolan kapasitas
dari kompresir reciprocating dilakukan dengan cara sebagai berikut :
a. Unloading of Compresor Cylinder
b. On-off siklus kerja kompresor
c. Hot-gas bypass
d. Compresor speed control
e. Kombinasi darisemua cara diatas.
Bagian-bagian Reciprocating Water Chiller
Water Chiller ini terdiri dari :
o Kompresor torak (Reciprocating Compressor)
o Cooler (Evaporator)
o Water Coled Condenser
o Thermostatic Expansion Valve
o Control Box
Mekanisme kerja dari masing-masing komponen dijelaskan sebagai berikut;
a. Kompresor
Gas refrigerant dan evaporator dihisap masuk kedalam Kompresor dan mengalami
proses kompresi sehingga tekanan dan temperaturnya naik, kemudian mengalir ke kondenser.
b. Kondenser
Didalam kondenser terjadi proses pekepasan kalor dari gas refrigerant ke medium
pendinging kondenser (air), sehingga refrigerant mengalami perubahan fasa dari fas agas ke
fasa cair sedangkan temperatur air pendingin setelah keluar kondenser naik
c. Cooler (evaporator)
Refrigerant cair dari kondenser mengalir masuk ke cooler (evaporator) setelah
mengalami ekspansi di katup ekspansi. Pada waktu masuk cooler temperatur dan tekanan
refrigerant turun dalam fasa campuran. Kemudian refrigerant menguap pada temperatur
rendah sambil menyerap kalor dari air dingin, fasa refrigerant seluruhnya menjadi uap dan
dihisap kembali kedalam kompresor.
d. Katup Ekspansi
Refrigerant yang kelur dari kondenser dalam keadaan fasa cair dengan temperatur dan
tekanan yang tinggi. Pada saat masuk kedalam katup ekspansi terjadi proses penurunan
tekanan refrigerant sehingga refrigerant dapat menguap (sambil menyerap kalor) pada
temperatur rendah didalam cooler.
e. Pengontrol

Freeze Protection Thermostat
Sensor alat ini mendeteksi temperatur air dingin yan keluar dari cooler. Bila
temperatur air dingin terlalu rendah, lebih rendah dari set point thermostat, kontroler akan
mematikan kompresor. Pada umumnya tempratur air dingin keluar dari cooler adalah pada
rentang 4-10 oC

Oil Pressure Cut Off
Kontroler ini akan mematikan motor kompresor jika perbedaan antara Suction
Kompresor dan Discharge Pompa Oli berada dibawah harga minimum yang aman. Pada
umumnya switch kontroler akan membuka (open) jika harga differensialnya sekitar 10 psi
dan kaan menutup kembal jika naik sekitar 15 psi.

High & Low Pressure Cut Off
High pressure switch akan mematikan motor kompresor sebelum tekanan Discharge
kompresor mencapai harga setting relief valve. Low Pressure Switch akan mematikan motor
kompresor sebelum tekanan cooler (evaporator) mencapai harga yang bersesuaian dengan
temperatur refrigerant 32oF. sebagai contoh untuk sistem yang menggunakan R-12 akan
menutup pada posisi 50 psi dan akan membuka pada 33 psi.

Capacity Control
Fungsi dari Kontrol kapasitas ssitem adalah untu mengatur kapasitas pemompaan refrigerant
dari kompresor secara otomatis yang disesuaikan dengan beban peningin yang ada. Sensor
dari alat ini mendeteksi temperatur air dingin yang masuk kecooler.
Sinyal darisensor masuk ke arangkaian Kontroler. Jika tempratur air dingin berada di
bawah/atas setpoint thermostat, kontroler akan mengatur bukanan selenoid valve yang
selanjutnya secara sekuensial akan mengatur pembebanan dari satu atau dua set slilinder
kompresor
f. Compresr Crankoase Chiller
Fungsi dari Cranckoase Oil Heater adalah untuk memepertahankan konsentrasi refrigerant
didalam conckrase pada batas minimum yang disyarakan untuk kompresor. Cranckase Heater
ini harus terus menerus hidup, baik kompresor dalam ekadaan operaso maupun dalam
keadaan sedang tidak jalan.
4.
Centrifugal Water Chiller
Kompresor sentrifugal adalah tipe non-positive displacement, yaitu gas yang diisap masuk ke
kompresor dipercepat alirannya oleh sebuah impeller yang kemudian mengubah energi
kinetik untuk menaikkan tekanan. Kapasitasnya dapat diatur secara kontinyu pada rentang
yang lebar untuk berbagai batas tentang rasio tekanan.
Karena Centrifugal Water Chiller dapat diatur kapsitasnya dalam rentang kondisi beban yang
lebar dengan perubahan yang proporsional terhadap konsumsi daya, maka jenis ini dapat
digunakan untuk pengendalian temperatur yang ketat dan konservasi energi.
Dibandingkan denga kompresor Torak pada kompresor sentrifugal sangat sedikit bantalanbantalan poros dan bagian-bagian permukaan yang
saling bergesekan yang dapat
menyebabkan keausan dan getaran.
Pada saat ini kapasitas dari Centrifugal Water Chiller yang ada berkisar antara 80-2400 TR
pada kondisi air dingin keluar dari cooler 44oF (6,7 oC) dan air pendingin keluar dari
Kondenser 95 oF (35 oC). Refrigerant yang populer digunakan pada sistem adalah R-12 dan
R-22
1.
Bagian-bagian Centrifugal Water Chiller
Sistem pendingin kondenser dari
Water chiller tipe ini pada umumnya Water cooled
condeser (kondenser berpendingin air). Seperti halnya Reciprocating Water Chiller
komponen-komponen dari sistem ini yaitu kompresor, kondenser, katup ekspansi, dan cooler
(evaporator)
Mekanisme kerja siklus refrigerasi dan beberapa bagian alat kontrol pengaman pada
umumnya sama dengan yang terdapat pada Reciprocating Water Chiller. Uap /gas refrigerant
dari cooler (Evaporator) masuk kedalam kompresor sentrifugal, alirannya dipercepat oleh
impeller, kemudian masuk ke bagian diffuser. Dimana pada bagian ini terjadi perubahan
energi kinetik menjadi energi tekanan. Gas bertekanan dan bertemperatur tinggi tersebut
masuk ke Kondenser dan mengalami kondensasi sambil melepas kalor ke air pendingin
kondenser. Sebelum masuk ke cooler (Evaporator) refrigerant cair mengalami ekspansi di
katup ekspansi.
Didalam cooler (Evaporator) refrigerant menyerap kalor dan air dingin sehingga pada waktu
keluar dari cooler temperatur air dingin turun. Siklus refrigerant berulang seperti semula.
2.
Sistem Pengontrolan Kapasitas
Kapasitas pendinginan dari Water Chiller ini dapat diatur dari 10%-100% dari kapsitasnya
dengan putaran berkisar antara 1800-1900 rpm. Pengaturan kapasitas kompresor sentrifugal
dapat dilakukan dengan empat metoda atau kombinasu diantaranya yaitu :
a. Variabel kecepatan putaran
b. Pengaturan bukan Inlet Guide Vane
c. Throtting Suction Gas
d. Variabel tekanan kondenser
Dari keempat metode pengaturan kapasitas tersebut pengaturan dengan bukaan vane yang
umum digunakan karena yang paling efsien. Pengaturan kapasitas chiller didasarkan pada
temperatur air dingin yang keluar dari cooler yang dideteksi oleh sebuah sensor (biasanya
thermistor). Sinyal dari sensor masuk ke rangkaian kontroler yang akan membuka dan
menutup relay diabagian modulator. Relay akan menggerakkan kedua katup selenoid
sedemikian, sehingga oli mengalir dan menggerakkan piston hidrolis, dimana piston ini yang
akan mengendalikan posisi dari inlet Guide Vanes. Jika temperatur air dingin yang keluar
dari cooler naik, posisi IGV akan bergerak ke arah pembuka sebaliknya apabila temperatur
air dingin turun, posisi IGV bergerak ke arah menutup.
3.
Sistem Pelumasan
Ada dua fungsi sistem pelumasan yaitu untuk memberi pelumasan pada bantalan-bantalan
kompresor dan sebagai fluida kerja dari sistem pengontrolan kapasitas. Komponen utama
sistem pelumasan ini antara lain adalah : pompa oli, filter oli, pendingin oli dan oil separator.
Minyak pelumas (oli) yang berasal dari kompresor masuk ke alam tangko oli. Di bagian
separator, campuran refrigerant dan oli dipisahkan, refrigerant kembali ke bagian suction
kompresor sedangkan oli dimasukkan ke bagian pendingim oli dan didinginkan kemudian
masuk ke filter oli sebagian masuk ke kompresor dan sebagian masuk ke dalam sistem
pengontrolan.
www.kk.mercubuana.ac.id/files/13043-9-7776920852.doc
Sistem Kontrol
1.
Kontrol Kapasitas
Sensor temperatur air dingin mengirimkan sinyal berupa tekanan udara (sistem pengontrol
pneumatik) atau elektrik (Sistem Kontrol Elektronik) ke bagian rangkaian pengontrol, yang
selanjutnya akan mengatur kapasitas kompresor untuk mengantisipasi terhadap perubahan
temperatur air dingin karena adanya perubahan beban pendinginan.
Sistem pengaturan kapasitas chiller tergantung pada tipe chiller :
o Reciprocating Chiler menggunakan kombinasi cylender Unloading
dan On-Off sikus kompresor dari satu atau lebih kompresor
o Centrifugal Chiller menggunakan pengaturan inlet cuide vane untuk
mengatur laju aliran refrigerant
o Screw chiller menggunakan slide valve untuk mengatur panjang
lintasan kompresi
Pada penerapannya kapasitas centrifugal dan Srew chiller pada umumnya dapat diatur dari
100% s/d 10% beban. Sedangkan Reciprocating Chiller, untuk chiller dengan kapsitas rendah
pada umumnya menggunakan on-off siklus kompresor; untuk chiller dengan kapasitas sedang
dan besar dengan multiple kompresor unit, menggunakan sistem unloading dan kapasitas
chiller dapat diatur sampai 12,5% beban.
2.
Kontrol Pengaman
Sistem kontrol pengaman akan mematikan kompresor water chiller secara otomatis jika
terjadi ketidakberesan didalam operasi sistem. Beberapa atau seluruh sistem pengaman
berikut ini umum dijumpai pada Water Chiller system :
a. High Conseder Pressure
Sakelar tekanan ini akan membuka apabila tekanan dis charge kondenser melampaui ambang
batas yang ditetapkan
b. Low Refrigerant Pressure (atau Temperatur)
Alat ini akan membuka jika tekanan (temperatur) evaporator mencapai ambang batas
keamanan minimum
c. High Oil Temperature
Alat ini akan mengamankan kompresor jika sistem pendingin pelumas tidak berfungsi atau
ada kerusakan pada bearing sehingga menyebabkan pemanasan yang berlebihan.
d. High Motor Temperature
Jika sistem pendingin motor tidak berfungsi atau overload yang disebabkan oleh terjadinya
kerusakan pada sistem kontrolnya, alat ini akan mematikan mesin. Sensor alat ini umumnya
diletakkan didalan starter winding atau pada bagian discharge gas keluar kompresor. Jenis
sensor yang digunakan biasanya Thermostat Bimetal atau thermistor
e. Motor Overload
Kompresor jenis Hermetic Reciprocating tipe kecil umumnya memakai direct overload pada
rangkaian daya ke motor. Pada motor kompresor jenis centrifugal dan screw umumnya
menggunakan starter overload untuk mencegah timbulnya over current
f. Low oil Sump temperatur
Switch ini bekerja untuk memproteksi jika terjadi kerusakan pada pemanas oli atau mencegah
starving setelah mesin tidak beroperasi dalam waktu yang lama beberapa saat setelah
pemanas oli bekerja dan belum seluruh refrigerant keluar dari capuran pelumas refrigerant
g. Low Oil Pressure
Untk mencegah bila terjadi penyumbatan pada filter oli atau pemipaan oli, kekurangan oli,
atau kerusakan pompa oli, switch ini akan membuka bila tekanan oli turun dibawah batas
harga minimum yang aman atau bila tekanan oli tidak cukup segera setelah kompresor hidup.
h. Low Chilled Liquid temperature
Sering disebut
freeze protection pada reciprocating chiller, alat ini akan bekerja dan
mematikan mesin. Jika temperatur air yang keluar dari cooler mencapai harga terendah yang
ditetapkan untuk mencegah terjadinya pembekuan dalam keadaan alat kontrol operasi mesin
yang lain tidak bekerja sebagaimana mestinya