BAB II LANDASAN TEORI. digunakan ulang untuk tujuan ekonomis dan bermanfaat. Fakta yang penting adalah

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Heat Recovery Limbah panas adalah panas yang dihasilkan oleh proses pembakaran bahan bakar atau reaksi kimia, yang kemudian dikeluarkan ke lingkungan dan tidak digunakan ulang untuk tujuan ekonomis dan bermanfaat. Fakta yang penting adalah bukan masalah jumlah panasnya, namun lebih kepada nilai nya. Mekanisme untuk memanfaatkan kembali panas yang tidak digunakan tergantung pada suhu gas panas yang terbuang dan ekonominya. Sejumlah besar gas buang panas dihasilkan dari boiler, kiln, oven dan tungku. Jika panas terbuang dapat dimanfaatkan kembali maka sejumlah bahan bakar primer dapat dihemat. Energi yang hilang dalam limbah gas tidak seluruhnya dapat dimanfaatkan kembali. Tetapi banyak panas yang dapat dimanfaatkan dan dalam bab ini akan disampaikan secara garis besar cara-cara untuk meminimalkan kehilangan tersebut. Pemanfaatan limbah panas yang berasal dari chiller dapat memberikan manfaat berupa penyediaan air panas bagi penggunanya. Pemanfaatannya dapat dihitung berdasarkan prinsip keseimbangan termodinamika untuk masing-masing komponen yang terlibat. 6

2 7 Kapasitas Pendinginan Kapasitas Pendinginan (QL) atau refrigerator effect merupakan jumlah energy yang diserap oleh efrigeran di evaporator dalam basis massa (Arora, C.P, 2001). Q L = h 1 h 4 ( kj kg )...(2.1) Dimana : h 1 dan h 4 = entalpi uap refrigerant yang keluar dan masuk evaporator (kj/kg) Kerja Kompresi (Wk) Besarnya kerja kompresi (Wk) sama dengan selisih entalpi uap refrigerant yang keluar kompresor dengan entalpi uap refrigerant yang masuk ke kompresor. Q L = h 2 h 1 ( kj kg ) )...(2.2) Dimana : h 1 dan h 2 = entalpi uap refrigerant pada sisi isap dan keluar kompresor (kj/kg) Daya Aktual Kompresor (Pk) Daya aktual dibutuhkan oleh kompresor untuk melakukan kompresi. P Aktual = V. I. Cos Ɵ...(2.3) Kalor yang dibuang di Kondensor (qk) Qk = h 2 h 3...(2.4) Atau Qk = wk Q L...(2.5) Dimana: h3 adalah entalpi refrigerant yang keluar kondensor

3 8 Coefficient of Performance (COP) digunakan untuk menyatakan kinerja dari siklus refrigerasi, yaitu perbandingan antara kapasitas pendingin (QL) terhadap kerja kompresi (wk) COP = Q L wk...(2.6) Keseimbangan kalor di Kondensor mref. (h2 h3) = mud. Cpud. (t2 t1)...(2.7) dimana : mref mud : laju aliran refrigerant (kg/menit) : laju aliran massa udara (kg/menit) Cpud : kapasitas panas jenis udara pada tekanan tetap (kj/kg K) t 1 dan t 2 : temperature udara masuk dan keluar kondensor ( 0 C) Keseimbangan kalo di Evaporator m air. C air. (t1 t2) = mref. (h1 h4 )...(2.8) Daya yang dibuang di Kondensor p kond = m ref. (h 2 h 3 )...(2.9) Pada penggunaan system heat recovery chiller jumlah panas yang dihasilkan oleh chiller guna memanaskan air dihitung berdasarkan kapasitas chiller terpasang. Adapun cara menghitung kapasitas chiller adalah sebagai berikut: (L x W x H x I x E) 60 = Kebutuhan AC dalam Btu/h...(2.10) Dimana: L = panjang dalam meter W = lebar dalam meter H = tinggi dalam meter I = pengaruh ruang sebelah

4 9 Jika ruang berinsulasi (berada di lantai bawah atau berhimpit dengan ruang lain maka I = 10 Jika ruang tidak berinsulasi ( di lantai atas) maka nilai I = 18 E = pengaruh arah dinding terpanjang menghadap Barat E = 20 Selatan E = 18 Timur E = 17 Utara E = Peralatan Pemanfaatan Kembali Limbah Panas Berikut adalah peralatan yang dapat dipergunakan untuk memanfaatkan kembali limbah panas, yaitu: 1. Recuperators Pertukaran panas terjadi diantara gas buang dan udara melalui dinding keramik atau logam. Saluran atau pipa-pipa membawa udara pembakaran untuk diberi pemanasan awal, sementara disisi lainnya terdapat aliran limbah panas. Gambar 2.1 Pemanfaatan Kembali Limbah Panas menggunakan Recuperators

5 10 2. Regrenerators Regenerators cocok untuk kapasitas yang besar dan telah digunakan secara luas dalam tungku peleleh baja dan kaca. Terdapat hubungan penting antara ukuran generator, waktu diantara pembalikan/sirkulasi, ketelaban batubata, konduktivitas batu bata dan perbandingan penyimpanan panas batubata. Dalam sebuah regrenerator, waktu diantara pembalikan/sirkulasi merupakan aspek penting. Jangka waktu yang lama bisa berart penyimpanan pana yang lebih tinggi dan dengan begitu berarti biaya yang lebih tinggi pula. Jangka waktu panjang bagi pembalikan menghasilkan suhu rata-rata pemanasan yang lebih rendah dan sebagai akibatnya menurunkan ekonomi bahan bakar. Penumpukan debu dan pembentukan kerak pada permukaan tungku tua menurunkan efisiensi perpindahan panas. Kehilangan panas dari dinding regenerator dan kebocoran udara masuk pada bagian gas dan kebocoran keluar pada bagian udara dapat menurunkan perpindahan panas. Gambar 2.2 Regenerator

6 11 3. Heat Wheels Heat wheels diterapkan untuk pemanfaatan kembali limbah panas bersuhu rendah hingga menengah. Variasi dari heat wheel adalah regenerator berputar yaitu yang merupakan sebuah silinder yang berputar mengitari aliran gas dan udara buang. Wheel pemanfaat kembali panas atau energi merupakan regenerator panas gas yang berputar, yang dapat mentransfer panas dari gas keluar ke gas yang masuk. Penerapan utama dari heat wheel adalah menukar panas antara masa udara yang besar yang memiliki perbedaan suhu yang kecil. Sistim pemanasan dan ventilasi dan pemanfaatan kembali panas dari pengering udara pembuangan merupakan penerapannya yang khas. Gambar 2.3 Heat Wheel 4. Pipa Panas Sebuah pipa panas dapat mentransfer energi panas hingga 100 kali tembaga, merupakan konduktor yang paling terkenal. Dengan kata lain, pipa panas merupakan sistim penyerap dan penghantar energi panas yang tidak memiliki bagian yang bergerak dan dengan begitu hanya memerlukan perawatan yang minimal.

7 12 Gambar 2.4 Pipa Panas 5. Economizers Dalam sistim boiler, sebuah economizer dapat dipakai untuk memanfaatkan panas gas buang untuk pemanasan awal air umpan boiler. Dengan kata lain, dalam sebuah pemanas awal udara, limbah panas digunakan untuk memanaskan udara pembakaran. Dalam kedua kasus tersebut, terdapat penurunan permintaan bahan bakar boiler. Untuk setiap penurunan 2200C suhu gas buang dengan melewatkan ke economizer atau ke pemanas awal, terdapat 1% penghematan bahan bakar dalam boiler. Atau, untuk setiap kenaikan 60 0C suhu air umpan melalui economizer, atau kenaikan 200 0C suhu udara pembakaran melalui pemanas awal udara, terdapat 1% penghematan bahan bakar dalam boiler.

8 13 Gambar 2.5 Economizers 6. Penukar Panas Jenis Sheel dan Tube Bila media yang mengandung limbah panas adalah cairan atau uap yang memanaskan cairan lainnya, maka harus digunakan penukar panas jenis shell and tube karena kedua jalur harus ditutup rapat untuk mendapatkan tekanan fluida masing-masing. Shell terdiri dari sekumpulan pipa, dan biasanya terdapat baffle didalamnya, untuk mengarahkan fluida dalam shell melewati pipa berkali-kali. Shell lebih lemah dari pada tube, sehingga fluida yang bertekanan tinggi disirkulasikan dalam tubes sementara fluida yang bertekanan rendah mengalir melalui shell. Bila uap yang mengandung limbah panas, biasanya mengembun, menyerahkan panas latennya ke cairan yang sedang dipanaskan, maka uap harus melewati shell. Jika diusahakan kebalikannya, pengembunan uap didalam pipa paralel yang berdiameter kecil akan menyebabkan ketidakstabilan aliran. Penukar panas tube and shell tersedia dalam berbagai ukuran standar dengan banyak ragam kombinasi tubes dan shellnya.

9 14 Gambar 2.6 Penukar Panas jenis Shell dan Tube 7. Penukar Panas Plat Harga merupakan faktor utama pada penggunaan alat penukar panas permukaan terutama jika perbedaan suhunya tidak terlalu besar. Salah satu cara untuk mengtasi masalah ini adalah alat penukar panas plat, yang terdiri dari serangkaian plat paralel terpisah membentuk lintasan aliran yang tipis. Setiap plat dipisahkan dari yang berikutnya dengan gasket dan aliran panas melintas secara paralel melalui plat-plat alternatif sementara cairan yang dipanaskan melintas secara paralel diantara platplat panas. Untuk memperbaik perpindahan panas maka pelat-pelat dibentuk bergelombang.

10 15 Gambar 2.7 Penukar Panas Jenis Pelat 8. Pemanas dengan Koil yang Memutar Pemanas dengan Koil yang Memutar prinsipnya sama persis dengan pemanas pipa panas. Panas dari fluida panas dipindahkan ke fluida yang lebih dingin melalui fluida antara yang dikenal sebagai Fluida Pemindah Panas. Satu koil dari loop tertutup dipasang pada aliran panas sementara yang lainnya pada aliran dingin. Sirkulasi fluida ini dilakukan dengan pompa sirkulasi. Akan lebih bermanfaat jika fluida panas dan dingin ditempatkan berjauhan dan tidak mudah didatangi. Penerapannya di industri adalah pemanfaatan kembali panas dari ventilasi, AC dan pemanfaatan kembali panas bersuhu rendah. Gambar 2.8 Pemanas dengan Koil yang memutar

11 16 9. Pemanfaatan Kembali Limbah Panas untuk Boiler Boiler limbah panas biasanya merupakan boiler pipa air dimana gas panas yang keluar dari turbin gas, insinerator, dan lain-lain, dilewatkan sejumlah pipa paralel yang berisikan air. Air menguap dalam pipa dan dikumpulkan dalam sebuah drum steam, yang kemudian steam digunakan sebagai steam pemanas atau proses. Karena gas buangan biasanya memiliki kisaran suhu medium dan dalam rangka menghemat tempat, maka dibuat boiler yang lebih kompak menggunakan pipa air berbentuk seperti sirip / pipih untuk meningkatkan area perpindahan panas yang efektif di bagian gasnya. Gambar 2.9 Boiler Dua Lintasan Pipa Air Pemanfaat Limbah Panas Gambar 2.9 memperlihatkan sebuah drum lumpur, satu set pipa dimana gas panas membuat lintasan ganda, dan sebuah drum steam yang mengumpulkan steam yang dihasilkan diatas permukaan air. Tekanan dan kapasitassteam yang dihasilkan tergantung pada suhu limbah panas. Tabel steam memberikan tabulasi hubungan antara tekanan dan suhu jenuhnya. Jika limbah panas dalam gas buang tidak

12 17 mencukupi untuk menghasilkan jumlah steam proses yang diperlukan, maka ditambahkan sebuah burner tambahan, yang membakar bahan bakar dalam boiler limbah panas atau sebuah after-burner dimana gas buang ditambahkan. Boiler limbah panas dibuat dengan kapasitas dari 25 m3 hingga m3 /menit gas buang. 10. Pompa Panas Dalam berbagai opsi komersial yang sudah didiskusikan sebelumnya, limbah panas dipindahkan dari fluida panas ke fluida yang bersuhu lebih rendah. Panas harus mengalir turun bukit secara spontan, yakni dari sistim yang bersuhu tinggi ke yang bersuhu lebih rendah. Bila energi dipindahkan atau diubah bentuk secara berulang-ulang, maka energinya akan semakin berkurang untuk digunakan. Pada akhirnya, energi memiliki intensitas yang rendah (dari suhu medium menjadi suhu yang rendah) yang tidak lagi dapat digunakan. Gambar 2.10 Susunan Pompa Panas

13 18 Sudah menjadi aturan umum dalam operasi industri bahwa fluida dengan suhu kurang dari 120 o C (atau, lebih baik, 150 o C untuk memberi batas aman), ditetapkan sebagai batas bagi pemanfaatan kembali limbah panas sebab resiko pengembunan untuk cairan yang korosif. Walau demikian, dengan makin naiknya harga bahan bakar, maka limbah panas tersebut dapat digunakan secara ekonomis untuk pemanasan ruangan dan penggunaan suhu rendah lainnya. Sangat memungkinkan untuk membalik arah aliran energi secara spontan dengan menggunakan sistim termodinamika yang dikenal dengan pompa panas. 11. Thermo-Compressor Dalam beberapa kasus, penggunaan steam yang bertekanan sangat rendah dan diguna ulang dalam bentuk air setelah diembunkan, merupakan opsi yang lebih baik daripada tidak diguna ulang. Dalam beberapa kasus, memampatkan steam bertekanan rendah menggunakan steam yang bertekanan sangat tinggi dan mengguna ulang sebagai steam bertekanan menengah adalah layak. Energi utama dalam steam adalah dalam nilai panas latennya, dan dengan demikian maka kompresi panas akan memberikan peningkatan besar dalam pemanfaatan kembali limbah panas. Gambar 2.11 Thermo Compresor

14 Sistem Heat Recovery Secara tradisional untuk menghasilkan air panas (hot Water) system menggunakan boiler, electric heater dll dan untuk menghasikan air dingin (chilled water) sistem menggunakan Chiller. Para lingkungan saat ini tidak memungkinkan pemborosan energi dan mendorong untuk menghasilkan energi serta mengurangi biaya. Untuk menghasilkan air panas & air dingin secara bersamaan dapat menggunakan Chiller with Heat Recovery System. Untuk mencapai tujuan ini ada produk yang tersedia di pasar: - Air cooled heat recovery chillers Gambar 2.12 Contoh Pemanfaatan Air Cooled Heat Recovery Chillers - Water cooled heat recovery chillers

15 20 Gambar 2.13 Contoh Pemanfaatan Water Cooled Heat Recovery Chillers 2.2 Macam-macam Heat Exchanger Heat exchanger diklasifikasikan menjadi berbagai jenis berdasarkan beberapa aspek. Berikut disajikan jenis-jenis heat exchanger Berdasarkan Proses Transfer Panas 1. Heat Exchanger Tipe Kontak tak Langsung Melibatkan fluida-fluida yang saling bertukar panas dengan adanya lapisan dinding yang memisahkan fluida-fluida tersebut. Pada heat exchanger jenis ini tidak akan terjadi kontak secara langsung. Heat exchanger ini terbagi lagi dalam beberapa jenis, yaitu: a. Tipe Direct Transfer

16 21 Fluida-fluida kerja mengalir secara terus-menerus dan saling bertukar panas dari fluida panas ke fluida yang lebih dingin dengan melewati dinding pemisah. Yang membedakan heat exchanger tipe ini dengan tipe kontak tak langsung lainnya adalah aliran fluida-fluida kerja yang terus-menerus mengalir tanpa terhenti sama sekali. Heat exchanger tipe ini sering disebut juga dengan heat exchanger recuperator. b. Strorage type exchanger Heat exchanger tipe ini memindahkan panas dari fluida panas ke fluida dingin secara intermittent (bertahap) melalui dinding pemisah. Sehingga pada jenis ini, aliran fluida tidak secara terus-menerus terjadi, ada proses penyimpanan sesaat sehingga energi panas lebih lama tersimpan di dinding-dinding pemisah antara fluida-fluida tersebut. Tipe ini biasa pula disebut dengan regenerative heat exchanger. c. Fluidized Bed Heat Exchanger Heat exchanger tipe ini menggunakan sebuah komponen solid yang berfungsi sebagai penyimpan panas yang berasal dari fluida panas yang melewatinya. Fluida panas yang melewati bagian ini akan sedikit terhalang alirannya sehingga kecepatan aliran fluida panas ini akan menurun, dan panas yang terkandung di dalamnya dapat lebih efisien diserap oleh padatan tersebut. Selanjutnya fluida dingin mengalir melalui saluran pipa-pipa yang dialirkan melewati padatan penyimpan panas tersebut, dan secara bertahap panas yang terkandung di dalamnya ditransfer ke fluida dingin.

17 22 2. Heat Exchanger Tipe Kontak Langsung Suatu alat yang di dalamnya terjadi perpindahan panas antara satu atau lebih fluida dengan diikuti dengan terjadinya pencampuran sejumlah massa dari fluida-fluida tersebut disebut dengan heat exchanger tipe kontak langsung. Perpindahan panas yang diikuti percampuran fluida-fluida tersebut, biasanya diikuti dengan terjadinya perubahan fase dari salah satu atau labih fluida kerja tersebut. Terjadinya perubahan fase tersebut menunjukkan terjadinya perpindahan energi panas yang cukup besar. Perubahan fase tersebut juga meningkatkan kecepatan perpindahan panas yang terjadi. Heat exchanger tipe ini dapat terbagi dalam beberapa jenis lagi, yaitu: a. Immiscible Fluid Exchangers Melibatkan dua fluida dari jenis berbeda untuk dicampurkan sehingga terjadi perpindahan panas yang diinginkan. Proses yang terjadi kadang tidak akan mempengaruhi fase dari fluida, namun bisa juga diikuti dengan proses kondensasi maupun evaporasi. b. Gas Liquid Exchanger Ada dua fluida kerja dengan fase yang berbeda yakni cair dan gas. Namun umumnya kedua fluida kerja tersebut adalah air dan udara. Salah satu aplikasi yang paling umum dari heat exchanger tipe ini adalah pada cooling tower tipe basah. Cooling tower biasa dipergunakan pada pembangkit-pembangkit listrik tenaga uap yang terletak jauh dari sumber air. Udara bekerja sebagai media pendingin, sedangkan air bekerja sebagai media yang didinginkan. Air disemprotkan ke dalam cooling tower sehingga terjadi percampuran antara keduanya diikuti dengan perpindahan panas. Sebagian air akan terkondensasi

18 23 lagi sehingga terkumpul pada sisi bawah cooling tower, sedangkan sebagian yang lain akan menguap dan ikut terbawa udara ke atmosfer. c. Liquid Vapour Exchanger Perpindahan panas yang terjadi antara dua fluida berbeda fase yakni uap air dengan air, yang juga diikuti dengan pencampuran sejumlah massa antara keduanya, termasuk ke dalam heat exchanger tipe kontak langsung. Heat exchanger tipe ini dapat berfungsi untuk menurunkan temperatur uap air dengan jalan menyemprotkan sejumlah air ke dalam aliran uap air tersebut (pada boiler proses ini biasa disebut dengan desuperheater spray atau juga berfungsi untuk meningkatkan temperatur air dengan mencampurkan uap air ke sebuah aliran air (proses ini terjadi pada bagian deaerator pada siklus pembangkit listrik tenaga uap) Berdasarkan Jumlah Fluida Kerja Sebagian besar proses perpindahan panas antar fluida, melibatkan hanya dua jenis fluida yang berbeda. Semisal air dengan air, uap dengan air, uap dengan air laut, dan lain sebagainya. Namun ada pula heat exchanger yang melibatkan lebih dari dua fluida kerja yang berbeda jenis. Umumnya heat exchanger jenis ini digunakan pada proses-proses kimiawi, seperti pada contoh sistem di bawah ini yaitu proses penghilangan kandungan nitrogen dari bahan baku gas alam. Pada sistem ini dihasilkan gas alam dengan kandungan nitrogen yang lebih rendah sehingga penggunaan gas alam tersebut pada kebutuhan porses pembakaran selanjutnya dapat lebih efisien

19 Berdasarkan Kotak Perpindahan Panas Parameter yang digunakan dalam pengklasifikasian ini adalah sebuah satuan besar luas permukaan bidang kontak di setiap volume heat exchanger. Semakin luas permukaan bidang kontak perpindahan panas per satuan volume, maka akan semakin besar efisiensi perpindahan panas yang didapatkan. Namun hal tersebut harus juga memperhatikan jenis fluida kerja yang digunakan. Semakin besar kandungan partikel di dalam fluida tersebut, maka semakin rendah juga kebutuhan luas permukaan bidang kontak perpindahan panas pada heat exchanger. Pengklasifikasian heat exchanger berdasarkan hal ini antara lain adalah Compact Heat Exchanger dengan luas bidang kontak di atas 700 m 2 /m 3 ; Laminar Flow Heat Exchanger dengan luas bidang permukaan di atas 3000 m 2 /m 3 ; serta Micro Heat Exchanger dengan luas bidang kontak di atas m 2 /m Pengkondisian Udara Tujuan utama pentataan udara adalah agar kenyamanan dalam suatu ruangan dapat dicapai, sehingga manusia di dalam ruangan yang ditata udaranya akan merasakan nyaman, baik dari suhu, aliran udara maupun kelembaban didalam ruangan. Di Indonesia, pentataan udara lebih ke arah pendinginan ruangan. Umumnya faktor yang meningkatkan beban pendinginan dari sebuah gedung adalah: - Beban dari sinar matahari dan udara luar : 30-50% - Beban dari udara ventilasi : 25-35% - Beban dari manusia : 10 20% - Beban dari mesin listrik, lampu, dll : 15 25%

20 25 Komponen utama dari peralatan tata udara adalah: kompresor, kondensor, katup ekspansi, evaporator dan fan/pompa. Adapun siklus tata udaranya adalah sebagai berikut: Bahan refrigeran yang mudah menguap diberi tekanan oleh kompresor, dan keluar ke ruang evaporator melalui katup ekspansi. Adanya tekanan besar, maka refrigeran yang keluar katup ekspansi berupa embun. Embun refrigeran menguap, dimana dalam proses penguapan diperlukan panas, dan panas diambil dari dinding evaporator, dimana terjadi perpindahan panas konduksi mengambil panas dari bagian luar dinding evaporator. Dengan menggunakan fan (blower), maka udara yang dihembuskan melalui dinding luar evaporator masuk ruangan yang dikondisikan. Udara mengalami perpindahan panas konveksi dengan dinding luar evaporator, sehingga menjadi dingin. Hembusan udara dingin ini yang mendinginkan ruangan yang dihembuskan oleh fan. Embun refrigeran kemudian melalui suatu alat perpindahan panas (heat exchanger) yang disebut sebagai kondenser, mencairkan refrigeran sampai menjadi cair kembali. Pada siklus ini, panas yang diterima oleh refrigeran dibuang keluar melalui pipa-pipa kondenser ke udara luar. Cairan refrigeran kembali masuk ke kompresor dan mengalami proses ulang seperti diatas. Panas yang keluar dari kondensor sering dimanfaatkan pada unit AC besar, dan pada proses ini disebut sebagai heat recovery. Panas buang yang diambil pada umumnya dipakai untuk memanaskan air dan digunakan untuk mandi dan keperluan lain. Dari kelima komponen utama dalam sistem tertutup, maka kompresor memerlukan biaya paling besar mencapai 75% sampai 80%. Peralatan tata udara untuk gedung adalah sebagai berikut:

21 26 1. Unitary Air Conditioning a. Window AC b. Mini Split AC c. Split Duct AC 2. Chiller Air Conditioning a. Air Cooled Chiller (ACC) b. Water Cooled Chiller c. Absorption Chiller 2.4 Efisiensi Energi pada Hotel Sistem Tata Udara System tata udara pada hotel dirancang untuk memenuhi fungsi menjaga kenyamanan termal, kebersihan dan kesegaran udara di dalam gedung. Kenyamanan termal (termal control) dicapai pada kondisi suhu rata-rata 24 o -27 o C dengan kelembaban antara 55%-65% untuk daerah tropis (SNI 6390:2011). System tata udara pada gedung hotel sangat tergantung pada luas gedung hotel tersebut. System tata udara dalam bangunan mengkonsumsi energy sebesar 65% dar total penggunaan energy dalam bangunan tersebut. Sistem tata udara terdiri dari beberapa komponen inti yang terkait satu sama lain, yaitu mesin pendingin (chiller), unit pengolah udara atau Air Handling Units (AHUs), unit koil kipas atau Fan Co il Units (FCUs), Pompa Air Dingin atau Chilled Water Pumps, Pompa Air Pendingin atau Condenser Water Pumps, dan Menara Pendingin atau Cooling Towers.

22 27 Gambar 2.14 Sistem Tata Udara Berikut adalah penghematan energy pada system tata udara: 1. Mengoptimasi proses perpindahan panas 2. Memperbaiki dan memelihara permukaan perpindahan panas pada evaporator dan kondensor. 3. Penerapan Sistem Multi-Staging 4. Menyesuaikan Kapasitas Pendinginan Sistem Tata Udara dengan Beban Pendinginan Gedung. 5. Kontrol Kapasitas pada kompressor mesin pendingin (chiller). 6. Penerapan refrigerasi bertingkat sesuai kebutuhan. 7. Penggunaan tanki penyimpan air dingin (chilled water). 8. Penggunaan chiller dengan teknologi terbaru yang lebih efisien Sistem Air Panas Bisnis perhotelan pada umumnya menyuplai keperluan air panasnya dengan menggunakan mesin boiler, yaitu dengan menghasilkan uap panas dan/atau air panas,

23 28 kemudian didistribusikan ke dapur, laundry, dan penyimpanan air panas untuk suplai kamar tamu. Dua jenis boiler yang biasanya digunakan di hotel: 1. Firetube Terdiri dari sebuah tangki air yang diberi lubang untuk dilalui pipa-pipa, dimana gas panas akan mengaliri pipa-pipa tersebut untuk memanaskan air di dalam tangki. Air yang dipanaskan akan menghasilkan uap panas, yang kemudian dapat digunakan untuk memanaskan air yang akan digunakan dikamar mandi dan untuk keperluan binatu. 2. Watertube. Pada jenis ini, air dialirkan melalui susunan pipa yang terdapat didalam gas panas yang dihasilkan dari pembakaran. Pada boiler watertube, air panas tidak berubah menjadi uap, sehingga bias langsung digunakan untuk berbagai keperluan seperti air panas di kamar-kamar, binatu, dan untuk keperluan mencuci piring. Jenis ini lebih banyak digunakan di Indonesia. Kedua jenis boiler memiliki sistem terbuka dan tertutup. Perbedaannya adalah pada sistem terbuka, uap panas dikeluarkan melalui lubang. Sedangkan pada system tertutup, uap panas disalurkan kembali untuk digunakan membantu pemanasan air. Tingkat efisiensi boiler sangat mempengaruhi besar kecilnya bahan bakar yang digunakan. Untuk teknologi boiler di Indonesia rata-rata memiliki tingkat efisiensi sebesar 75%- 85%. Selain itu, teknologi saat ini memungkinkan kebutuhan air panas terpenuhi/disuplai tanpa menggunakan mesin boiler, sehingga penghematan energy dapat diperoleh dari berkurangnya pembelian bahan bakar untuk mesin boiler. Sistem air panas terdiri dari beberapa komponen yang kesemuanya mempengaruhi penggunaan energi secara keseluruhan, yaitu steam piping, steam trap,

24 29 Calorifier, deaerator, dan condensate return pipe. Kebocoran energi dapat terjadi di beberapa tahapan proses pemanasan air dalam boiler, antara lain: Proses pembakaran Besarnya kehilangan dalam proses ini dipengaruhi oleh rasio pencampuran udara dan bahan bakar. Panas dalam flue gas. Proses ini dipengaruhi oleh banyaknya kelebihan udara pembakaran dan keefektifan proses pemindahan panas. Blow-down Proses pelepasan air panas dari boiler untuk mengontrol penumpukan partikelpartikel. Skin loss Panas yang terlepas dari selubung boiler. Air panas di dalam alat plambing biasanya digunakan untuk mencuci muka dan tangan, mandi, mencuci pakaian dan alat-alat dapur dan sebagainya. Air panas yang digunakan untuk berbagai keperluan mempunyai temperature berbeda-beda, seperti tercantum pada tabel 2.1.

25 30 Tabel 2.1 Standar Temperatur Air Panas Menurut Pemakaian Jumlah kebutuhan air panas dapat dihitung berdasarkan jumlah orang dan kebutuhan air panas setiap orang setiap harinya. Jumlah pemakaian air panas untuk setiap orang setiap harinya dapat dilihat pada tabel 2.2.

26 31 Tabel 2.2 Pemakaian Air Panas Hunian, Komersial dan Industri Perhitungan kebutuhan air panas berdasarkan jumlah pemakai: Qd = (N)(qd)...(2.11) Qn = (Qd)(qh)...(2.12) V = (Qd)(v)...(2.13) H = (Qd)(V)(th tc)...(2.14) Dimana: Qd = jumlah air panas per hari (liter/hari) Qhmax = laju aliran air panas maksimum (liter/jam) V H N = volume tangki penyimpanan (liter) = kapasitas pemanas (kcal/jam) = jumlah orang pemakai air panas th = temperatur air panas ( 0 C) tc = temperatur air dingin ( 0 C)

27 Alternatif Penghematan Energi pada Sistem Air Panas 1. Lakukan perawatan berkala tahunan. Untuk boiler gas harus dilakukan perawatan minimal 1 tahun sekali dan untuk boiler menggunakan minyak solar harus dilakukan perawatan minimal 2 kali setahun. Perawatan boiler yang dilakukan secara rutin dapat mengoptimalkan efisiensi boiler, mengurangi emisi CO2, menghemat pemakaian bahan bakar, dan dapat menjaga kelancaran pengoperasian mesin boiler serta system pemanas. Boiler, tangki air panas, pipa dan katup air panas harus diinsulasi dengan baik untuk mencegah kebocoran panas. 2. Menggunakan peralatan pengendalian otomatis untuk mengoperasikan boiler sehingga pemanas dapat dikontrol dengan baik. 3. Pemeriksaan sistem pengendalian pada saat proses perawatan. Proses pengoperasian yang tidak tepat dapat menurunkan efisiensi boiler hingga 20%. 4. Memastikan bahan-bahan yang digunakan untuk pipa panas, saluran, dan penutup telah diinsulasi dengan baik. Seluruh sistem air panas harus diinsulasi dengan baik. 5. Gunakan tangki ekspansi yang diinsulasi dan alat penukar panas. 6. Cegah pembentukan akumulasi kerak di tabung pemanas yang menghalangi aliran dan perpindahan udara dengan merawat sistem pengolahan air umpan. Hal ini juga akan mengurangi potensi kerusakan boiler. 7. Lakukan pemeriksaan sistem distribusi uap. Kebocoran, kerusakan pada valve, steam trap, dan peralatan lainnya akan menurunkan kinerja sistem. 8. Bersihkan saringan aliran hulu dan steam traps secara rutin untuk mencegah akumulasi partikel.

28 33 9. Cegah kelebihan udara untuk pembakaran dengan menyesuaikan kipas, damper, seal dan meningkatkan pengawasan terhadap over-draft api. 10. Menurunkan suhu udara pada boiler sesuai dengan tingkat kebutuhan untuk mengurangi kehilangan panas siklus pendek, kenvektif, dan radiant. Pengaturan air panas untuk kamar tamu biasanya cukup pada suhu kurang lebih 50 o C. 11. Pertimbangkan untuk mengganti boiler yang sudah berusia diatas 25 tahun. Boiler baru yang didesain dengan teknologi lebih baik memiliki efisiensi yang tinggi. 12. Membersihkan: - Sisi api dari penukar panas. - Sisi air dari kerak air dari penukar panas. - Alat pembakar. 13. Untuk boiler bertekanan atmospheric, periksa dan sesuaikan tekanan gas didalam pipa. 14. Pada forced draft boiler yang melebihi daya muat, periksa dan sesuaikan udara dan tingkat aliran gas. 15. Untuk mengurangi pemakaian Uap/Air panas di laundry, dan kitchen, dapat dilakukan dengan: Keran yang dapat mematikan aliran air secara otomatis Penggunaan keran dengan sensor pengendali Flush otomatis dengan sensor pengendali Peralatan dengan teknologi aliran air yang lebih efisien 16. Penggunaan Teknologi baru untuk menyuplai air panas: a. Solar Water Heater. Penggunaan ini cocok untuk mengurangi kebutuhan air panas di kamar mandi

29 34 b. Aplikasi Heat Recovery System pada mesin chiller untuk mendapatkan fungsi pemanasan air: Yaitu dengan memanfaatkan efek pendinginan udara buangan atau udara kondensat dari kumparan pendingin. Udara buangan dikumpulkan dan disalurkan ke heat wheel dimana efek pendinginan diperoleh dan dipindahkan ke udara segar yang masukkan, sehingga lebih menghemat energi. Udara kondensat dari cooling coils juga dapat dikumpulkan dan disalurkan melalui heat exchanger dimana efek pendinginan dipindahkan ke make-up water. Keefektifan/keekonomian sistem ini akan tergantung pada kemudahan udara buangan atau kondensat untuk dikumpulkan. Pada umumnya, investasi sistem heat recovery ini dapat mencapai pengembalian (payback) dalam waktu antara 4 sampai 5 tahun. Terdapat 2 pilihan untuk aplikasi sistem ini: 1) Low Temperature Heat Recovery: mencapai suhu 40ºC. Panas yang relatif rendah ini berasal dari refrigerant yang mengalami kondensasi. Pada temperatur yang lebih tinggi, panas akan lebih mudah untuk diperoleh kembali untuk kemudian digunakan, tetapi hanya memungkinkan untuk memperoleh sebesar 5% sampai 10% dari total panas yang ditolak/tidak digunakan oleh sistem. 2) High Temperature Heat Recovery: suhu antara 60ºC sampai 90ºC. Tingkat panas yang cukup tinggi ini berasal dari pemanasan kembali refrigerant antara kompresor dan condenser.