Transkripsi

1 BAB III DASAR TEORI 3.1 Perpindahan Panas Penggunaan sistem pendinginan pada perinsipnya mentransfer panas untuk mendapatkan kondisi udara yang nyaman. Berikut ini tiga perinsip dasar dari perpindahan panas : 1. Energi panas tidak dapat di hancurkan, tetapi dapat di pindahkan dari satu subtansi ke subtansi yang lain. Untuk menghasilkan pendinginan, panas harus di ambil dari satu subtansi dengan memindahkan panas ke subtansi yang lain. Hal ini biasa di sebut sebagai asas Konversi energi. Sebagai contoh, es batu biasanya di letakan di dalam minuman untuk mendinginkannya sebelum di sajikan. Karena panas dipindahkan dari minuman ke es, maka suhu minman diturunkan. Panas di keluarkan dari minuman. Tidak dihancurkan, melainkan diserap oleh es kemudian es mencari dari bentuk padat. 2. Energi panas akan secara alami mengalir dari subtansi dengan temperature tinggi ke subtansi dengna temperature rendah dengan kata lain, dari dari panas ke dingin. 3. Energi panas bisa berpidah dari satu subtansi ke subtansi yang lain melalui tiga proses dasar : konduksi, konvecsi dan radiasi Gambar 3.1 Contoh transfer panas pada AC Pada gambar diatas adalah contoh dari perpindahan panas. Pada konduksi perpindahan energi panas (kalor) tidak di ikuti dengan zat pelantaranya. Misalnya 6

2 saja dengan menaruh batang besi bara ke batang besi lain yang dingin. Kita tidak akan melhat besi membara itu bergerak namun tiba-tiba besi yang semula dingin akan menjadi panas. Atau pada contoh lain seperti pada gamabr 3.1 air panas mengalir melaui pipa yang kemudian sirip-sirip pada pipa tersebut ikut menjadi panas. Radiasi merupakan proses terjadinya perpindahan panas tanpa menggunakan jat pelantara. Perpindahan secara radiasi sebagi contoh adalah bagaimana matahari memancarkan panas ke bumi. Contoh pada gambar 3.1, penutup konduktor memancarkan radiasi panas ke permukaan covernya. Konveksi merupakan perpindahan panas yang disertai dengan perpindahan zat pelantara. Konveksi sebenarnya mirip dengan induksi, hanya saja jika induksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai zat perantara sedangkan konveksi merupaka perpindahan kalor yang di ikuti zat perantara. Contoh konveksi pada gambar 3.1 adalah perpindahan panas pada sirip-sirip AC ke ruangan menggunakan udara yang di hembuskan oleh fan. 3.2 Kenyamanan Ruangan Kebutuhan untuk kenyamanan udara berasal dari fakta bahwa panss tubuh manusia yang dihasilkan dari metobolisme tubuh. Panas ini di transfer melalui konveksi dan radiasi ke lingkungan. Agar tubuh merasa nyaman, lingkungan sekitarnya pastilah suhu dan kelembabannya yang sesuai untuk mentransfer panas belebih ini. Jika suhu udara di sekitar tubuh tinggi, tubuh meraasa tidak nyaman, hangat tubuh merespon dengan meningkatnya tingkat keringat. Gambar 3.2 contoh kondisi ruangan yang tidak nyaman. 7

3 JIka suhu udara di sekitar tubuh terlalu rendah, bagaimanapun tubuh akan kehilangan lebih bnayak panas daripada yang bisa dihasilkan. Tubuh merespon dengan penyempittnya pembulih darah pada kulit ntuk mengurangi kehilangan panas dan kita akan merasakan kondisi yang dingin. Istilah kenyamanan sering digunakan untuk mendefinisikan seperangkat kondisi yang lebih luas dari sekedar suhu dan kelembaban. Gerakan udara, udara segar yang cukup, kebersihan udara, tingkat kebisingan di tempat, pencahayaan yang memadai dan pekerjaan yang tepat. Yang dimaksud nyaman pada laporan ini akan focus pada aspek kenyamanan thermal. Kenyamanan termal tergantung pada pengaturan suhu lingkungan, dry bulb, kelembabab, dan aliran udara yang sesuai untuk tingkat aktifitas maskyarakat di tempat. Beban Pendidikan ruangna adalah tingkat dimana panas harus dikeluarkan dari ruangan. Untuk menjaga kondisi yang di inginkan di dalam ruangna umumnya suhu udara kerimg (Dry-bulb) dan kelembaban relatife. Beban pendinginan dalam ruangan dapat bersumber dari banyak komponen termasuk : Konduksi yang diperoleh dari luar ruangna melalui atap, dinding, esterior,langit, dan jendela, termasuk efek sinar matahari yang masuk melalui jenda. Radiasi panas matahari melalui atap dan jendela Pertambahan panas melalui konduksi dari ruangan yang berdampingan, atap, interioror, dinding partisi dan lantai Panas yang dihasilkan dari internal seperti panas manusia, peralatan computer, lampu dan perlalatan lain di ruangan 3.3 Sistem Air Conditioning Untuk mengkondisikan ruangan ada beberapa jenis sistem HVAC (Heating Ventilation Air Conditioning) yang bisa digunakan. Pada bagian ini akan menjelaskan komponen komponen dari berbagai jenis sistem HVAC. Setiap sistem HVAC akan di subsistemkan yang di sebut sebagai sirklus/ "Loop Ada empat bagian loop utama yang akan di jelaskan. Pada aplikasinya ada sistem HVAC yang 8

4 hanya menggunakan 2 loop, 3 loop, atau 4 loop sistem. Berikut ini adalah loop pada sistem HVAC : Airside Loop Chilled-Water Loop Refrigration Loop Heat-Rejection Loop Airside Loop Loop pertama adalah Airside, dan sebagai komponen utama dari loop ini kondisi ruangan. Hal pertama dari dua hal yang dibutuhkan dari kenyamanan ruangan dalah dry-bulb temperature dan humidity. Dalam hal ini untuk mengatur dry-bulb temperature idalam suatu ruangan, panas dan moisture udara harus di tambah atau dikurangi sesuai dengan kebutuhan. Sebgian besar sistem HVAC yang digunakan saat ini dapat membuat kondidisi pemanasan, pendinginan, dan kelembaban udara ke ruangan yang akan di kondisikan. Udara dan kelembaban yang masuk ke ruangan di sebut supply air dan udara yang keluar dari ruangan disebut return air. Gambar 3.3 contoh sirkulasi pengkondisian udara Pada gambar 3.3 contoh sirkulasi pengkondisian udara,pada ssaat cooling mode, air supply dingin masuk kedalam ruangan melalui diffuser menyerap panas dan moisture udara. Semakin rendah temperature supply air, maka panas dan moisture yang akan diambil akan semakin banyak. 9

5 Untuk menentukan berapa banyak supply air yang dibutuhkan di ruangan, dan harus keriang atau dingin, perlu di tentukan berapa banyak sensible heat dan moisture yang dihasilkan ruangan. Pada gambar 1.4 adalah ilustrasi sumber panas diruangan. Gambar 3.4 Ilustrasi sumber panas di ruangan Pada umumnya komponen utama pada Airside Loop adalah, Fan supply dari unit AHU (Air Handing Unit) atau FCU (Fan Coil Unit), Filter udara, Difuser air supply, saluran retunt air, saluran udala luar, saluran pembuangan udara, dan filter udara seperti yang diilustrasikan pada gambar 3.5 Gambar 3.5 Loop air side Supply Fan memasok udara supply air (SA) ke ruangan. Pada contoh gambar 3.5, udara dipasok untuk mengkondisikan ruangan dengan menjaga temperature pada 23.9 o C. dengan menggunakan fan yang sama, returnt air (RA) ditarik kembali ke luar dari ruangan tersebut. Sebagai alteatif, beberapa sistem ada 10

6 yang menggunakan fan lain (returnt fan), unuk menarik udara dari ruangan kembali ke AHU. Sebagian returnt air masuk kembali ke AHU dan di campur dengan sebagian udara dari udara luar (Outdoor Air / OA), dan sebagian lagi dari returnt air dibuang ke udara luar melalui exaust air. Udara campuran (Mix Air) dari retunt air dan outdoor air yang masuk ke ahu malalui Filter dan kemudian dilewatkan ke coil pendingin AHU. Koil pendingin AHU yang didalamnya mengalir Chilled Water mengambil panas dari udara campuran kemudian di sirkulasikan kembali ke ruangan oleh supply fan. Sistem sirkulasi pada Chilled water akan dijelaskan pada Chilled water Loop Chilled Water Loop ` Pada Aireside loop, Koil Pendingin digunakan untuk mendinginkan dan mengurangi moistur air supply udara. Dalam koil pendingin, mengalir cairan diginn melewati pipa dari koil pendingin. Cairan tersebut dapat berupa air, atau refrigerant. Energi panas mengalir dari zat suhu yang lebih tinggi ke zat dengan suhu yang lebih rendah. Karena itu, agar panas bisa di transfer dari udara, cairan yang mengalir melalui pipa coil pendingin harus lebih dingin daripada udara yang lewati sirip koil pendingin. Pada gambar 3.6 air dingin dengan temperature 5.6 o C mengalir melalui koil, kemudian menyerap panas dari udara, kemudian air keluaran dari koil pendingin menjadi lebih tinggi (13.9 o C) Gambar 3.6 Loop chilled water 11

7 Air yang keluar dari koil pendingin dihisap oleh pompa kemudian melaui Evaporator di sisi refrigration loop. Karena temperature dari air lebih tinggi dari temperature regrigrant yang ada dalam evaporator, panas dari air kemudian diserap oleh evaporator pada sisi refrigration loop. Mirip dengan loop di sisi udara, energy panas akan mengalir dari subtansi dengan temperature tinggi ke subtanti yang temperaturenya lebih rendah. Dalam loop ini panas dari air di sisi loop water-chilled kemudian berpindah ke refrigrant yang ada di evaporaor pada loop refrigration. loop disisi air dingin merenpon perubahan pendinginan beban dengan variasi suhu atau kuantitas air yang dikirim ke koil pendingin. Untuk memngontrol jumlah air yang mengalir yang mengalir melalui koil pendingin, digunakan oontrol valve. Pada saat beban pendinginan berkurang, control valve akan mengurangi laju air dingin yang mengalir melalui koil serta menurunkan kapasitas pendinginannya. Aliran air pada pipa dari koil pendingin harus lebih dingin daripada udara yang melewati fin pada koil pendingin. Pada gambar 3.6, air dingin dengan temperature 5.6 o C mengalir pada koil pendingin dan menyerap panas dari udara. Air keluaran dari koil lebih panas dengan temperature 13.9 o C Gambar 3.7 Shell and tube evaporator Pada gambar 1.7 memperlihatkan sheel and tube evaporator dimana refrigrant dingin dalam bentuk liquid mengalir melalui sela sela pada tube. Air panas yang masuk di salah satu ujung shell masuk ke dalam tube evaporator 12

8 kemudian terjadi perpindahan panas dari air yang ada dalam tube ke regrigrant yang ada pada shell, kemudian air dingin keluar dari ujung berlawanan dari shell Refrigeration Loop Loop yang ketiga dalah refrigeration loop. Seperti yang sudah dibahas pada chilled water loop, perpindahan panas pada evaporator, panas dari air dingin di berpindah ke refrigerant liquid. Refrigerant dengan temperature 3.3 o C masuk kedalam shell dari shell and tube evaporator. Panas kemudian ditransfer dari subtansi air ke refrigerant, sehingga regrigrant liquid kemudian mendidih. Selanjutnya regrigrant menguap (Superheat) menjadi 10 o C didalam evaporator sebelum masuk ke kompressor. Gambar 3.8 Refrigrantion loop Kompressor berfungsi untuk mempompa uap refrigerant bertekanan rendah dari evaporator dan di kompres menjadi tekanan tinggi. Penambahan pressure ini selalu di ikuti dengan naiknya temperature dari uap refrigerant (48,9 o C) seperti pada gambar 3.8. Umumnya tipe compressor yang digunakan pada sistem HVAC adalah berjenis reciprocating, scroll, helical-rotary (screw) dan centrifugal. Refrigreration loop biasanya merespon perubahan beban pendinginan dari unload compressor. Metode yang digunakan untuk unload compressor bergantung pada jenis kompresor yang digunakan. Banyak kompreosor reciprocating menggunkan silinder unloader, scroll compressor menggunakan on dan off, helicalrotary compressor menggunakan slide valve atau semacamnya, dan centrifugal compressor menggunakan inlet valve atau variable speed drive untuk mengontrol aliran uap refrigerant yang masuk. 13

9 Setelah keluar dari compressor, uap panas refrigerant dengan tekanan tinggi masuk ke condenser. Condenser adalah tempat pertukaran panas dan panas di transfer dari uap panas refrigerant ke udara, air, atau cairan lain dengan temperature dingin. Setelah panas di ambil dari refrigerant, keluar dari condenser refrigerant berubah phasanya menjadi refrigerant cair. Gambar 3.8 menunjukan beberapa model condenser dengan metode transfer panas yang berbeda-beda, menunjukan tiga tipe dari condenser yaitu, condenser berpendingin udara, evaporative, dan berpendignin air. pada tipe condener berpendingin udara, uap refrigerant panas bertekanan tinggi mengalir melalui pipapipa pada condenser. Udara dari luar area condenser dihisap menggunakan fan dari atas condenser mengalir melalui sirip dan pipa condenser sehingga terjadi perpindahan panas dari condenser ke udara luar. Variasi lain dari tipe condenser adalahh evaporative condenser. Pada tipe ini, refigrant yang mengalir dalam pipa condenser kemudian didinginkan oleh udara yang ditarik menggunakan fan, kemudian air disemprotkan pada permukaan luar pipa untuk membantu pendinginan refrigerant. Pada proses ini sebagian kecil air menguap, proses penguapan ini meningkatkan perpindahan panas refrigerant pada condenser ke udara. Air yang tersisa kemduan ditampung dalam bak penampungan untuk kemudian disirkulasikan kembali oleh pompa kecil. Tipe condenser berpendingin air yang paling umum adalah sell and tube condenser. Dengan desain ini, air mengalir melalui pipa dalam tabung condenser kemudian menyerap panas refrigerant yang ada pada sell condenser. Refrigerant yang berbentuk uap berada di bagian atas sell dan refrigerant yang sudah berbentuk cair berada dibagian bawah sell condenser. Temperature refrigerant cair yang keluar dari condenser masih relative tinggi (43.3 o C) seperti ditunjukan pada gambar 3.8. langkat terakhir dari siklus pendinginan refrigeration loop adalah untuk menurunkan tekanan refigrant cair dengan temperature tinggi melalui perangkat expansi. Expansi berfungsi untuk menurunkan tekanan yang tinggi, dengan demikian suhu dari refrigerant akan turun, pada contoh ini temperature refrigerant adalah 3.3 o C. Penurunan temperatur ini berfungsi agar refrigerant cukup dingin untuk menyerap panas di dalam 14

10 evaporator. Ada beberapa tipe dari perangkat expansi, namun yang ditunjukan dalam contoh gambar 3.8 adalah thermostatic expantion valve (TXV) Heat-rejection Loop Loop yang keempat adalah loop heat-rejection (pembuangan panas). Dalam refrigeration loop condenser memindahkan panas dari refrigerant ke udara atau air atau cairan lain. Dalam condenser berpendingin air, air mengalir melalui pipa dalam condenser saat uap refrigerant panas memasuki ruang shell yang mengelilingi tabung, panas tersebut berpindah ke air, menghangatkan air. pada gambar 3.8 air memasuki condenser dengan temperature 29.4 o C, menyerap panas refrigerant dan keluar dari condenser temperature air menjadi 37.8 o C Gambar 3.9 Heat rejection loop Air yang mengalir harus cukup dingin untuk mendinginkan panas dari uap refrigerant. Pertukaran panas ini memerlukan untuk mendinginkan air yang kembali dari condenser dengan temperature 37.8 o C menjadi temperature yang di inginkan (29.4 o C) sebelum di pompakan kembali ke condenser. Penukan panas (heat exchanger) untuk mendinginkan air condenser biasanya berbentuk Menara pendingin (cooling tower). 15

11 Gambar 3.10 Cooling tower Didalam cooling tower, air panas yang kembali dari condenser di semburkan melalui sirip (fill) didalam cooling tower kemudian propeller fan menarik udara dari luar ke bagian atas melalui sirip untuk mendinginkan air yang mengalir melalui sirip. salah satu tipe dari sirip cooling tower terdiri dari beberapa sirip yang disusun rapat. Air menyebar di atas permukaan sirip kemudian panas dari air ditransfer ke udara yang ditarik menggunakan fan. Sebagian air menguap dan air yang tersisa dari proses pendinginan ini kemudian jatuh ke bak penampungna (sump) untuk kemudian di sirkulasikan kembali ke condenser. 3.4 Chiller Trane CVHG Chiller Trane CVHG memiliki kapasitas ton refrigrasi. Bentuk chiller ini dapat dilihat pada gambar 3.10 dan gambar Chiller ini menggunakan refrigran R123 sehingga bekerja di bawah tekanan atmosfir. Berikit ini menjelaskan komponen komponen utama pada chiller Trane CVHG 16

12 Gambar Chiller Trne CVHG 17

13 Stage Compressor Compresor sentrifugal menggunakan prinsip kompresi dinamis, yang melibatkan pengubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya, untuk meningkatkan tekanan dan suhu zat pendingin. Ini mengubah energi kinetik menjadi energi statis. Gambar Compressor pada chiller CVHG Komponen utama dari compresor sentrifugal adalah impeller yang berputar. Bagian tengah atau mata impeller dilengkapi dengan pisau (Blades) yang menarik uap zat pendingin ke bagian radial yang berada dalam tubuh impeller. Impeler sepenuhnya terselubung, terbuat dari paduan aluminium dengan kekuatan tinggi. Gambar Kontruksi compressor centrivugal Impeler ditempatkan di casing volute terpisah (terbuat dari besi cor). Masing-masing menggabungkan dinding diffuser paralel yang dikelilingi oleh collection scroll. 18

14 Kompresor ini juga dilengkapi dengan modulating inlet guide inlet (IGV) yang dihubungkan dengan aktuator elektrik yang dipasang secara eksternal untuk memberikan kontrol kapasitas compressor. Compressor sentrifugal menggunakan 1 atau lebih impeler untuk mengkompresikan refrigeran. compressor multistage menggunakan 2 atau 3 impeler untuk meningkatkan tekanan uap refrigrant untuk mencapai tekanan kerja refrigerant. Uap refrigrantyang dikompres bergerak dari outlet impeler kompresor stage pertama ke inlet impeler compressor stage-kedua dan kemudian ke impeller stage ketiga. Setelah keluar dari impreller stage ketiga, uap regrigrant kemudian terkumpulkan di compressor volute dan malaju ke condenser Condenser Uap refrigeran bertekanan tinggi dikeluarkan dari kompresor ke kedalam condenser yang berfungsi sebagai penukar panas refrigerant dengan air. Dalam condensor berpendingin air, air dipompa melalui tube condenser sementara uap refrigeran mengisi ruang shell yang mengelilingi tabung. Pelat penyekat (baffle plate) di antara sell dan tube pada condensor berfungsi untuk mendistribusikan uap panas refrigrant dari compressor ke seluruh permukaan condensor dan mengarah ke bawah di atas tube (bundle tube). Baffler plate tersebut berfungsi untuk mencegah pelepasan secara langsung uap refrigrant berkecapatan tinggi dan bertekanan tinggi yang keluar dari compressor. Karena perpindahan panas dari refrigrant bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi dengan air, refrigrant kemudian mengembun pada permukaan dalam condenser. Air dingin terlebih dahulu mengalir melalui condenser bagian bawah (Inlet) dan kemudian mengalir melalui condenser bagian atas (outlet). Hal ini menghasilkan perbedaan suhu yang hampir konstan antara refrigeran yang bergerak ke bawah dan permukaan dalam condenser, menghasilkan tingkat perpindahan panas yang seragam dalam condenser. 19

15 Cairan refrigerant yang terkondensasi mengumpulkan di bagian bawah shell dan mengalir melalui jalur refrigrant cair (liquid line) ke ekspansi device dan economizer. Gambar 3.14 di bawah ini menjukan kontruksi dari sell and tube terbuat dari pelat baja karbon. Gambar Kontruksi sell and tube condenser chiller CVHG Lembaran tabung baja karbon tebal dilas ke setiap ujung cangkang condenser dan dibor ulang untuk menampung pipa tembaga didalamnya. pipa tembaga tersebut kemudian di pasang penyangga sepanjang cangkang condenser untuk menghindari kontak dan gerakan relative di anatara pipa yang berdekatan. Pipa tembaga yang dipasang berdiameter satu inci atau tiga perempat inci. Tergantung dari kapasitas pendinginan condenser. Semakin besar kapasitas pendinginan condenser maka diameter dan jumlah pipa tembaga yang terpasan juga semakin banyak. Pada setiap ujung pipa kemudian permukaannya diperbesar menggunakan mesin expanded, untuk mencegah terjadinya kebocoran dan gerakan yang relative Alat Expansi (Expansion Device) Alat ekspansi digunakan untuk mempertahankan perbedaan tekanan antara sisi tekanan tinggi (condensor) dan sisi tekanan rendah (evaporator) dari sistem pendinginan, seperti yang ditetapkan oleh compresor. Perbedaan tekanan ini memungkinkan suhu evaporator menjadi cukup rendah agar refrigrant dapat menyerap panas dari air yang didinginkan, dan suhu condensor menjadi cukup 20

16 tinggi bagi refrigeran untuk melepaskan panas terhadap air. Cairan pendingin bertekanan tinggi mengalir melalui alat ekspansi, menyebabkan penurunan tekanan yang mengurangi tekanan refrigrant ke evaporator. Pengurangan tekanan ini menyebabkan sebagian kecil cairan mendidih, atau "menyemprot". Refrigeran dingin yang tersisa keemudian masuk ke evaporator. Alat ekspansi juga digunakan sebagai sistem mengontrol aliran refrigeran cair, menyeimbangkan laju aliran refrigeran dengan kondisi beban evaporator. Dalam contoh chiller sentrifugal Trane CVHG, perangkat ekspansi yang digunakan adalah satu set dari 2 pelat orifice. Pada saat beban penuh, sebagian besar refrigrant bergerak menuju evaporator. Pada saat melalui pelat orifice, refrigeran cair mengalami penurunan tekanan dan level refrigrant akan semakin banyak (H1). Hal ini menyebabkan hanya sebagian kecil refrigerant yang menguap saat melewati pelat orifice kedua. Gambar Level refrigrant dan kontruksi orifice Saat beban berkurang, maka refrigeran yang bergerak ke eveporator melalui orifice lebih sedikit dan tingkat tekanan di liquid line berkurang. Sekarang, saat refrigerant cair melewati pelat orifice, refrigerant hanya mengalami penurunan tekanan sama dengan ujung bagian bawah (H2) sebelum beberapa di antaranya disepraikan. Hal ini menyebabkan flashing tambahan pada pelat orifice yang kedua, kemudian menyebabkan refrigerant cair yang mengalir ke evaporator menjadi lebih sedikit. 21

17 Economizer Pada chiller Trane CVHG dengan 3 stage compressor, prosess expansi terbagi menjadi 3 step dengan 3 bagian dan dipisahkan menjadi beberapa langkah pada economizer seperti di ilustariskan pada gambar 3.16 Gambar Kontruksi Economizer Refrigrant cair dari condensor memasuki orifice pertama (perangkat ekspansi), yang mengurangi tekanan refrigrant, uap yang dihasilkan dari proses ini kemudian kemudian masuk ke inlet impeler tahap ketiga. Penurunan tekanan ini menyebabkan sebagian refrigeran cair menguap, dan campuran cairan dan uap yang dihasilkan memasuki ruang tekanan tinggi economizer. Di sini, uap refrigrant dipisah kemabli dari campuran refrigerant cair dan kemudian diarahkan langsung ke inlet impeler tahap ketiga. Refrigerant cair yang tersisa bergerak ke perangkat ekspansi stage kedua. Perangkat ekspansi tahap kedua selanjutnya mengurangi tekanan refrigrant pada inlet impeler tahap kedua. Penurunan tekanan ini menyebabkan sebagian refrigeran cair menguap, kemudian campuran cairan dan uap yang dihasilkan memasuki ruang tekanan rendah dari economizer. Di sini, uap dipisahkan lagi dan diarahkan langsung ke inlet impeler tahap kedua. Refrigerant cair yang tersisa bergerak ke perangkat ekspansi ketiga dan evaporator. Refrigragrant yang masuk ke orifice stage ketiga sehingga mengurangi tekanan dan temperature refrigerant dan kemudian masuk ke evaporator. 22

18 Chiller Trane CVHG memiliki economizer dengan dua tahap, sehingga memberikan efisiensi hingga tujuh persen lebih besar daripada desain tanpa economizer. Karena chiller Trane CVHG menggunakan tiga impeler, dimungkinkan untuk memisahkan gas refigrant pada dua tekanan antara tekanan evaporator dan kondenser, yang secara signifikan meningkatkan efisiensi chiller Evaporator Pada evaporator sheel and tube seperti yang ditunjukan pada gambar 3.17, campuran refrigerant cair dengan tekanan rendah dan uap refrigeran memasuki sistem distribusi yang membentang sepanjang sell pada evaporator. Pembukaan baffle yang kecil di bagian distributor cairan menyediakan semprotan refrigeran di atas permukaan tabung di dalam sell evaporator, tempat refrigerant menyerap panas dari air yang relatif hangat yang mengalir melalui pipa didalam evaporator. Perpindahan panas ini mendidihkan cairan refrigrant pada permukaan tabung. Uap yang dihasilkan melewati eliminator untuk mencegah cairan tertarik ke atas. Uap mengumpulkan dalam ruangan besar di bagian atas sell evaporator dan ditarik kembali ke compresor. Air yang sekarang dingin bisa digunakan dalam berbagai proses aplikasi Gambar Kontruksi pada sell and tube evapororator chiller CVHG 23

19 Shell evaporator dibuat dari pelat baja karbon dan tube pada evaporator menggunakan tembaga berserat. Pada beberapa aplikasi bisa juga terbuat dari bahan copper nickel untuk ketahanan yang lebih kuat. Eliminator terbuat dari lapisan jaring logam kemudian dipasang di atas bundel sepanjang tabung evaporator untuk mencegah agar refrigeran cair masuk ke compressor Motor Motor digunakan untuk memutar impeller. Motor dihubungkan langsung (direct drive motor) ke poros impeller sehingga impeller berputar dengan kecepatan yang sama dengan motor. Motor dengan gear drive untuk memindahkan energinya ke poros impeller dengan menggunakan 1 atau lebih set roda gigi. Hal ini memungkinkan impeller untuk memutar pada kecepatan yang lebih tinggi daripada motor. Motor penggerak langsung membutuhkan lebih sedikit bering dan tidak menyebabkan kehilangan gear. Selain itu, karena compressor berputar pada kecepatan yang lebih lambat, sehingga suara yang dihasilkan compressor menjadi lebih halus daripada compressor yang menggunakan gear drive. Seperti ditunjukan pada gambar 3.18, Motor compressor disegel secara harmetik dengan dua tiang (pole) dan celah (slip) yang redahm. Rotor induksi terbuat baja karbon yang diolah dengan panas dan impeler dikunci langsung ke atasnya pada posisinya. Motor dengan tegangan 380 sampai 415 volt tiga fasa 50 hertz dihubungkan dengan enam terminal untuk full voltage (across line) starting atau voltase yang reduce (Star-Delta atau autotransformer) starting. 24

20 Gambar Kontruksi motor chiller CVHG Untuk motor dengan tegangan medium, 3300 sampai 6600 volt tiga fasa 50 hertz dipasok dengan tiga terminal untuk full voltage (across line) starting atau reduce voltage (primary reactor atau autotransformer) starting Motor Cooling Perbedaan penting lainnya pada motor compresor adalah perbandingan motor hamatik (motor tertutup) dan open tipe (motor terbuka). Motor hermetik seluruhnya tertutup dengan chiller. Pada Motor open tipe karena motor dipasang terpasang di luar dari sistem pendinginan chiller -dan menggunakan kopling untuk menghubungkan poros motor dengan compressor, sehingga pendinginan dari motor menggunakan udara luar. Sedangkan pada motor harmetik, Panas yang dihasilkan oleh motor hermetis diserap oleh refrigeran cair, dari saluran refrigerant cair (liquid line), yang dimengalirkan melalui sekitar bagian atas motor untuk mendinginkan motor. 25

21 Gambar Sistem pendinginan motor. Panas yang dihasilkan oleh motor open tipe dibuang ke udara yang ditarik masuk dari luar compressor. Panas ini tetap harus dibuang dari ruang peralatan, baik dengan ventilasi mekanik atau, jika ruangannya dikondisikan dengan air dari chiller. Dalam beberapa desain, udara ini hanya ditarik ke dalam housing motor oleh shaft motor yang berputar. Bagian ventilasi cenderung kotor dan dapat menyumbat, menghasilkan suhu operasi dan titik panas yang lebih tinggi sehingga mempengaruhi efisiensi dan keandalan motorik. Desain lainnya, seperti fan-coold yang benar-benar tertutup dan menggunakan kipas terpisah dengan housing motor untuk mendinginkan motor. Sistem ini mendekati efisiensi dan keandalan motor hermetis. Motor compresor Hermetik menghilangkan kebutuhan kopling shaft dan shaft seals eksternal yang ada pada motor open tipe. Kopling membutuhkan keselarasan yang tepat, dan segel ini merupakan sumber utama kebocoran oli dan refrigeran. Di sisi lain, jika motor terbakar, chiller hermetik akan memerlukan pembongkaran menyeluruh, sementara motor open tipe dapat mudah dipisahkan antara motor dan compressor. 26

22 Pelumasan Compressor Oli yang ditampung di oil tank dipompa kan oleh oil pump, pada gambar 3.20 ditunjukan dengan warna kuning. Oli tersebut di berfungsi untuk melumasi bering compressor bagian depan dan belakang untuk mencegah terjadinya gesekan langsung dengan cangkang compressor. Gambar Sistem pelumsan compressor CVHG. Setelah melumasi bering compressor, oli tersebut kemudian kembali melalui jalur oli balik (oil return) ke oil tank, yang sebelumnya di pisahkan antara uap refrigerant dengan oli pada pemisa oli (oil separator) ditunjukan dengan warna merah pada gambar. Uap refrigerant dari oil separator kemudian kembali ke condenser. Sebagian oli bercampur dengan refrigerant yang bersirkulasi ke seluruh sistem. Oli yang terbawa ke suction compressor dikembalikan ke oil tank melalui educator, pada gambar ditandai dewan warna hijau. Begitu pula oli yang masuk ke evaporator. Pada gambar ditandai oli warna ungu, namun pada jalur oli balik dari evaporator di pasang filter oli untuk mencegah kotoran masuk kedalam educator. Untuk menjaga oli tetap pada temperature yang semestinya, oli tank didinginkan oleh refrigerant uap yang diambil dari condenser yang di lewatkan melalui educator. pada gambar ditandai dengan warna merah muda. Campuran oli 27

23 dan refrigerant yang keluar dari educator kemudian masuk kembali ke oli tank untuk kemudian di sirkulasikan kembali EarthWise Purge Unit Pada chiller yang dirancang untuk menggunakan refrigerant dengan tekanan rendah, evaporator dan sisi hisap compressor beroprasi pada tekanan yang lebih rendah dari tekanan atmosfir. Oleh karena itu, jika kebocoran kecil ada di salah satu bagian ini, udara akan bocor ke dalam chiller dan bukan refrigeran yang bocor ke udara luar. Gambar Purge unit. Udara di dalam chiller mengurangi luas permukaan yang tersedia untuk perpindahan panas. Hal ini juga meningkatkan tekanan refrigrant pada condensor, yang meningkatkan perbedaan tekanan yang dibutuhkan di compressor dan menyebabkan lebih banyak daya untuk dikonsumsi. Dalam kasus ekstrim, udara dapat menyebabkan tekanan balik ke compresor (surge), sehingga membatasi kemampuan chiller untuk menghasilkan air dingin. Akhirnya, campura udara lembab dapat menyebabkan korosi dan reaksi kimia berbahaya lainnya di dalam chiller. Semua chiller dengan tekanan rendah dilengkapi dengan sistem pembersihan udara (purge system) untuk membuang udara dan moisture ketika terjadi kebocoran Sistem PembersihanPendingin bertekanan rendah biasanya mencakup sistem pembersihan untuk menghilangkan udara dan kelembaban yang mungkin bocor, sambil meminimalkan emisi refrigrant. Purge sistem terdiri dari 28

24 sistem pendinginan kecil, sistem pompa, kontrol, dan penyaring yang lebih kering. Gambar 3.22 menunjukan komponen komponen pada purge unit. Gambar Komponen-komponen pada purge unit. 29

25 The EarthWise Purge adalah perangkat yang terpasang secara eksternal ke chiller. Ini pada dasarnya terdiri dari tangki, katup masuk dan keluar, dan sistem pendinginan. Evaporator sistem chiller terletak di tangki purge dan disebut evaporator purge. Tangki purge terhubung ke condensor chiller melalui jalur suplai dan return dimana refrigeran dapat mengalir dengan bebas. koil evaporator purge membuat permukaan dingin dan mendinginkan refrigerant R123 yang masuk kedalam tangki Ketika sirkuit refrigrasi purge berjalan, refrigrant dari condensor chiller tertarik ke permukaan dingin evaporator purge di tangki purge. Ketika refrigrant gas menyentuh permukaan dingin dari koil evaporator purge, sehingga refrigrant mengembun dan menjadi cairan. Refrigerant yang sudah menjadi cair akan berada di bagian bawah tanki purge sedangkan udara yang bersifat sulit di kondensasikan (uncondensible gas) akan tetap berada di atas. Apabila hanya uap refrigerant yang masuk kedalam tanki purge dan tidak ada uap yang sulit dikondensasikan masuk kedalam tanki purge, kemudian di dinginkan oleh evaporator purge maka, tanki purge akan terisi penuh oleh cairan refrigerant dan suhu pipa hisap compressor purge akan tinggi (gambar 3.23). Gambar Tanki purge terisi penuh oleh refrigrant 30

26 Lebih banyak uap refrigrant dari condensor chiller kemudian bermigrasi ke tangki purge untuk mengisi kekosongan ini. Refrigeran cair yang terkondensasi pada tangki pembersih kembali ke condensor pendingin melalui jalur balik (return line). Peningkatan jumlah uap yang tidak terkondensasi yang tertampung dalam tangki purge akan mengurangi beban perpindahan panas dari koil evaporator purge (gambar 3.24), sehingga suhu refrigerant yang dihisap compresor purge akan menurun. Gambar Tanki purge saat terisi udara 31

27 Suhu hisap compressor purge dimonitor oleh kontrol unit, sehingga apabila suhu hisap compressor kurang dari 10 o C maka akan mengaktifkan pump out compressor untuk menghilangkan uap yang tidak terkondensasi dari tangki purge (gambar 3.25). Gambar purge unit pada saat pump out Bila cukup banyak uap yang telah dikeluarkan, suhu hisap compresor purge akan meningkat lebih dari 10 o C dan menghentikan pump out compressor (gambar 3.26). Gambar Purge unit pada saat stop 32

28 EarthWise Purge sistem akan memonitor aktivitas pumpout untuk chiller tertentu sebagai indikator kebocoran udara ke chiller. Fitur ini disediakan untuk menginformasikan operator chiller aktivitas purge unit. Kemampuan untuk memantau operasi pembersihan merupakan fitur penting dari unit EarthWise Purge. 33