Bab III Prosedur dan Data Teknis
3.1 Prosedur Analisis Prosedur analisis kelayakan sistem tata udara dan penyediaan air panas distrik adalah sebagai berikut: •
Pengumpulan data teknis berupa hasil perancangan sistem tata udara distrik dan sistem penyediaan air panas distrik.
•
Penggabungan data dari kedua sistem menjadi satu sistem utuh yang sinkron.
•
Analisis biaya yang mencakup biaya investasi awal (persiapan dan pemasangan) dan biaya tahunan.
•
Perbandingan sistem distrik dengan sistem konvensional.
•
Analisis manfaat berupa penghematan energi yang dikonsumsi.
•
Penentuan tarif jual energi kepada konsumen.
•
Analisis aliran kas tahunan dan kelayakan investasi.
3.2 Data Umum 3.2.1 Penentuan Kawasan Kriteria kawasan yang dicari untuk perancangan sistem tata udara dan penyediaan air panas distrik ini adalah kawasan yang membutuhkan pendinginan dan penyediaan air panas dalam jumlah besar. Kawasan yang dipilih adalah perumahan Batununggal Indah yang terletak di Jalan Soekarno-Hatta, Bandung. Kawasan ini terdiri dari tujuh tahap pembangunan. Tujuh daerah tahapan yang dijadikan sebagai blok perancangan studi kasus penelitian ini dapat dilihat pada Lampiran A.
11
3.2.2 Fungsi dan Data Bangunan Fungsi bangunan dalam kawasan ini adalah rumah tinggal. Dalam kawasan ini, terdapat beberapa tipe rumah yang tersedia. Untuk mempermudah analisis, diambil lima belas tipe rumah yang berbeda disesuaikan dengan luas tanah tiap kavling yang tersedia. Kapasitas hunian tiap rumah berbeda-beda sesuai fasilitas yang terdapat pada masing-masing rumah. Jumlah rumah tiap blok dan tiap tipe beserta kapasitas huniannya dapat dilihat pada tabel 3.1.
Tabel 3.1 Jumlah Rumah dan Kapasitas Hunian Tipe Rumah
Jumlah Rumah Kapasitas Hunian Blok 1 Blok 2 Blok 3 Blok 4 Blok 5 Blok 6 Blok 7 Total
65/126
3
12
0
0
1
0
0
0
13
81/142
3
8
0
1
0
10
0
3
22
98/175
4
29
26
29
2
0
0
0
86
104/188
4
0
0
0
10
0
0
0
10
104/198
4
40
0
0
11
0
20
45
116
115/180
4
28
0
36
55
27
0
69
215
116/250
4
11
53
25
41
15
2
19
166
140/240
4
64
25
36
13
35
16
70
259
156/325
4
3
16
1
13
1
33
14
81
165/288
5
3
30
20
4
7
2
17
83
185/200
5
113
72
93
105
8
0
53
444
200/300
5
68
109
61
10
22
70
13
353
248/360
5
27
14
23
10
3
13
29
119
270/375
6
28
13
23
3
37
143
41
288
294/444
5
31
60
18
13
18
61
35
236
465
418
366
291
183
360
408
2491
Total
12
3.3 Data Teknis Sistem Tata Udara Distrik 3.3.1 Beban Pendinginan Berdasarkan kondisi geografis Bandung yang terletak pada 6,5o LS, 107o BT, ketinggian 791 meter di atas permukaan laut serta kondisi rancangan udara dalam ruangan dengan temperatur bola kering 25°C+1°C dan kelembaban relatif 60%+10%, diperoleh estimasi beban pendinginan kawasan Batununggal Indah seperti diberikan pada Tabel 3.2[5], sedangkan beban pendinginan maksimum per ruangan dapat dilihat pada Tabel 3.3[5].
Tabel 3.2 Beban Pendinginan Kawasan (Watt)
Jan
1
2
3
4
5
6
7
8
9240153
8903170
8578292
8377484
8128904
13463839
15493461
16654152
Feb
9329640
8904259
8581025
8383194
8133547
13851873
16078208
17282457
Mar
9898335
9560442
9249367
9051773
8801059
14389439
16506214
17619341
Apr
9655706
9315164
9014488
8814643
8560014
14110799
16158929
17188105
Mei
9917973
9582431
9290356
9089409
8841771
14136277
15926740
16846899
Juni
9496350
9160917
8868795
8669498
8435107
13938543
15551021
16416390
Juli
9796322
9460954
9168467
8969143
8739680
14295318
15811427
16646685
Agus
9753812
9415213
9120232
8919436
8679953
14247476
15925488
16810969
Sept
10321385
9982349
9687210
9486245
9234455
14676971
16583138
17541396
Okt
11403449
11059041
10754547
10556716
10299585
16127484
18349205
19441386
Nov
10657045
10313443
9996456
9798910
9543020
15406172
17693862
18870703
Des
10654365
10315044
9989737
9788035
9533911
15040454
17204529
18378307
9
10
11
12
13
14
15
16
Jan
17070793
16801966
15748533
14858625
15839915
17096710
17955124
18101915
Feb
17611217
17150667
15862161
14835803
15878890
17285987
18303678
18539612
Mar
17758164
17054493
15568858
14456190
15560002
17151481
18426355
18874440
Apr
17133631
16170557
14465570
13251181
14401713
16151425
17657404
18296556
Mei
16754113
15808215
14197197
13059932
14156609
15816487
17277386
17922792
Juni
16375081
15518450
14030698
12973092
14025783
15582845
16949338
17524640
Juli
16631971
15826648
14409851
13397267
14428029
15933674
17252973
17795832
Agus
16755090
15861219
14320206
13228732
14311854
15927510
17348392
17953402
Sept
17426842
16417420
14712819
13516187
14654084
16394737
17930273
18612362
Okt
19376339
18343595
16521479
15230321
16436087
18288860
19880489
20602473
Nov
19009719
18252612
16665781
15483680
16638616
18320159
19663868
20132684
Des
18721314
18316706
17109808
16136140
17173425
18559539
19562839
19803647
13
Tabel 3.2 (lanjutan) 17
18
19
20
21
22
23
24
Jan
17872393
15801268
10827653
11059700
11330818
10618093
10384980
9843627
Feb
18312971
16147695
10904154
11093342
11346832
10628026
10384775
9845921
Mar
18745342
16637803
11468242
11696470
11969699
11251078
11020944
10488326
Apr
18263382
16233636
11145454
11397713
11683160
10976595
10756748
10235219
Mei
17957158
16136132
11308847
11594880
11893144
11209307
11004622
10491394
Juni
17595733
15955988
10927582
11196109
11483572
10799327
10591625
10076973
Juli
17885688
16333629
11238023
11501995
11785859
11103431
10895292
10380111
Agus
18018308
16316761
11204637
11467046
11752768
11063832
10852933
10336081
Sept
18632686
16720352
11751195
12023640
12317155
11623766
11413970
10897425
Okt
20490165
18327174
12973629
13196022
13469303
12744480
12513734
11986830
Nov
19972822
17736217
12307788
12507603
12769311
12033690
11791586
11253001
Des
19595418
17472915
12321597
12496862
12728964
12024457
11783311
10937456
Tabel 3.3 Beban Pendinginan Maksimum per Ruangan (Watt)
65/126
Ruang Tidur Utama 2979.53
1160.69
81/142
2032.36
2006.64
Tipe rumah
Ruang Tidur 1
Ruang Tidur 2
Ruang Tidur 3
Ruang Tidur 4
Ruang Tamu
Keluarga
2754.93
2415.93
Ruang
Ruang Duduk
1742.51
98/175
1740.47
1520.9
884.86
3413.62
4662.33
104/198
1388.22
1180.38
1515.07
2372.53
3353.05
104/188
1294.43
1038.3
1038.3
2542.28
1922.83
115/180
2119.3
1955.21
2076.98
2799.38
3717.86
116/250
1784.58
1753.34
1269.76
2838.5
1139.43
140/240
1752.61
1805.35
1322.48
1911.89
6885.32
156/325
2902.35
1572.65
2045.45
2163.07
3198.32
165/288
2033.8
1304.12
1017.43
1008.55
1201.75
1515.14
185/200
4680.37
1470.77
1525.38
1551.93
3081.4
3758.51
1912.28
200/300
3006.74
1407.48
1467.78
1439.11
2400.85
3060.6
1707.78
248/360
2087.65
2432.56
2538.55
2430.35
3451.64
4143.07
1719.17
270/375
4624.69
750.61
1285.83
5054.8
294/444
2318
1369.73
1546.78
1529.23
1743.48
1495.36
1839.86
1590.68
2618.69
5502.36
1768.12
Dengan data-data di Tabel 3.2 dan 3.3, dipilih sistem pendingin sentral water-cooled chiller yang secara skematis diberikan pada Gambar 3.1, dengan pertimbangan sistem sentral lebih hemat energi dibandingkan konvensional. Perancangan masing-masing komponen sistem seperti pemipaan, pompa, cooling tower dan chiller diberikan pada sub pasal berikut[5].
14
Gambar 3.1 Skematis sistem central water-cooled chiller
3.3.2 Sistem Pemipaan Air Dingin Layout sistem pemipaan air sistem tata udara distrik terdiri dari sistem pemipaan air dingin (chilled water) dan sistem pemipaan air pendingin kondensor. Layout piping ditampilkan pada Lampiran A. Pipa yang digunakan dalam sistem tata udara distrik ini adalah jenis Black Steel Pipe, schedule 40. Pipa ini dipilih karena ketersediaannya di pasaran, harga yang lebih murah dibanding dengan pipa-pipa air pada umumnya dan memiliki ketahanan korosi yang baik. Pemipaan dibagi menjadi pemipaan supply dan return. Ukuran pipa supply yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 3.4, sedangkan untuk pipa return pada Tabel 3.5.
15
Tabel 3.4 Sistem Pemipaan Supply Pipa Supply
Header Suction
Tahap 1
1-BB BB-BK BK-BN BN-BO 1-CB CB-CK CK-CL CL-CM 1-DB DB-DK DK-DL DL-DM 4-H H-HQ HQ-HP
Tahap 6
Tahap 7
Tahap 5
Tahap 2
Tahap 3
Tahap 4
GPM
Dia(in)
L(m)
2636,58 549,88 382,72 152,79 2314,34 522,3 356,71 130,61 2077,34 388,245 279,675 146,855 862,6 204,53 122,78 2550,16 406,85 304,41 172,69 3606,09 2771,1 2700,9 2598,35 2494,1 2452,44 2338,34 2282,06 2186,34 2118,75 1979,72 1927,71 1820,4 1768,16 1610,74 1565,35 1442,33 1335,95 1183,16 1053,18 946,32
14 6 5 3,5 12 6 5 3 10 5 5 3 8 4 3 14 6 5 3,5 16 14 14 14 14 14 14 12 12 12 12 12 12 12 10 10 10 10 10 8 8
447,39 262,85 277 250,5 754,3 266 315 250 1109,03 265 261 246,3 189,98 172,14 329,78 421,45 264,1 307,5 243,5 392,81 0,5 59,71 3,1 5,4 2,76 43,24 2,99 5,11 2,78 44 2,79 5,71 2,78 39,22 2,79 8,5 0,5 82,35 49 8,5
16
elbow 3
Fitting red tee
1
1 1 1
3 1 1
1 1 1
3 1 1
1 1 1
2 1
1 1
2 1 1
1 1 1
3
1
tee 21 30 14 15 38 15 13 32 18 9 29 17 36 20 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Tabel 3.4 (lanjutan) Pipa Supply
Header Suction
GPM
Dia(in)
L(m)
774,89 604,35 534,18 430,28 345,57 262,65 184,08 79,42
8 6 6 6 5 5 4 2,5
52,53 8,22 45,98 8,52 46 8,5 45,98 377,52
elbow
Fitting red tee
tee
1 1 1 1 1 1 1 22
Tabel 3.5 Sistem Pemipaan Return Pipa Return
Header Suction
Tahap 1
1-BB BB-BK BK-BN BN-BO 1-CB CB-CK CK-CL CL-CM 1-DB DB-DK DK-DL DL-DM 4-H H-HQ HQ-HP
Tahap 6
Tahap 7
Tahap 5
Tahap 2
Tahap 3
GPM
Dia(in)
L(m)
2636,58 549,88 382,72 152,79 2314,34 522,3 356,71 130,61 2092,65 388,245 279,675 146,855 862,6 204,53 122,78 2550,16 406,85 304,41 172,69 3606,09 2771,1 2700,9 2598,35 2494,1 2452,44 2338,34 2282,06 2186,34
14 6 5 3,5 12 6 5 3 10 5 5 3 8 4 3 14 6 5 3,5 16 14 14 14 14 14 14 12 12
468,85 262,85 277 250,5 775,76 266 315 250 1136,49 265 261 246,3 185,18 172,14 329,78 618,76 264,1 307,5 243,5 298,8 0,5 59,71 3,1 5,4 2,76 43,24 2,99 5,11
17
elbow 4
Fitting red tee
1
1 1 1
4 1 1
1 1 1
4 1 1
1 1 1
1 1
1 1
3 1 1
1 1 1
3
1
tee 21 30 14 15 38 15 13 32 18 9 29 17 36 20 1 1 1 1 1
1 1 1
Tabel 3.5 (lanjutan) Pipa Return
Header Suction
Tahap 4
GPM
Dia(in)
L(m)
2118,75 1979,72 1927,71 1820,4 1768,16 1610,74 1565,35 1442,33 1335,95 1183,16 1053,18 946,32 774,89 604,35 534,18 430,28 345,57 262,65 184,08 79,42
12 12 12 12 12 10 10 10 10 10 8 8 8 6 6 6 5 5 4 2,5
2,78 44 2,79 5,71 2,78 39,22 2,79 8,5 0,5 82,35 49 8,5 52,53 8,22 45,98 8,52 46 8,5 45,98 377,52
elbow
Fitting red tee
tee 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 22
3.3.3 Head Loss dan Tebal Insulasi Sistem Pemipaan Air Dingin Masing-masing blok memiliki kebutuhan pendinginan yang berbeda-beda sehingga memiliki karakteristik pemipaan dan head loss yang berbeda pula. Secara umum, pada setiap percabangan diberi katup penyeimbang, setiap cabang ke rumah-rumah diberi dua katup gate sebagai penyeimbang dan pengatur laju aliran air. Data head loss untuk tiap blok dapat dilihat pada Tabel 3.6.
Tabel 3.6 Head Loss Tiap Blok BLOK 1 6 7 5 2 3&4
POMPA 1 2 3 4 5 6
Head ft H2O 227,32 247,53 306,07 152,36 276,06 358,63
mH2O 69,29 75,45 93,29 46,44 84,14 109,31
18
Head total mH2O 77,91 84,97 97,86 55,73 88,71 113,88
Q GPM 2.636,58 2.314,34 2.092,65 862,60 2.550,16 3.606,09
m3/h 598,77 525,59 475,30 195,90 579,14 818,94
Pompa 1 melayani blok 1, pompa 2 melayani blok 6, pompa 3 melayani blok 7, pompa 4 melayani blok 5, pompa 5 melayani blok 2, dan pompa 6 melayani blok 3 dan blok 4. Insulasi pada pemipaan air dingin dibutuhkan untuk mencegah kondensasi pada bagian luar pipa. Selain itu juga agar kenaikan temperatur air rendah, yaitu di bawah 2oC. Bahan insulasi yang digunakan adalah cellular glass dengan konduktivitas termal 0,053 W/mK dengan tebal 1 inci.
3.3.4 Chiller Beberapa pertimbangan dalam pemilihan chiller antara lain adalah kapasitas pendinginan, efisiensi, refrigeran yang dipakai, kemudahan perawatan, dan lain-lain. Berdasarkan data beban pendinginan diketahui bahwa beban pendinginan puncak terjadi pada bulan Oktober pukul 16.00 sebesar 5860 TR. Chiller yang dipilih adalah water cooled chiller dari Trane tipe CenTraVac CDHG sebanyak empat unit[]. Tiga unit untuk memenuhi kebutuhan pendinginan, satu unit digunakan sebagai cadangan. Kapasitas pendinginan masing-masing unit adalah sebesar 2.000 TR, sehingga kapasitas pendinginan total ketiga chiller adalah 6.000 TR. Spesifikasi chiller antara lain : •
Kapasitas Pendinginan
: 2.000 TR
•
Refrigeran
: HCFC-123
•
Fluida pendingin
: Air
•
Kompresor
: Dual Centrifugal Compressor
•
Daya Kompresor
: 1.290 kW
•
Laju air di evaporator
: 4.800 GPM
•
Laju air di kondensor
: 6.000 GPM
•
Kondisi operasi - Temperatur air masuk evaporator
: 13oC
- Temperatur air keluar evaporator
: 6oC
- Temperatur air masuk kondensor
: 29oC
- Temperatur air keluar kondensor
: 35oC
19
Beban pendinginan puncak sebesar 5860 TR dapat diatasi dengan menjalankan tiga unit chiller secara paralel. Kapasitas pendinginan total dari ketiga chiller adalah 6.000 TR. Pada saat-saat tertentu misalnya malam hari hingga pagi hari dimana beban pendinginan dapat diatasi dengan dua chiller saja, salah satu chiller tidak perlu dioperasikan. Hal ini dapat menghemat pemakaian energi sehingga mengurangi biaya operasi chiller.
3.3.5 Cooling Tower Energi dalam bentuk panas yang harus dibuang ke lingkungan dari setiap chiller pada kondisi operasi optimum adalah sebesar 7324,18 TR atau 17578,02 GPM. Untuk menunjang pengoperasian chiller tersebut digunakan cooling tower buatan Super Tower Industries yang berkapasitas 6181,65 GPM. Spesifikasi cooling tower antara lain: •
Tipe
: Round Cooling Tower
•
Kapasitas
: 23400 L/min (6181,65 GPM)
•
Jumlah yang digunakan
: 3 unit beroperasi, 1 unit cadangan
•
Daya Fan
: 60 HP (44,76 kW)
•
Dimensi Diameter Fan
:6m
Diameter Casing
: 9,6 m
Tinggi
:9m
•
Temperatur air masuk
: 35oC
•
Temperatur air keluar
: 29oC
•
Temperatur udara sekitar
: 27oC
3.3.6 Pompa Sistem Pemipaan Air Dingin dan Menara Pendingin Sistem pemipaan air dingin menggunakan pompa primer dan pompa sekunder. Pompa primer berfungsi mensirkulasikan air dingin dari dan menuju chiller melalui header. Sedangkan pompa sekunder mensirkulasikan air dingin dari header ke rumah-rumah sampai kembali lagi ke header. Pompa dipilih berdasarkan head total dan kapasitas yang harus dilayani. Pompa primer harus
20
mengatasi debit sebesar 14.062,42 GPM dan head total 8,43 mH2O. Pompa primer yang dipilih adalah Torishima tipe 98CDM 400x350 MN. Spesifikasi pompa ini antara lain: •
Tipe
:
Double Suction
•
Kapasitas
:
hingga 5500 l/s
•
Jumlah yang digunakan
:
4 unit beroperasi, 1 unit cadangan
•
Daya motor
:
@37kW x 4 unit = 148 kW
Untuk air pendingin kondensor, dibutuhkan pompa yang dapat mengatasi head sebesar 17,62 mH2O dengan kapasitas 17578,02 GPM. Tipe dan spesifikasi pompa air pendingin kondensor ini sama dengan pompa primer. Jumlah pompa yang digunakan empat unit beroperasi dan satu unit cadangan. Pompa sekunder melayani rumah-rumah per blok yang kapasitas dan head totalnya berbeda-beda. Terdapat enam jenis pompa sekunder yang masing-masing berjumlah satu unit beroperasi dan satu unit cadangan. Data pompa sekunder dapat dilihat pada Tabel 3.7.
Tabel 3.7 Spesifikasi Pompa Sekunder Flow rate (m3/s) 0,17
Merk Pompa
Jenis Pompa
Effisiensi (%)
1
Head Total (m) 77,91
Torishima
98CDM 300x250 EN
2
84,97
0,15
Torishima
3
97,86
0,13
4
55,73
5 6
Pompa
84
Daya Motor (kW) 170
Putaran motor (rpm) 1470
98CDM 300x250 EN
81
170
1470
Torishima
98CDM 250x150 BN
77
180
1470
0,05
Torishima
CPCN 125-400
77
45
1470
88,71
0,16
Torishima
98CDM 300x250 EN
81
170
1470
113,88
0,23
Torishima
98CDM 300x200 CN
82
355
1470
3.3.7 Fan Coil Unit Unit-unit fan coil diletakkan di setiap ruangan yang dikondisikan. Penentuan unit didasarkan atas besarnya beban pendinginan yang harus dilayani oleh unit tersebut. Pemilihan dilakukan dengan melihat beban maksimum yang terjadi pada ruangan tersebut.
21
Unit-unit
fan coil yang digunakan berasal dari satu perusahaan yaitu
McQuay Italia. Spesifikasi secara umum unit-unit fan coil dapat dilihat pada Tabel 3.8, sedangkan pemilihan unit fan coil setiap ruangan dalam setiap tipe rumah dapat dilihat pada Tabel 3.9.
Tabel 3.8 Spesifikasi unit fan coil Temperatur air (oC)
No.
Tipe
1
MWM007GW
Daya listrik (W) 30
Kapasitas Pendinginan (W) 1732
Kapasitas Pendinginan (TR) 0,49
masuk
keluar
7
12
2
MWM010GW
30
2029
0,58
7
12
3
MWM015GW
45
2351
0,67
7
12
4
MCM007BW
30
1460
0,42
7
12
5
MCM015BW
45
2509
0,72
7
12
6
MCM030DW
90
5527
1,56
7
12
7
MCE025EW
75
4777
1,36
7
12
8
MCK015CW
64
3221
0,92
7
12
9
MCK040AW
105
7466
2,12
7
12
Tabel 3.9 Pemilihan unit fan coil tipe rumah
R.Tidur U
R. Tidur 1
R.Tidur 2
R.Tidur 3
R.Tidur 4
R.Tamu
R. Kel
65/126
MCK 015CW
MCM 007BW
MCK 015CW
MCM 015BW
81/142
MWM 015GW
MWM 010GW
98/175
MWM 010GW
MWM 007GW
MCM 007BW
MCE 025EW
MCE 025EW
104/198
MCM 007BW
MCM 007BW
MWM 007GW
MCM 015BW
MCE 025EW
104/188
MCM 007BW
MCM 007BW
MCM 007BW
MCK 015CW
MWM 010GW
115/180
MWM 015GW
MWM 010GW
MWM 015GW
MCK 015CW
MCE 025EW
116/250
MWM 010GW
MWM 010GW
MCM 007BW
MCK 015CW
MCM 007BW
140/240
MWM 010GW
MWM 010GW
MCM 007BW
MWM 010GW
MCK 040AW
156/325
MCK 015CW
MWM 007GW
MWM 015GW
MWM 015GW
MCK 015CW
165/288
MWM 015GW
MCM 007BW
MCM 007BW
MCM 007BW
MWM 007GW
MWM 010GW
MCM 007BW
22
R. Duduk
Tabel 3.9 (lanjutan) tipe rumah
R.Tidur U
R. Tidur 1
R.Tidur 2
R.Tidur 3
185/200
MCE 025EW
MWM 007GW
MWM 007GW
200/300
MCK 015CW
MCM 007BW
248/360
MWM 015GW
270/375 294/444
R.Tidur 4
R.Tamu
R. Kel
R. Duduk
MWM 007GW
MCK 015CW
MCE 025EW
MWM 010GW
MWM 007GW
MCM 007BW
MCM 015BW
MCK 015CW
MWM 007GW
MCM 015BW
MCK 015CW
MCM 015BW
MCE 025EW
MCE 025EW
MWM 007GW
MCE 025EW
MCM 007BW
MCM 007BW
MCM 030DW
MWM 007GW
MWM 010GW
MWM 007GW
MWM 015GW
MCM 007BW
MWM 007GW
MWM 007GW
MCK 015CW
MCM 030DW
MWM 010GW
MWM 010GW
3.4 Data Teknis Sistem Penyediaan Air Panas Distrik 3.4.1 Kebutuhan Air Hangat dan Air Panas Kebutuhan air hangat per rumah per hari ditentukan oleh jumlah penghuni rumah tersebut. Diasumsikan kebutuhan air hangat per orang per mandi adalah 50 liter, dua kali sehari[6]. Air hangat merupakan campuran dari air dingin dan air panas dengan persentase air panas sebesar 42,9% dengan asumsi air panas bertemperatur 60oC dan air dingin 25oC. Kemudian untuk mencegah pengurangan jumlah air akibat kebocoran dalam pipa, maka diberikan tambahan air sebesar 20% dari kebutuhan total. Data kebutuhan air hangat dan air panas per satu kali mandi untuk tiap blok dapat dilihat pada Tabel 3.10.
Tabel 3.10 Kebutuhan Air Hangat dan Air Panas Blok 1 2 3 4 5 6 7 Total
Kebutuhan air hangat (l) 107150 98650 85950 65550 42700 93600 92950 586550
23
Kebutuhan air panas (l) 45967 42321 36873 28121 18318 40154 39876 251630
Berdasarkan perkiraan kebutuhan air panas seperti pada Tabel 3.10, dipilih sistem
penyediaan air panas dengan memanfaatkan panas buang kondensor
chiller sebagai pemanas awal, ditambah sistem boiler untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Skematis sistem yang dirancang dapat dilihat pada Gambar3.2, sedangkan rancangan komponen sistem penyediaan air panas distrik diberikan pada sub pasal berikut.
Gambar 3.2 Skematis sistem penyediaan air panas distrik
3.4.2 Sistem Pemipaan Air Panas, Head Loss dan Tebal Insulasi Layout sistem pemipaan air sistem penyediaan air panas distrik ditampilkan pada Lampiran A. Pipa yang digunakan adalah jenis Black Steel Pipe, schedule 40. Pipa ini dipilih karena ketersediaannya di pasaran, harga yang lebih murah dibanding dengan pipa-pipa air pada umumnya dan memiliki ketahanan korosi yang baik. Ukuran pipa beserta head loss yang terjadi pada tiap blok dapat dilihat pada Tabel 3.11.
24
Tabel 3.11 Sistem Pemipaan Air Panas Bagian
D-dc
dc - dv
dv - dw
dw - dx
A-aa
aa- ac
ac - ae
ae - ag
ag - ai
ai - aj
aj - a4
Flow (m3/s)
Jenis
Dia (in)
Blok1 Run pipe 0,0051 3,5 Elbow Tee Run pipe Elbow 0,0012 1,50 Tee Valve Run pipe 0,0004 1,00 Elbow Tee Run pipe 0,0003 0,75 Elbow Tee Run pipe 0,000035 0,5 Elbow Valve Total Penurunan Tekanan Blok 2 Run pipe 0,0047 3,0 Elbow Tee Run pipe 0,0035 3,00 Elbow Tee Run pipe 0,0028 2,5 Elbow Tee Run pipe 0,0019 2,0 Elbow Tee Run pipe 0,0012 1,5 Elbow Tee Run pipe 0,0005 1,0 Elbow Tee Run pipe Elbow 0,0003 1,0 Tee Valve
25
L (m)
Jumlah
Pressure drop
440
1 1 1 1 1 16 1 1 1 33 1
413,85 0,59 0,003 1192,79 0,97 2,32 35,94 1221,81 0,54 2,00 2851,95
18 1 3 1 mbar
1,65 33,28 0,21 37,88 5795,79
1 1 2 1 4 1 4 1 4 1 4 1 2 1 32
752,02 0,93 0,08 64,59
262
277
250,5
22
421
64,5
59
59
44
49
251
0,42 98,46 0,18 147,22 0,16 200,32 0,06 334,87 0,49 631,26 1,256 11,372
Tabel 3.11 (lanjutan) Bagian
F - fa
fa - fe
fe - fi
fi - fm
fm - fp
fp - fq
fq - fr
G - ga
ga - gd
gd - gf
gf gh
Flow (m3/s)
Jenis
Dia (in)
Run pipe 0,000035 0,5 Elbow Valve Total Penurunan Tekanan Blok 3 Run pipe 0,0040 3,0 Elbow Tee Run pipe 0,0300 2,50 Elbow Tee Run pipe 0,0020 2,5 Elbow Tee Run pipe 0,0018 2,0 Elbow Tee Run pipe 0,0012 2,0 Elbow Tee Run pipe 0,0005 1,0 Elbow Tee Run pipe Elbow 0,0003 1,0 Tee Valve Run pipe 0,000035 0,5 Elbow Valve Total Penurunan Tekanan Blok 4 Run pipe 0,0031 2,5 Elbow Tee Run pipe 0,0029 2,50 Elbow Tee Run pipe 0,0024 2,5 Elbow Tee Run pipe 0,0020 2,0 Elbow Tee
26
L (m)
Jumlah
22
1 3 1 mbar
237,5
1 1 2 1 4 1 4 1 4 1 4 1 2 1 19
58,5
41,5
39,5
37,5
53
269
22
1 3 1 mbar
449
1 1 1 1 1 2 1 2 1 2
58,5
66,5
55
Pressure drop 33,28 0,21 37,88 1398,37 324,357 0,672 0,087 119,236 0,33 55,456 0,208 98,562 0,236 44,506 0,051 362,202 0,493 676,531 0,596 11,372 33,28 0,21 37,88 1265,919 915,162 0,837 0,075 104,591 0,732 0,124 82,035 0,071 151,794 0,095
Tabel 3.11 (lanjutan) Bagian gh - gj
gj - gl
gn - gz
E -ea
ea - ev
ev - ew
C - cc
cc - cv
cv - cw
cw - cx
Flow (m3/s)
Dia (in)
L (m)
Jumlah
Run pipe 0,0016 2,0 Elbow Tee Run pipe 0,0012 1,5 Elbow Tee Run pipe 0,0004 1,0 Elbow Tee Valve Run pipe 0,000035 0,5 Elbow Valve Total Penurunan Tekanan Blok 5 Run pipe 0,0020 2,0 Elbow Tee Run pipe 0,0004 1,00 Elbow Tee Valve Run pipe 0,0003 0,8 Elbow Tee Run pipe 0,000035 0,5 Elbow Valve Total Penurunan Tekanan Blok 6 Run pipe 0,0045 3,0 Elbow Tee Run pipe Elbow 0,0008 1,50 Tee Valve Run pipe 0,0006 1,50 Elbow Tee Run pipe 0,0002 0,8 Elbow Tee
54,5
1 2 1 2 1 1 37
Jenis
27
55
380,5
22
1 3 1 mbar
92
1 1 1 1 1 8
174
402
22
745,5
265
314
250
1 1 40 1 3 1 mbar 1 1 1 1 1 16 1 1 1 39 1 15
Pressure drop 97,071 0,041 250,395 0,027 1678,337 2,693 20,217 33,28 0,21 37,88 2272,04 253,91 0,85 0,006 767,492 0,544 0,618 20,217 4576,773 0,968 5,137 33,28 0,21 37,88 5697,885 1222,496 0,85 0,01 544,651 0,43 1,039 15,974 368,427 0,242 1,362 1285,208 0,629
Tabel 3.11 (lanjutan) Bagian
C - cc
cc - cv
cv - cw
cw - cx
Flow (m3/s)
Jenis
Dia (in)
Run pipe 0,000035 0,5 Elbow Valve Total Penurunan Tekanan Blok 7 Run pipe 0,0044 3,0 Elbow Tee Run pipe Elbow 0,0008 1,50 Tee Valve Run pipe 0,0006 1,50 Elbow Tee Run pipe 0,0002 0,8 Elbow Tee Run pipe 0,000035 0,5 Elbow Valve Total Penurunan Tekanan
L (m)
Jumlah
22
1 3 1 mbar
1049
1 1 1 1 1 16 1 1 1 33 1 18 1 3 1 mbar
265
261
246
22
Pressure drop 33,28 0,21 37,88 3512,688 1645,839 0,813 0,009 544,651 0,43 1,033 15,974 306,24 0,242 1,144 1264,645 0,734 33,28 0,21 37,88 3853,124
Air dalam pipa memiliki temperatur yang lebih tinggi dari temperatur lingkungan sekitarnya sehingga terjadi perpindahan panas dari air ke lingkungan yang dapat menyebabkan turunnya temperatur air. Untuk dapat mengurangi penurunan temperatur air maka pipa perlu dinsulasi. Dengan mengambil asumsi bahwa temperatur udara sekitar adalah 25°C, temperatur awal air dari tangki penyimpanan air panas adalah 60°C dan penurunan temperatur yang diperbolehkan sepanjang jalur terpanjang pipa adalah 2°C. Material insulasi yang digunakan berupa styrofoam dengan konduktivitas termal sebesar 0,033 Watt/mK dengan ketebalan 0,5 inci.
3.4.3 Chiller Sistem penyediaan air panas distrik menggunakan chiller yang juga digunakan pada sistem tata udara distrik. Perbedaannya adalah air dilewatkan
28
pada kondensor sehingga temperaturnya naik sebagai pemanas awal sebelum dipanaskan kembali hingga temperatur desain 65oC oleh uap dari boiler.
3.4.4 Boiler Air yang memiliki temperatur masih kurang dari 60°C perlu dipanaskan kembali. Selain itu, untuk menghindari rendahnya temperatur akibat kebocoran yang mungkin terjadi maka proses pemanasan dilakukan sampai 65°C. Sumber panas akan berasal dari uap boiler, sehingga diperlukan pemilihan boiler yang dapat menghasilkan uap sesuai dengan kebutuhan untuk memanaskan air. Laju aliran air panas yang dibutuhkan adalah 27.9 kg/s. Diketahui jumlah panas yang harus diterima air agar temperaturnya naik dari 35°C menjadi 65°C adalah 2343.6 kW. Kriteria pemilihan boiler didasarkan pada kebutuhan tersebut. Terdapat dua alternatif pemilihan boiler, antara lain akan digunakan satu boiler untuk memenuhi semua kebutuhan pemanasan atau digunakan beberapa boiler untuk digunakan secara paralel. Berdasarkan pada ketersediaan boiler di pasaran diketahui bahwa apabila akan digunakan satu boiler dapat digunakan boiler Ferolli tipe PREX 3G AS dengan kapasitas daya kerja 5.815 kW. Atau digunakan dua boiler dengan tipe yang sama tetapi dengan kapasitas daya kerja yang berbeda yaitu 2.907 kW. Dengan mempertimbangkan diperlukannya pembelian satu boiler lain sebagai cadangan apabila terjadi kerusakan, maka dipilih boiler pada alternatif kedua sebagai alat penyuplai panas. Spesifikasi boiler yang digunakan adalah •
Daya kerja
: 2.907 kW.
•
Tekanan kerja
: 5 bar
•
Temperatur uap keluar
: 175°C
29
3.4.5 Penukar Panas Air akan melewati penukar panas untuk dipanaskan kembali oleh uap boiler. Dengan mengetahui bahwa nilai entalpi saat terjadi perubahan fasa, uap menjadi air, jauh lebih besar dari pada entalpi ketika satu fasa, hanya uap atau hanya air, maka diharapkan proses perpindahan panas meliputi proses perubahan fasa uap menjadi air. Kemudian, ketika uap telah menjadi air jenuh, diharapkan penurunan temperatur tidak terlalu besar. Hal tersebut diakibatkan karena air hasil kondensasi akan masuk kembali ke dalam boiler sebagai bagian dari air pengisi, sehingga apabila temperaturnya terlalu rendah, ketika dicampur dengan make up water temperaturnya akan jauh lebih rendah lagi. Keadaan ini menyebabkan dinding pipa boiler mengalami perubahan temperatur yang cukup besar sepanjang waktu pemakaian air panas. Perubahan temperatur ini menyebabkan perubahan tegangan dalam dinding pipa yang dapat memperpendek umur dan kekuatan pipa, sehingga untuk menghindari perbedaan temperatur yang sangat jauh antara uap dengan air yang akan dipanaskan maka dipilih jenis aliran counterflow. Heat exchanger yang dipilih merupakan jenis shell and tube. Karena fluida panas berupa uap mengalami perubahan fasa, maka dinding pipa yang bersentuhan dengan uap rawan terjadi korosi. Atas pertimbangan kemudahan proses pembersihan, maka uap dialirkan dalam tube sementara air pada shell. Spesifikasi heat exchanger yang dipilih yaitu: •
Jumlah tube
: 52 buah
•
Diameter dalam tube
: 1,18 inci
•
Diameter luar tube
: 1,25 inci
•
Diameter shell
: 18 inci
•
Panjang heat exchanger
: 1,63 meter
•
Material pipa
: carbon steel
3.4.6 Pompa Sistem Pemipaan Air Panas Pada sistem pemipaan air panas akan digunakan beberapa jenis pompa, yaitu pompa tangki air hangat, pompa tangki air panas, pompa boiler dan pompa sirkulasi. Pompa tangki air panas memompakan air ke heat exchanger dan
30
berjumlah dua unit dengan satu unit cadangan. Pompa tangki air panas memompakan air panas kembali ke tangki air hangat untuk mencegah temperatur air hangat turun. Pompa ini berjumlah dua unit dengan satu unit cadangan. Sementara itu, pompa sirkulasi mensirkulasikan air hangat ke rumah-rumah, berjumlah satu unit dengan satu cadangan untuk masing-masing blok. Pemilihan pompa didasarkan pada besar kebutuhan aliran dan head, juga efisiensi yang dimiliki saat pompa dioperasikan. Data pompa dapat dilihat pada Tabel 3.12.
Tabel 3.12 Spesifikasi Pompa Air Panas Merk Pompa
Type
m3/s
Head Pompa Bar
0,03089
3,1
FPUC
207
2,085
0,03089
3,1
FPUC
207
2,085
1 2 3 4
0,00874 0,0051 0,0047 0,004 0,0031
5,5 12,277 3,487 3,217 5,227
0,002
12,087
6
0,0045
7,717
7
0,0044
8,397
MMK40/15 MMK 40/5 MMK 50/6 MMK 50/5 MMK 40/10 MMK 50/15 MMK 40/5 MMK 40/5
1,5 15 3,7 3,7 3,7
5
Torishima Torishima Torishima Torishima Torishima Torishima Torishima Torishima
Pompa Tangki air hangat Tangki air panas Boiler
Debit
Daya kW
5,5 7,5 7,5
3.4.7 Tangki Penyimpan Terdapat beberapa macam tangki penyimpanan yang digunakan untuk sistem pemanasan ini, antara lain tangki air hangat untuk menyimpan air dengan temperatur 45°C dan tangki air panas untuk menyimpan air dengan temperatur 65°C. Kebutuhan volume penyimpanan air kedua tangki sama sehingga spesifikasi ukuran keduanya sama. Perhitungan kapasitas penyimpanan tangki dihitung dengan mengambil faktor pengali 0,2. Hal ini memiliki arti bahwa ketika penuh tangki hanya memenuhi 0,2 dari kebutuhan total sehingga dalam pelaksanaannya tangki akan
31
mengalami lima kali masa pengisian. Hal ini diperbolehkan selama masa pengisian lebih cepat daripada masa pemakaian. Selain itu, sebelum dialirkan ke rumah-rumah, air disimpan dalam tangki tekan. Ukuran tangki dipilih berdasarkan pada kebutuhan dan kesesuaian tempat penyimpanan. Detail hasil perhitungan dimensi tangki penyimpan dan tangki tekan dapat dilihat pada Tabel 3.13
Tabel 3.13 Spesifikasi Tangki Penyimpan dan Tangki Tekan Tangki Tangki air hangat Tangki air panas Tangki tekan 1 Tangki tekan 2 Tangki tekan 3 Tangki tekan 4 Tangki tekan 5 Tangki tekan 6 Tangki tekan 7
Diameter (m) 3,5 3,5 2 2 2 2 1,5 2 2
Tinggi (m) 5,3 5,3 3 2,8 2,5 2 2,25 2,75 2,75
32
Tebal dinding tangki (cm) 1 1 2 1,2 1,1 1,4 1,7 1,5 1,5
Volume (m3) 51,01 51,01 9,43 8,8 7,86 6,29 3,98 8,64 8,64
