1 PENGHEMATAN ENERGI PADA SISTEM AIR CONDITIONING UNTUK KAPAL PENUMPANG Oleh: Andrian Bayanullah (4201 109 012) ABSTRAK Pemborosan energi yang terjadi di kapal PAX 500 PALINDO JAYA terletak pada system Air Conditioning yang tidak sedang menangani beban puncak sehingga konsumsi daya listriknya tetap tinggi dengan beban yang relatif rendah. Upaya untuk penghematan energi pada sistem pendingin adalah dengan beberapa cara; memperbaiki efisiensi kompresor, memvariasikan putaran kompresor.Dengan hasil pengujian dan perhitungan perbedaan suhu 12°C di chiler water plant,629 Amper menghasilkan kapasitas pendingin sebesar 17356 watt perhari. Dengan Pengaruh perbandingan kompresi terhadap efisiensi volumetrik sebesar 83,5 % Kata kunci: sistem refrigerasi BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Minyak bumi Indonesia perlahan mulai habis. Minyak bumi yang dulu menjadi sumber pendapatan devisa asing, sekarang justru menghabiskan devisa asing karena jumlah minyak yang kita impor telah melebihi ekspor, sementara harga BBM domestik masih banyak disubsidi. Dengan harga minyak internasional yang berkisar antara US$ 50 per barel, Indonasia harus mengeluarkan sekitar US$ 7 triliun setiap tahun untuk subsidi. Jumlah ini lebih besar daripada gabungan anggaran tahunan untuk Departemen Kesehatan dan Departemen Pendidikan Nasional kita. Namun, minyak tetap mendominasi sumber energi Indonesia, dan masih menjadi kontributor yang besar di antaranya bagi perusahaan pemilik kapal di Indonesia (panduan program panduan efisiensi energi di hotel2005. Karena sadar banyak yang bisa dibuat dengan subsidi BBM, pemerintah secara perlahan mulai mengurangi subsidi serta menetapkan harga energi – primer dan sekunder – pada tingkat ekonomisnya, bahkan mendekati harga Internasional. Pengalaman telah mengajarkan bahwa harga energi yang murah tidak memberikan insentif bagi kita untuk menggunakan energi secara efisien. Dengan menghapus subsidi, meski mengakibatkan naiknya harga energi, kita akan dipaksa untuk berprilaku lebih efisien. Di kapal,merupakan tempat yang banyak menyerap tenaga listrik, apakah itu untuk penerangan, Sistem Pendingin Ruangan (Air Conditioning-AC), dan motor-motor penggerak lainnya. Dari katagori peralatan tersebut, pemakaian energi untuk AC mencapai 72% dari total pemakaian listrik. Artinya, ada pemborosan investasi karena AC dirancang melebihi kapasitas dari kebutuhan yang diperlukan.
Pemborosan energli listrik lainnya terjadi pada saat AC (Air Conditioning) tidak sedang menangani beban puncak, atau pada saat sedang beban rendah (partial load), AC (Air Conditioning) tetap harus bekerja pada full load, sehingga konsumsi daya listrik oleh AC (Air Conditioning) relatif tetap tinggi. Pada sistem AC (Air Conditioning) konvensional, motor hanya mengenal dua kondisi berdasarkan setting temperatur. Jika temperatur ruang lebih besar dari setting temperatur maka motor akan beroperasi (On) dan sebaliknya akan tidak beroperasi (Off) jika temparatur ruang lebih kecil dari setting temperatur. Penghematan pada sistem ini akan diperoleh pada selang waktu motor tidak beropersi. Semakin sering terjadinya fluktuasi akibat beban pendinginan akan semakin kecil kemampuan untuk menghemat energi. Upaya untuk penghematan energi pada sistem pendingin adalah dengan beberapa cara; memperbaiki efisiensi kompresor, memvariasikan putaran kompresor, mencari refrigeran alternatif, memvariasikan putaran fan, dan sistem kontrol refrigeran. I.2. Perumusan Masalah Berdasarkan uraian latar belakang permasalahan di atas, maka yang menjadi permasalahan dalam tugas akhir ini adalah : 1. Memperbaiki efisiensi Sistem Pendingin untuk sistem Air Conditioning di kapal penumpang merupakan salah satu cara yang tepat dalam tahap penghematan daya, karena kompresor merupakan jantung dari sistem pendingin. 2. Dengan melakukan analisa awal perhitungan beban pendingin, untuk menentukan spesifikasi peralatan yang susuai dengan beban pendingin yang di butuhkan,hal ini untuk menghindari beban berlebih. I.3. Batasan Masalah Adapun batasan masalah yang diambil dalam menyelesaikan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
2 a. b.
Jenis kapal yang dianalisa dalam perhitungan sistem air conditioning adalah PAX 500 CRUISE – Printis PT.PAL. Melakukan analisa data pada sistem Air Conditioning di kapal PAX 500 CRUISE – Printis PT.PAL.
I.4. Tujuan Penulisan 1. Untuk mengetahui kebutuhan beban pendingin pada sistem Air Conditioning untuk kapal penumpang. 2. Untuk mengetahui ke ekonomisan daya pada sistem Air Conditioning yang digunakan pada kapal penumpang. Halaman ini sengaja dikosongkan BAB II TINJAUAN PUSTAKA
hidrokarbon jenis PIB sangat bagus digunakan dalam satu sistem refrigerasi. Menurut Syahrani, Awal Mektek, 7(2) Mei 2006: 62-67.
II.1. Prinsip Penghematan Energi pada Sistem Pendingin Pengkondisian udara pada suatu ruang mengatur mengenai kelembaban, pemanasan dan pendinginan udara dalam ruangan. Pengkondisian ini bertujuan memberikan kenyamanan, sehingga mampu mengurangi keletihan pengendara yang efeknya untuk meningkatkan keamanan bagi pengendara itu sendiri. Sistem pengkondisian udara pada suatu ruang umumnya terdiri dari evaporator, kondensor, receiver dan kadang-kadang dilengkapi elemen pemanas yang tergabung menjadi satu dalam evaporator housing.(BejoNugroho 2002).
II.2 Sifat Termodinamika Suatu sifat termodinamika adalah karakteristik atau ciri dari bahan yang dapat dijajaki secara kualitatif, seperti suhu, tekanan, dan rapat massa. Suatu sifat adalah segala sesuatu yang dimiliki bahan kerja dan perpindahan panas adalah hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk mengubah sifat-sifat kerja dan kalor yang dapat diukur hanya pada pembatas sistem dan jumlah energi yang dipindahkan tergantung pada cara terjadinya perubahan. Dalam laporan tugas akhir ini sifat-sifat termodinamika yang diutamakan adalah tekanan, suhu, volume spesifik, kalor spesifik, entalpi, entropi dan sifat cair serta sifat uap dari suatu keadaan. Definisi sifat-sifat termodinamika adalah dijelaskan sebagai berikut: 1. Suhu atau Temperatur ( t ) Suhu dari suatu bahan menyatakan keadaan termalnya dan kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang bersentuhan dengannya. Jadi suatu bahan yang bersuhu lebih tinggi akan memberi energi kepada bahan lain yang suhunya lebih rendah. Suhu Absolut = t °K = t °C + 273 Satuan Suhu = °K, °C, °F, °R 2. Tekanan ( P ) Tekanan adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut. Tekanan Absolut = Tekanan (gauge)+Tekanan (atmosfir) Tekanan 1 Atm = 101,325 Kpa
Untuk mengatur kecepatan motor, digunakan inverter. Yang dapat memfariasikan putaran berdasarkan perubahan frekuensi, sedangkan tegangan dan arus motor tidak mengalami perubahan. Karena pada sistem inverter, frekuensi akan sebanding perubahannya terhadap putaran, tegangan, arus dan daya listrik. Dengan peralatan tersebut, motor dapat berubah-ubah kondisi sesuai dengan keperluan dan tidak mengalamai gangguan kerusakan. Menurut Henry Nasution dan Mat Nawi Wan Hassan (2003). Dari suatu penelitian dapat disimpulkan,semakin lama suatu sistem refrigerasi bekerja maka temperatur hasil pendinginan semakin turun,temperatur hasil pendinginan dengan menggunakan refrigerant hidrokarbon jenis PIB hampir sama dengan yang menggunakan R-12,yang mana arus listrik yang digunakan pada refrigerant jenis PIB lebih rendah dibandingkan dengan R-12, COP dan efisiensi yang dihasilkan PIB lebih rendah dibandingkan dengan menggunakan R-12, Pada penggantian jenis refrigerant dari R-12 ke hidrokarbon tidak ada komponen - komponen dari sistem yang diganti atau diubah, refrigeran dari
3.Kalor Spesifik (C)
3 Kalor spesifik suatu bahan adalah jumlah energi yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu satuan bahan tersebut sebesar t °K atau sebesar t °C. Dua besaran yang umum adalah kalor spesifik pada volume tetap (Cv) dan kalor spesifik pada tekanan tetap (Cp). Contoh : Cp udara (pada 300K) = 1,0035
Kj Kg
K
Cv adara (pada 300K) = 0,7165
Kj Kg
K
4.Entalpi Entalpi merupakan kandungan energi termal yang dimiliki suatu benda, yang besarnya dipengaruhi pleh suhu ( t ) dan tekanan ( P ). 5.Entropi Entropi adalah sifat gas yang mengukur derajat keacakan atau ketidak pastian pada tingkat mikroskopis. Apabila dikaitkan dengan hukum termo dinamika kedua maka entropi bisa dipakai untuk menyatakan arah berlangsungnya suatu proses. Hukum termo dinamika kedua mengharuskan produk entropi bernilai ≥ 0 sehingga dapat ditulis sebagai berikut:
∆S > S 2 − S1 ∆S ≥ 0 Bila ; DS > 0, maka proses akan berlangsung DS = 0, maka proses akan ideal DS < 0,maka proses takmungkin berlangsung 6.Rapat Massa (r) dan Volume Spesifik (ν) Rapat massa adalah massa persatuan volume. Sedangkan Volume Spesifik adalah volume persatuan massa. r =
v
m
dan ν =
v
m dimana;
m
:
massa
(Kg,Gr,Lbm,dsb) ν : volume (m³, Cm³, Liter,dsb) II.3 Sistim Refrigerasi Kompresi Uap Siklus refrigerasi kompresi mengambil keuntungan dari kenyataan bahwa fluida yang bertekanan tinggi pada suhu tertentu cenderung
menjadi lebih dingin jika dibiarkan mengembang. Jika perubahan tekanan cukup tinggi, maka gas yang ditekan akan menjadi lebih panas daripada sumber dingin diluar (contoh udara diluar) dan gas yang mengembang akan menjadi lebih dingin daripada suhu dingin yang dikehendaki. Dalam kasus ini, fluida digunakan untuk mendinginkan lingkungan bersuhu rendah dan membuang panas ke lingkungan yang bersuhu tinggi. Siklus refrigerasi kompresi uap memiliki dua keuntungan. Pertama, sejumlah besar energi panas diperlukan untuk merubah cairan menjadi uap, dan oleh karena itu banyak panas yang dapat dibuang dari ruang yang disejukkan. Kedua, sifat-sifat isothermal penguapan membolehkan pengambilan panas tanpa menaikan suhu fluida kerja ke suhu berapapun didinginkan. Hal ini berarti bahwa laju perpindahan panas menjadi tinggi, sebab semakin dekat suhu fluida kerja mendekati suhu sekitarnya akan semakin rendah laju perpindahan panasnya. Siklus refrigerasi ditunjukkan dalam Gambar 1 dan 2 dan dapat dibagi menjadi tahapantahapan berikut: 1 – 2. Cairan refrigeran dalam evaporator menyerap panas dari sekitarnya, biasanya udara, air atau cairan proses lain. Selama proses ini cairan merubah bentuknya dari cair menjadi gas, dan pada keluaran evaporator gas ini diberi pemanasan berlebih/superheated gas. 2 – 3. Uap yang diberi panas berlebih masuk menuju kompresor dimana tekanannya dinaikkan. Suhu juga akan meningkat, sebab bagian energi yang menuju proses kompresi dipindahkan ke refrigeran. 3 – 4. Superheated gas bertekanan tinggi lewat dari kompresor menuju kondenser.Bagian awal proses refrigerasi menurunkan panas superheated gas sebelum gas ini dikembalikan menjadi bentuk cairan. Refrigerasi untuk proses ini biasanya dicapai dengan menggunakan udara atau air. Penurunan suhu lebih lanjut terjadi pada pekerjaan pipa dan penerima cairan, sehingga cairan refrigeran didinginkan ke tingkat lebih rendah ketika cairan ini menuju alat ekspansi. 4 - 1 Cairan yang sudah didinginkan dan bertekanan tinggi melintas melalui peralatan ekspansi, yang mana akan mengurangi tekanan dan mengendalikan aliran menuju
4
Gambar 2.1 Kondisi Refrigeran di setiap Komponen
II.3.2. Efisiensi isentropik kompresor Menurut definisinya efisiensi isentropik mencerminkan penyimpangan proses kerja teoritis kompresor isentropik perancangan dengan kerja aktual yang sebenarnya terjadi. Berikut analisa dari proses-proses siklus terbuka mesin. 1 – 2; Kompresi / kerja berih
Gambar 2.2 Gambaran skematis siklus refrigerasi termasuk perubahan tekanannya (Biro Efisiensi Energi, 2004) Kondenser harus mampu membuang panas gabungan yang masuk evaporator dan kondenser. Dengan kata lain: (1 - 2) + (2 - 3) harus sama dengan (3 - 4). Melalui alat ekspansi tidak terdapat panas yang hilang maupun yang diperoleh. II.3.1 Parameter-Parameter Prestasi dari Mesin Pendingin Besarnya energi yang masuk bersama aliran dititik 1 ditambah dengan besarnya energi yang ditambahkan berupa kalor dikurangi dengan besarnya energi yang ditambahkan berupa kalor dikurangi dengan besarnya energi yang meninggalkan sistem pada titik 2 sama dengan besarnya perubahan energi didalam volume kendali. Ungkapan matematik untuk keseimbangan energi ini adalah dirumuskan sebagai berikut.
Gambar 2.3 Keseimbangan Energi pada sebuah Volume Atur yang Mengalami Laju Aliran steady
Gambar 2.4 Balans Energi Kompresor
2 – 3; Kondensor isobaric (pelepasan panas)
Gambar 2.5 Balans Energi Kondensor
3 – 4; Proses ekspansi (Throttling) Pada kondisi ini proses penurunan tekanan dilakukan tidak terlalu besar, sehingga ∆P yang terjadi kecil. Tujuannya untuk mendapatkan tekanan tabung diatas tekanan atmosfir lokal. Sehingga uap air yang terdapat diudara tidak berdifusi (perpindahan massa) pada dinding tabung karena tekanan dalam tabung lebih besar. Kerja Isentropik kompresor (WS), dapat dinyatakan :
Dimana h2S diamabil dari P2 dengan pengandaian bahwa kompresor bekerja isentropic pada S2S = S1. Sehingga efisiensi isentropik kompresor (William C. Reynolds) :
5
II.3.3. Faktor Prestasi / Perfomance Factor ( PF ) Kerja mesin ini bekerja hampir sama dengan prinsip pompa kalor. Kerja berguna mesin ini yaitu pada proses pelepasan panas di kondensor. Indek prestasi ini dapat dinyatakan dengan performance factor (PF). Indeks prestasi ini didefinisikan sebagai kerja bemanfaat yang diinginkan dibagi dengan masukan kerja (Wilbert F.Stoecker).
Kerja bermanfaat (QK) pada siklus mesin ini yaitu proses pelepasan panas dari refrigeran ke lingkungan di kondensor. Masukan kerja (WK) yaitu proses kompresi di kompresor yang menyebabkan temperatur dan tekanan refrigeran naik.
II.4 Kebetuhan Beban Pendingin Beban panas yang paling mempengaruhi pengkondisian ruangan adalah: 4.1 Radiasi surya Melalui kaca (bidang tembus cahaya), perolehan panas melalui jendela dapat di hitung dengan persamaan: Keterangan: A It tertentu t shading
= luas total jendela = radiasi matahari pada daerah = faktor transmisi = faktor bayangan
II.3.4. Efisiensi Pemurnian Massa Refrigeran Merupakan perbandingan jumlah massa refrigeran yang di recovery, recycle dan recharging dari mesin pendingin siklus kompresi uap dengan jumlah massa refrigeran hasil recycle-nya. Nilai efisiensi ini merupakan hasil dari unjuk kerja proses pemurnian yang dilakukan mesin.
Gambar 2.6 Radiasi yang melalui sebuah kaca II.3.5. Efektifitas Perpindahan Panas Efektifitas perpindahan panas merupakan perbandingan laju perpindahan panas yang sebenarnya terhadap laju perpindahan maksimum yang mungkin terjadi. Panas yang diserap oleh evaporator untuk mendidihkan refrigeran sebesar jumlah efektifitas perpindahan panas yang diberikan oleh udara. Sehingga menaikan suhu refrigeran sebagai penyebab turunnya temperatur udara pada keluaran evaporator.Besarnya nilai efektifitas perpindahan panas dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : [William C Reynolds, Hendryc. hal. 519]
Melalui dinding, Panas yang mengalir menuju ruangan adlah akibat dari perbedaan suhu antara ruang muat dengan udara luar. Besarnya panas yang timbul di pengaruhi oleh beberapa hal antara lain: letak, bahan material dan udara sekeliling. Perhitungan beban panas yang melalui dinding ruang muat Qx = U A ∆t dimana : Qx = laju perpindahan panas (Btu/hr) U = Koefisien panas menyeluruh (Btu/hr Ft2 o F) A = luas dinding (Ft2) ∆t = perbedaan suhu luar dan dalam ruangan (oF) Untuk menghitung nilai U dapat di tentukan dengan menggunakan rumus sebagai beriukut:
1/f dimana :
1/U = 1/fo + X1/K1 + X2/K2 + …+
6 K = Konduktivitas thermal (Btu in/hr Ft2 oF) X = Tebal material (in) fo = Koefisien konveksi sisi luar (Btu /hr Ft2 oF) f1 = Koefisien konveksi sisi dalam (Btu /hr Ft2 oF) 4.2. Manusia Persamaan umum yang di gunakan untuk menghitung beban pendingin sensibel penghuni: Asumsi yang diambil : • jumlah penghuni (pnumpang). • jumlah orang yang keluar/masuk. • jenis pekerjaan. beban pendinginan sensibel penghuni (watt) = perolehan per orang (tabel 0.6) xjumlah orang x CLF 4.3. Lampu Panas yang diberikan lampu pada beban perolehan panas dapat ditulis dengan persamaan: Asumís yang di ambil: • Jumlah lampu. • Daya terpasang. • Jenis lampu. 4.4. Peralatan listrik (komputer, kipas angin, kulkas) Panas yang dialirkan dari peralatan listrik yang digunakan: Q = Daya input (Watt) x loss dalam bentuk panas ke lingkungan 4.5. Aliran udara yang mengalir melalui pintu, ventilasi, infiltrasi Dalam proses bongkar muat selalu membuka dan menutup pintu. Hal ini menimbulkan masuknya sejumlah kalor dari luar kedalam ruang pendingin. Karena udara luar lebih panas ruang pendingin maka terjadi beban pendingin atau yang lebih di kenal dengan infiltrasi. Beban = (Vol.ruangan) (pertukaran udara) (0.075) (h0-h1) II.5. Kriteria Kenyamanan. 5.1. Faktor yang Mempengaruhi Kenyamanan Termal Orang. 5.1.1. Temperatur Udara Kering. a). Temperatur udara kering sangat besar pengaruhnya terhadap besar kecilnya kalor yang dilepas melalui penguapan (evaporasi) dan melalui konveksi. b). Daerah kenyamanan termal untuk daerah tropis dapat dibagi menjadi :
1) sejuk nyaman, antara temperatur efektif 20,50C ~ 22,80C. 2) nyaman optimal, antara temperatur efektif 22,80C ~ 25,80C. 3). hangat nyaman, antara temperatur efektif 25,80C ~ 27,10C. 5.1.2. Kelembaban Udara Relatif. a) Kelembaban udara relatif dalam ruangan adalah perbandingan antara jumlah uap air yang dikandung oleh udara tersebut dibandingkan dengan jumlah kandungan uap airpada keadaan jenuh pada temperatur udara ruangan tersebut. b). Untuk daerah tropis, kelembaban udara relatif yang dianjurkan antara 40% ~ 50%, tetapi untuk ruangan yang jumlah orangnya padat seperti ruang pertemuan, kelembaban udara relatif masih diperbolehkan berkisar antara 55% ~ 60% . 5.1.3. Pergerakan Udara (Kecepatan Udara). a). Untuk mempertahankan kondisi nyaman, kecepatan udara yang jatuh diatas kepala tidak boleh lebih besar dari 0,25 m/detik dan sebaiknya lebih kecil dari 0,15 m/detik. b). Kecepatan udara ini dapat lebih besar dari 0,25 m/detik tergantung dari temperatur udara kering rancangan (tabel 4.1.3). Tabel 4.1.3.: Kecepatan udara dan kesejukan
c). Gambar 5.1.3. menunjukkan kebutuhan peningkatan kecepatan udara untuk mengkompensasi kenaikan temperatur udara kering agar tingkat kenyamanannya tetap terpelihara. 5.1.4. Radiasi Permukaan yang Panas. a). Apabila di dalam suatu ruangan dinding - dinding sekitarnya panas, akan mempengaruhi kenyamanan seseorang di dalam ruangan tersebut, meskipun temperatur udara disekitarnya sesuai dengan tingkat kenyamannya (misalnya di dekat oven atau dapur). b). Usahakan temperatur radiasi rata-rata sama dengan temperatur udara kering ruangan. c). Apabila temperatur radiasi rata-rata lebih tinggi dari temperatur udara kering ruangan,maka temperatur udara ruangan rancangan dibuat lebih rendah dari temperatur rancangan biasanya.
7 mempunyai titik didih -41,4oF (-40,8oC). refrigeran ini telah banyak digunakan untuk menggantikan R-12 dikarenakan biaya kompresornya yang lebih murah. Dalam penulisan ini refrigeran yang digunakan adalah R-22. 2.
II. 6. Penentuan Spesifikasi Peralatan II.6.1. Penentuan refrigerant Secara umum refrigerant dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu: 1. Refrigeran Primer, yaitu refrigeran yang dipakai dalam system kompresi uap dan mengalami perubahan fase selama proses refrigerasinya. Meliputi: 1. Udara Penggunaan umum udara sebagai refrigeran adalah di pesawat terbang, system udara yang ringan menjadi kompensasi bagi COPnya rendah. 2.Amonia Amonia adalah satu-satunya refrigeran selain kelompok fluorocarbon yang masih digunakan sampai saat ini. Walaupun ammonia beracun dan kadang-kadang mudah terbakar atau meledak pada kondisi tertentu, namun ammonia biasa digunakan pada instalasi-instalasi suhu rendah pada industri besar, seperti pabrik es, ice skating, dan fasilitas cold storage. 3.Karbondioksida (CO2) Karbondioksida merupakan refrigeran pertama dipakai seperti halnya ammonia. Refrigeran ini kadang-kadang digunakan untuk pembekuan dengan cara sentuhan langsung dengan bahan makanan. Tekanan pengembunannya yang tinggi biasanya membatasi penggunaannya hanya pada bagian suhu rendah, untuk suhu tinggi digunakan refrigeran lain. 4.Refrigeran-12 Refrigeran ini biasa dilambangkan R-12 dan mempunyai rumus kimia CCl2F2 (Dichloro Difluoro Methane). Refrigeran ini merupakan yang paling sering digunakan pada saat ini, terutama digunakan untuk kompresor torak. R-12 mempunyai titik didih -21,6oF (-29,8oC). Untuk melayani refrigerasi rumah tangga dan didalam pengkondisian udara kendaraan otomotif. 5.Refrigeran-22 Refrigeran ini biasa dilambangkan R-22 dan mempunyai rumus kimia CHClF2. R-22
Refrigeran sekunder adalah fluida yang membawa kalor dari bahan yang sedang didinginkan ke evaporator pada system refrigerasi. Refrigeran sekunder mengalami perubahan suhu bila menyerap kalor dan membebaskannya pada evaporator, tetapi tidak mengalami perubahan fase.
Secara teknis air dapat digunakan sebagai refrigeran sekunder, namun yang paling sering digunakan adalah larutan garam (brine) dan larutan anti beku (antifreezes) yang merupakan larutan dengan suhu beku dibawah 0oC. larutan anti beku yang sering digunakan adalah larutan air dan glikol etilen, glikol propilen, atau kalsium klorida. Glikol propilen mempunyai keistimewaan tidah berbahaya bila terkena bahan makanan. Salah satu contoh refrigeran sekunder adalah R-11 (CCl3F). R-11 adalah salah satu kelompok fluorocarbon dari gas metana. Mempunyai titik didih pada tekanan atmosfir sebesar 74,7oF (23,7oC) dengan operasi tekanan standar 2,94 psia (0,2 bar) dan 18,19 psia (1,25 bar).
II.6.2. Kompresor Kapasitas suatu kompresor refrigerasi umumnya dinyatakan dengan kkal/jam (BTU/jam) atau dalam ton refrigerasi pada suhu evaporatif yang diinginkan. Pemilihan kompresor yang diinginkan, perlu mempertimbangkan faktor beban panas total yang dihitung, lamanya jam aktual operasi kompresor, kapasitas yang dihitung dari kompresor, suhu refrigeran di dalam evaporator dan jenis atau tipe yang tersedia (Ilyas, 1983). Kompresor unit terdiri atas motor penggerak dan kompresor. Kompresor berugas untuk menghisap dan menekan refrigerant sehingga refrigerant beredar dalam unit mesin pendingin. Berdasarkan penggeraknya, kompresor dibagi atas: 1.Open type unit Disini kompresor dan motor penggerak masing-masing berdiri sendiri untuk memutarkan kompresor dipergunakan ban (belt). Motor penggeraknya biasanya motor listrik atau motor diesel. 2.Semi Hermetic unit Disini kompresor dan motor juga berdiri sendiri-sendiri tetapi dihubungkan sehingga seolaholah menjadi satu bagian. 3.Hermetic unit
8 Disini kompresor dan kondensor menjadi satu unit yang tertutup. II.6.3. Kondensor Kondensor merupakan satu bagian penting dari sistem pendinginan. Dalam kondensor panas dipindahkan dari refrrigeran ke medium pendinginan, air atau udara. Kondensor harus menghilangkan semua panas yang ditimbulkan refrigeran dalam sistem refrigerasi. Panas ini ditimbulkan dari evaporator (dari beban pendinginan) dan panas yang ditimbulkan dari proses kompresi gas refrigerant. II.6.4. Evaporator Evaporator adalah suatu alat dimana bahan pendingin menguap dari cair menjadi gas. Perpindahan panas dari ruangan sekitar atau beban yang didinginkan ke dalam sistem. Panas tersebut lalu dibawa ke kompresor dan dikeluarkan lagi oleh kondensor.
BAB III METODOLOGI Metode yang digunakan dalam pengerjaan tugas akhir ini adalah : III.1. Study litelatur Pengumpulan bahan referensi penunjang yang dapat membantu penulis baik itu melalui jurnal , paper, buku-buku serta e – mail (internet source). III.2. Pengambilan Data Metode Tugas Akhir ini menggunakan data sekunder yang berasal dari berbagai sumber, antara lain : a. Perusahaan pemilik Kapal. Dari perusahaan pemilik kapal terkait dapat diketahui data – data tentang system pendingin yang digunakan serta kebutuhan daya untuk system Air Conditioning. b. General Arrangement ( Rencana Umum dari kapal ) Untuk mengetahui volume atau kapasitas dari ruang muat untuk menghitung beban pendingin. III.3. Menentukan kapasitas pendinginan Dari data-data yang diperoleh maka langkah selanjutnya adalah dengan menghitung kapasitas pendingin yang akan direncanakan, mengacu pada ke Ekonomisan Sistem. Kapasitas didasarkan pada volume ruang muat kapal penumpang.
Halaman ini sengaja dikosongkan III.4. Analisa Teknis Setelah kapasitas ruang muat ditentukan maka dilanjutkan dengan pengkajian secara teknis. Dimulai dengan data ruang muat yang berupa kapasitas, kemudian menentukan beban pendingin yang baru berdasarkan jenis dan kapasitas ruang muat,dan membandingkan hasil data yang sebelumnya digunakan. Tahap ini dimaksudkan untuk mengetahui efisiensi kerja pada condensor, evaporator dan compresor serta spesifikasi teknis lain yang dibutuhkan. III.5. Kesimpulan dan Saran. Memberikan anlisa dan saran dari sistem pendingin yang digunakan sebagai pertimbangan di waktu yang akan datang mengenai Penghematan Energi atau efisiensi kerja pada Air Conditioning khususnya untuk Kapal Penumpang.
9 Flowcart pengerjaan Tugas Akhir BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN MULA Studi Literatur dan Pengambilan Data
Analisa Teknis
-
-
General Arrangement Data Cuaca dan Iklim B b di
IV.1. Spesifikasi data yang Diperoleh dari Lapangan
Menganalisa Sistem Pendingin Menganalisa Effisiensi Kerja Peralatan Sistem Pendingin(Kompresor,Kon
Sistem Pengkondisian Udara Optimasi Pemakaian Energi
Pemakaian Energi < Standar
PAX 500 PALINDO JAYA Kesimpulan dan Saran
SELESAI
Gambar 3.1 Flowchart pengerjaan Tugas Akhir
Halaman ini sengaja dikosongkan
10 - Suhu gas keluar - Kapasitas
: 72 °C : 50 %
Panel indikator pada Generator Set,dimana daya untuk generator di sini adalah masing-masing 1000 KVA, terdapat 4 Generator. Panel di samping di gunakan untuk pembacaan arus yang di set oleh Regulator. Arus yang terbaca pada panel generador set disini adalah 380A.
Panel untuk pengaturan Arus motor untuk sistem Air Conditioning,dimana pada perubahan arus akan berpengaruh pada frekuensi. Pada panel ini terdapat switch Regulator untuk pengaturan arus.
IV.1.1.spesifikasi Panel-panel pendukung untuk pengoprasian system Air Conditioning
Panel untuk supply air temperature,disini terbaca pada indikator adalah 6 °C ,terdapat 17 switch yang mana ini berarti terdapat 17 chiler water plant unit. IV.1.2.Spesifikasi peralatan dalam system air conditioning central Kompresor Panel indicator kerja kompresor,pada indicator ini terbaca: Pada frekuensi 50 Hz dengan beban motor 380 A ; - Tekanan Isap : 5.6 bar - Tekanan Keluar : 15 bar - Minyak pelumas :3.5 Mpa - Suhu Pelumas : 78 °C
11 Cara kerja kompresor pada system pendingin bekerja membuat perbedaan tekanan, sehingga cairan pendingin dapat mengalir dari satu bagian ke bagian lain dari system. Karena adanya perbedaan tekanan antara tekanan tinggi dan sisi tekan rendah, maka bahan pendingin cair dapat mengalir melalui katup ekspansi ke evaporator. Kondensor
Kondensor berfungsi mengembunkan uap mampat yang berasal dari kompresor dengan cara membuang sumua panas pada cairan pendingin diantaranya; -panas yang diserap selama menguap di evaporator -panas yang diberikan kompresor pada waktu pemampatan. Chiler water plant
Secara prinsip cara kerjanya sama namun kondensornya didinginkan dengan air,bukan gas Freon.AC jenis ini menggunakan menara pendingin. Secara umum, AC jenis ini digunakan sebagai system penyejuk udara yang tersentralisasi sehingga Evaporatornya tidak secara langsung mengatur udara namun mendinginkan air. Udara didinginkan oleh Evaporator kemudian mengalir ke FCU dan AHU untuk mengatur suhu di ruangan. Gambar 4.1. Sistem Refrigeration
IV.2. Perhitungan beban pendingin Pada perhitungan beban pendingin akan dicari nilai Heat Load Calculation and Air Flow Balance yang seimbang sehingga alur proses yang terjadi pada sistem Air Conditioning di kapal PAX 500 Palindo Jaya tidak terjadi losess energi pada kerja Sistem Air Conditioning dalam pengoprasiannya. Pada kasus ini data yang digunakan sebagai pembanding adalah menfariasikan suhu pada chiller waterplant dengan suhu ruangan yang tetap yaitu 24 °C. Sebagai pertimbangan dalam menfariasikan suhu pada chiller waterplant mengacu pada siklus refrigerasi termasuk perubahan tekanannya (Biro Efisiensi Energi,2004,)gambar 2.2,yang menjelaskan bahwa kondensor harus mampu membuang panas gabungan yang masuk evaporator dan kondensor. Ada pula rumus yang digunakan dalam perhitungan beban pendingin sebagai berikut: External Window
Qsen = area × {U − value × (outside condition − roomcondition ) + solar } Walls and Roof
Qsen = area × U − value × EQTD Internal walls and Ceilings
Qsen = area × U − value × EQTD Internal Heat Light Load
Qsen = EQTD × roomarea
12 Equipment Load
Qsen = Wsensibel xtotal equipment People
Qsen = total people xWsensibel ( people ) Qlaten = total people xWlaten ( people ) Supply air quantity ⎞ ⎛ totalroomload / 0,335 x =⎜ temperaturediffernt ⎟⎠ ⎝ ⎛⎜ freshairx people ⎞ x(volume xtot. people ) room 0,65 ⎟⎠ ⎝
Freshairquantity
= {( peoplexF .a.q.)x (S .a.q.x 0,65 )} Qsen = ⎧⎨(conditionoutside − roomcondition )x⎛⎜ F .a.q.x1,2 ⎞⎟⎫⎬ 3,6 ⎠⎭ ⎝ ⎩ ⎫ ⎧(condition outside − room condition )entalpy − ⎪ ⎪ Qlaten = ⎨ ⎛ sup plyF .a.q ⎞⎟⎬ ⎪(cond .outside − room condt . )x1,2 x⎜⎝ 3,6 ⎠⎪⎭ ⎩
Dari rumus perhitungan beban pendingin di atas maka didapat haisl beban pendingin pada tiap-tiap deck sebagai berikut: 1.-Room Condition -Supplay Air Temperature different
: 24°C : 8°C
13 2.-Room Condition -Supplay Air Temperature different
: 24°C : 6°C
3.
-Room Condition : 24°C -Supplay Air Temperature : 12°C
different
14 -Supplay Air Temperature different : 12°C Dari data hasil perhitungan di lapangan diperoleh kebutuhan daya pada AC : 414.141 KW Maka didapat : 474.141 KW/TR = 118.3 414.141 KW = 4969692 Btu/jam EER = 4969692/1000 = 4969.692 COP
= EER/66.272 = 4969.692/118.3 = 42 Panduan : Semakin tinggi nilai EER dan COP semakin hemat AC/Chiller. (ref.panduan program panduan efisiensi energi di hotel;hal 69) Konsumsi energi adalah hasil kali daya motor terhadap waktu (t), dengan persamaan :
dimana : I (Ampere) : arus. V (Volt) : tegangan. PF : faktor daya.
IV.3.Menentukan Kinerja Sistem Air Conditioning Dari data perhitungan beban pendingin di masing-masing deck dengan supplay air temperatur 12°C di chiler water plant,dengan temperatur ruangan 24°C, didapat hasil sebagai berikut: Metode yang digunakan dalam perhitungan kinerja system air conditioning dengan menentukan koefisien kinerja atau yang lazim dikenal dengan COP (Coefficient of Performance). COP adalah rasio antara jumlah panas (dalam satuan KW) yang dipindahkan dari Evaporator untuk setiap satuan energi yang dikonsumsi (KW). Dengan kata lain,COP adalah rasio antara kapasitas dari kompresor (KW) dan setiap ton freon yang dipanaskan (TR) yang bisa diserap oleh Evaporator. Metode lain yang bisa digunakan adalah dengan menguji rasio effisiensi energi (EER). EER adalah rasio antara kapasitas panas yang digunakan untuk mendinginkan (dalam BTU) per jam dan konsumsi Energi (dalam watt). 1. Pada spesifikasi AC/chiller adalah 1 KW/TR = 3.5 1 KW = 12.000 Btu/jam -Room Condition : 24°C
Untuk menghitung arus nominal dengan peralatan motor yang di oprasikan adalah jenis motor 3 phase, disajikan dalam rumus:
I=
P 380 x 3 x cos θ
(Ampere)
I = 629 Amper Besarnya tegangan: V=
p (volt) I
V = 658 watt Factor daya: PF =
Kerjabermanfaat masukan ker ja
Kerja bermaanfaat Dimana ;
=
=
h2 = 46 °C h3 = 12 °C
Qk Wk
h2 − h3 : 720 : 556
kerja bermanfaat = 720 - 556 = 164 Kj/Kg Masukan kerja
= h2 − h1
Dimana; h1 = 17.5°C
: 558 Kj/Kg
Kj/Kg Kj/Kg
15 -Supplay Air Temperature different : 6°C Masukan kerja
= 720 - 558 = 162 Kj/Kg
Maka; PF
=
164 162
= 1.01 Kj/Kg Maka energi yang digunakan dalam sistem Air Conditioning per hari adalah: Energi =
Dari data hasil perhitungan beban pendingin diperoleh kebutuhan daya pada AC : 565.618 KW Maka didapat : 565.618 KW/TR = 161.6 565.618 KW = 6787416 Btu/jam EER = 6787416/1000 = 6787.416 COP
= EER/161.6 = 42 Panduan : Semakin tinggi nilai EER dan COP semakin hemat AC/Chiller. (ref.panduan program panduan efisiensi energi di hotel;hal 69)
629 x658 x1.01x1.73 x 24 1000
= 17356 watt Faktor lain yang berpengaruh terhadap efisiensi volumetrik adalah hubungan antara tekanan suction dan tekanan discharge. Untuk memperoleh efek refrigerasi yang memuaskan, maka suhu evaporasi dan suhu kondensasi harus dijaga pada tingkatan tertentu. Seperti diketahui bahwa suhu evaporasi dan suhu kondensasi berbanding lurus dengan tekanan suction dan tekanan discharge. Selanjutnya perbandingan tekanan discharge dan tekanan suction secara absolut disebut perbandingan kompresi. Dimana data di lapangan untuk kerja kompresor adalah: Tekanan Discharge : 18 bar Tekanan Suction : 6.5 bar
Konsumsi energi adalah hasil kali daya motor terhadap waktu (t), dengan persamaan :
dimana : I (Ampere) : arus. V (Volt) : tegangan. PF : faktor daya. Untuk menghitung arus nominal dengan peralatan motor yang di oprasikan adalah jenis motor 3 phase, disajikan dalam rumus:
I=
P 380 x 3 x cosθ
(Ampere)
I = 859 Amper Besarnya tegangan: V=
V = 658 watt
Maka: Perbandingan Kompresi (Rc)
p (volt) I
=
18bar 6.5bar
= 2.7 bar Pengaruh perbandingan kompresi terhadap efisiensi volumetrik dapat dilihat dalam tabel efisiensi volumetrik tabel 1.1,dengan mengacu pada nilai perbandingan kompresi pada kompresor dalam sistem air conditioning dimana dalam kasus ini kompresor bekerja dengan arus yang di set pada generator adalah 629 A. 2. Pada spesifikasi AC/chiller adalah 1 KW/TR = 3.5 1 KW = 12.000 Btu/jam -Room Condition : 24°C
PF =
Kerjabermanfaat masukan ker ja
Kerja bermaanfaat Dimana ;
=
h2 = 40 °C h3 = 6 °C
=
Qk Wk
h2 − h3 : 658 : 525
kerja bermanfaat = 658 - 525 = 133 Kj/Kg Masukan kerja
= h2 − h1
Dimana; h1 = 11.5°C
: 552 Kj/Kg
Kj/Kg Kj/Kg
16 Masukan kerja
= 658 - 552 = 106 Kj/Kg
V=
Maka; PF
V = 658 watt
133 = 106
PF =
= 1.25 Kj/Kg Maka energi yang digunakan dalam sistem Air Conditioning per hari adalah:
859 x658 x1.25 x1.73 Energi = x 24 1000
3. Pada spesifikasi AC/chiller adalah 1 KW/TR = 3.5 1 KW = 12.000 Btu/jam -Room Condition : 24°C -Supplay Air Temperature different: 8°C Dari data hasil perhitungan beban pendingin diperoleh kebutuhan daya pada AC : 500.990 KW Maka didapat : 500.990 KW/TR = 143.1 500.990 KW = 6011880 Btu/jam EER = 6011880/1000 = 6011.88 COP
= EER/143.1 = 42 Panduan : Semakin tinggi nilai EER dan COP semakin hemat AC/Chiller. (ref.panduan program panduan efisiensi energi di hotel;hal 69) Konsumsi energi adalah hasil kali daya motor terhadap waktu (t), dengan persamaan :
Kerja bermaanfaat Dimana ;
I (Ampere) : arus. V (Volt) : tegangan. PF : faktor daya. Untuk menghitung arus nominal dengan peralatan motor yang di oprasikan adalah jenis motor 3 phase, disajikan dalam rumus:
380 x 3 x cosθ
I = 761 Amper Besarnya tegangan:
=
=
Qk Wk
h2 − h3
h2 = 42 °C h3 = 8 °C
: 659 : 458
Masukan kerja
= h2 − h1
Dimana; h1 = 13.5°C
: 502 Kj/Kg
Masukan kerja
= 659 - 502 = 157 Kj/Kg
Kj/Kg Kj/Kg
Maka; PF
(Ampere)
=
201 157
= 1.28 Kj/Kg Maka energi yang digunakan dalam sistem Air Conditioning per hari adalah: Energi =
761x658 x1.28 x1.73 x 24 1000
= 26612 watt Disini terlihat perbedaan supply energi pada sistem Air Conditioning; 1.-Room Condition : 24°C -Supplay Air Temperature different : 8°C Tekanan Discharge Kompresor: 16.5 bar Tekanan Suction Kompresor : 6 bar
dimana :
P
Kerjabermanfaat masukan ker ja
kerja bermanfaat = 659 - 458 = 201 Kj/Kg
= 29335 watt
I=
p (volt) I
Energi =
761x658 x1.28 x1.73 x 24 1000
= 26612 watt 2.-Room Condition -Supplay Air Temperature different Tekanan Discharge Kompresor Tekanan Suction Kompresor
: 24°C : 6°C : 16 bar :5.5 bar
17
Energi =
859 x658 x1.25 x1.73 x 24 1000
= 29335 watt 3.-Room Condition : 24°C -Supplay Air Temperature different : 12°C Tekanan Discharge Kompresor : 18 bar Tekanan Suction Kompresor : 6.5 bar Energi =
629 x658 x1.01x1.73 x 24 1000
= 17356 watt Dari perhitungan di atas terjadi perbedaan energi dari sistem Air Conditioning dengan melakukan variasi perbedaan suhu pada supply air temperature diferent yang mana dalam menvariasikan suhu tersebut perlu dilihat balans energi pada perhitungan heat load calculation. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1. Kesimpulan Dari analisa dan pembahasan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa: 1. Kapal penumpang dengan menggunakan system air conditioning central atau terpusat, salah satu cara dengan menfariasikan suhu di chiler waterplant, dapat memberikan penghematan energi hal ini dapat memberikan kontribusi penghematan bahan bakar pada konsumsi generator set nya. Karena kerja generator pada kapal bekerja secara kontinyu. 2. Pada kerja compresor akan menghasilkan efisiensi volumetrik yang tinggi apabila balance energi pada heat load calculation tercapai V.2. Saran Pada pengesetan suhu di ruang penumpang khususnya agar tidak mengeset suhu ruangan yang terlalu rendah,masih dalam tarap kenyamanan penghuni. Pada pengaturan suhu pada supply air temperature different di chiller water plant, perlu dilihat balans energi pada perhitungan heat load calculation yangmana hasil dari supply fresh air nya harus balans dengan return air flownya,hingga tercapai sirkulasi energi yang baik.
DAFTAR PUSTAKA 1995 ASHRAE HANDBOOK : APPLICATION, ASHRAE, Inc. BOCA, International Energy Conservation Code, 2000 ASHRAE, ASHRAE Handbook, Fundamentals, 1993. 1997 ASHRAE HANDBOOK : FUNDAMENTALS, ASHRAE,Inc. Sumanto.1985. Dasar-Dasar Mesin Pendingin. Yogyakarta: Penerbit Andi Buku panduan Efisiensi energi,ISBN 979-98399-2-0 INTERNASIONAL STANDARD ISO 7547-1985 (E) Konservasi energi sistem tata udara pada bangunan gedung SNI 03 – 6390 – 2000 Konservasi energi sistem tata udara pada bangunan gedung SNI 03 – 6390 – 2001 Gator Priowirjanto 2003,Komponen Kontrol Refrigerasi Refrigerasi dan sistem penyejuk AC Handbook.
