handout ice plant
Post on 18-Dec-2014
120 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
TO EXPLORE THE UNKNOWN
Disusun oleh Moh. Aris As’ari, S.Pd.
PROGRAM KEAHLIAN TEKNIK PENDINGIN DAN TATA UDARA SMK NEGERI 1 CIREBON
2011 Visit us on : ptu.smkn1-cirebon.sch.id
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
CHAPTER I
SISTEM REFRIGERASI ICE PLANT
Gambar 1.1 Instalasi sistem refrigerasi water chiller untuk pabrik es
Gambar 1.1 merupakan gambar instalasi pemipaan sistem refrigerasi dengan water chiller untuk pabrik es. Dari gambar
terdapat 3 sistem yang perlu kita anailisi, yaitu:
1. Sistem Refrigerasi
2. Sitem Cooling Tower
3. Sistem Ice Plant
1. Komponen Sistem Refrigerasi
A. Compressor
Gambar 1.2 Gambar Kompresor unit (courtesy : PT. Grasso Int.)
Karena refrigeran yang sering digunakan pada sistem refrigerasi untuk pabrik es adalah R-717 (ammonia) dan halocarbon maka
kompresor yang digunakan bisa reciprocating, rotary dan centrifugal. Untuk menentukkan kompresor pada sistem refrigerasi
untuk pabrik es, diperlukan beberapa parameter seperti berikut :
a. Speed dalam rpm (rotasi per menit)
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
b. Evaporating temperatur Te dalam °C (evaporasi temperatur refrigerant/amoniak)
c. Condensing temperatur Tc dalam °C (kondensasi temperatur refrigerant/amoniak)
d. Superheat dalam K (panas lanjut kompresi yang melewati batas saturasi uap Te)
e. Subcooling dalam K (pendinginan lanjut yang melewati batas saturasi cair Tc)
Evaporating temperatur untuk Pabrik Es pada umumnya ditetapkan pada suhu –8°C hingga –15°C, karena air garam
biasanya bekerja pada suhu –5°C hingga –12.5°C. Temperatur air garam lebih rendah dari –15°C akan membuat Es Balok cepat
retak pada waktu pencabutan es, karena perbedaan temperatur udara dan es yang sangat besar.
Condensing temperatur biasanya berkisar antara 35°C hingga 45°C, tergantung dari jenis refrigerant yang digunakan
(Freon/Amoniak) juga jenis condenser (air cooled, water cooled atau evaporative condenser).
Superheat adalah perbedaan suhu antara saturasi uap temperatur dari kompresi (Te) yang suhunya naik akibat panas lanjut dari
lingkungan sekitarnya (panas udara di ruangan mesin atau panas mesin sendiri dari pergerakan piston) hingga mencapai saturasi
uap temperatur sesungguhnya. Ideal superheat 0 K pada dasarnya sulit dicapai. Umumnya superheat berkisar antara 3 hingga 5
K.
Subcooling adalah penurunan temperatur saturasi cair dari kondensasi lebih lanjut dengan menggunakan heat exchanger
(penukar kalor) antara amoniak dengan air, udara, atau refrigerant lain. Subcooling bisa mencapai penurunan temperatur 5
hingga 10 K. Apabila tidak digunakan heat exchanger tambahan setelah condenser untuk menurunkan temperatur saturasi
cair dari kondensasi maka sub cooling adalah 0 K.
B. Condensing unit
Dalam aplikasinya, terdapat tiga jenis condenser berdasarkan media pendinginnya, yaitu :
1) Air Cooled Condeser (ACC)
Air Cooled Condeser (ACC) adalah condenser dengan media pendingin udara. Keuntungan menggunakan Air Cooled
Condeser adalah mengurangi instalasi untuk cooling tower sehingga mengurangi biaya perawatan. Instalasi cooling tower
akan berhubungan dengan maintenance pada water treatment, make up water, perawatan pada tower, freeze protection
dan pembesihan tabung condenser. Keuntungan lain dari Air Cooled Condeser adalah sistem yang sudah utuh, packaged
system, sehingga akan mengurangi waktu untuk mendesain sistem, instalasi yang sederhana, dan faktor packaging system
yang membuat semua komponen refrigerasi yang sudah terpasang dari pabrik sehingga memudahkan untuk monitoring
sistemnya. Kerugian dari sistem ini adalah jika temperatur ambient diatas dari temperature kondesor serta mahalnya biaya
energy listrik. Air Cooled Condeser diinstalasi dibagian luar gedung.
Gambar 1.3 Air Cooled Condenser
2) Water Cooled Condenser (WCC)
Water Cooled Condenser adalah condenser dengan media pendingin air. Energi yang digunakan pada Water Cooled
Condenser lebih efesien dibandingkan Air Cooled Condenser. Keuntungan menggunakan Water Cooled Condenser salah
satunya tidak dipengaruhi oleh temperatur ambient . Life time dari Water-cooled chiller bisa mencapai 20-25 tahun
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
sedangkan untuk air-cooled chillers hanya 15-20 tahun. Water Cooled Condenser diinstalasi di bagian dalam gedung biasanya
di basement. Kerugian dari Water Cooled Condenser adalah instalasi yang tidak sederhana. Secara umum sistem Water
Cooled Condenser bisa dibagi menjadi 2 kategori, yaitu :
a. Waste-water system, dimana air yang sudah terpakai di condenser langsung dibuang. Biasanya sistem ini dipakai
untuk lokasi sistem yang kaya dengan sumber air.
Gambar 1.4. Waste-water system
b. Recirculated water system, dimana air yang sudah terpakai untuk mendinginkan kondenser didinginkan melalui
cooling tower lalu disirkulasikan kembali ke condenser.
Gambar 1.5. Recirculated water system
Terdapat tiga tipe dasar dari Water Cooled Condenser yaitu :
a) Tipe double-tube / tube and tube
Tipe ini menggabungkan dua pipa, yang satu berisi refrigeran dan satunya lagi berisi air dengan arah arus saling berlawanan.
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
Gambar 1.6 Double tube Condenser
b) Tipe Shell and tube
Tipe ini menggunakan shell (tabung) yang berfungsi menampung refrigeran dari kompresor untuk dikondesasikan
sedangkan air sebagai media penghantar panas berada di dalam pipa horizontal.
Gambar 1.7 Shell and tube Condenser
c) Tipe Shell and coil
Tipe ini menggunakan shell (tabung) yang berfungsi menampung refrigeran dari kompresor untuk dikondesasikan
sedangkan air sebagai media penghantar panas berada di dalam pipa coil.
Gambar 1.8 Shell and coil Condenser
Hot water out
Refrigerant vapor in
Refrigerant liquid out Cold water in
Shell
Tube
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
3) Evaporative Cooled Condenser (ECC)
Evaporative Cooled Condenser adalah condenser dengan media pendingin kombinasi antara udara dan air.
Gambar 1.9 Evaporative Cooled Condenser
C. Evaporator unit
Evaporator berfungsi untuk menguapkan refrigerant, dalam hal ini refrigeran akan mengambil panas dari sistem. Dalam sistem
refrigerasi yang besar (umumnya tipe shell and tube), evaporator bisa dibagi menjadi dua tipe yaitu :
a. Tipe Flooded Evaporator
Refrigeran dari XV akan masuk menggenangi shell yang di dalamnya berisi pipa yang berisi air. Air hangat yang masuk di dalam
pipa akan diserap panasnya oleh refrigeran yang menggenangi shell. Akibat perpindahan panas ini, refrigeran yang menggenangi
shell akan menguap dan uap refrigeran akan naik menuju kompresor, sedangkan air yang keluar dari shell akan menjadi dingin.
Flooded evaporator biasanya dilengkapi oleh sensor level liquid refrigeran di dalam shell yang terhubung dengan mekanisme
kerja electronic expansion valve sehingga akan mengatur banyaknya refrigeran yang akan masuk ke dalam shell untuk menjaga
tingkat terendah refrigeran yang menggenangi shell.
Gambar 1.10 Flooded Evaporator
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
b. Tipe Direct Expansion (DX) Evaporator
Gambar 1.11 Dry-Expansion Evaporator
Beda dengan tipe Flooded evaporator, refrigeran yang keluar dari XV akan masuk melalui pipa dan air akan masuk memenuhi
shell. Air di dalam shell akan didinginkan oleh refrigeran yang ada di dalam pipa, konsekuensinya refrigeran akan menguap dan
keluar menuju kompresor.
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
CHAPTER II
COOLING TOWER
Dalam sub ini, kita hanya akan membahas condensing unit tipe recirculated water jenis shell and tube dimana akan
berhubungan erat dengan cooling tower. Cooling tower merupakan alat yang dapat menghemat air (water conservation) atau
alat yang memproses ulang air atau mampu menurunkan temperatur air (recovery devices).
Berdasarkan cara udara bersirkulasi, cooling tower bisa dibedakan menjadi dua jenis yaitu
A. Natural draft Cooling tower
B. Mechanical draft. Cooling tower
1. Natural draft cooling tower
Natural draft atau hyperbolic cooling tower memanfaatkan perbedaan temperatur antara udara sekitar dengan udara panas di
dalam tower. Ketinggian cooling tower tipe ini harus di atas 200 m, dan biasanya digunakan untuk pembuangan panas yang
besar karena biaya pembangunannya tower ini mahal. Terdapat dua tipe natural draft cooling tower, yaitu :
a. Cross flow tower yaitu udara dialirkan melewati tetesan air dan air yang telah dingin ditampung diluar tower.
Gambar 2.2 Gambar Natural draft Cooling Tower Cross flow tower
b. Counter flow tower yaitu udara dialirkan ke atas berlawanan arah dengan tetesan air dan air yang telah dingin ditampung
didalam tower.
Gambar 2.3 Gambar Natural draft Cooling Tower Counter flow tower
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
2. Mechanical draft cooling tower
Mechanical draft cooling tower menggunakan fan/blower untuk menekan dan mengalirkan udara untuk mendinginkan air.
Terdapat dua tipe dari mechanical draft cooling tower, yaitu :
a. Forced draft cooling tower
Udara di dorong ke dalam cooling tower dengan menggunakan fan yang diletakan pada inlet air tower.
Gambar 2.4 Forced draft cooling tower
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
b. Induced draft cooling tower
Induced draft cooling tower bisa dibagi dua berdasarkan arah aliran udaranya yaitu counter flow dan cross flow induced draft
cooling tower.
Gambar 2.5 Counter flow induced draft cooling tower
Gambar 2.6 Cross flow induced draft cooling tower
Pada Mechanical Draft Cooling tower, beberapa cooling tower diberi susunan tambahan supaya air dapat mengalir pada
material tipis tersebut. Material tipis tersebut biasanya disebut fill. Fill terbuat dari beberapa jenis material, seperti plat metal, kayu
tipis, asbestos-Plastic dan asbestos-cement. Bentuk dari fill bermacam-macam ada yang berbentuk Z-shaped, honey comb
(sarang lebah), embossed (bentuk timbul), flat sheet ataupun corrugated sheet (bergelombang).
Berdasarkan pola udara mengalir di dalam tower, cooling tower bisa dibedakan menjadi 3 jenis yaitu
A. Parallel Flow
Jika pergerakan udara di dalam tower searah dengan arah tetesan air.
B. Cross Flow
Jika pergerakan udara di dalam tower bersilangan dengan arah tetesan air.
C. Counter Flow
Jika pergerakan udara di dalam tower berlawanan dengan arah tetesan air.
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
Berdasarkan pola penguapan uap air di dalam tower, cooling tower bisa dibedakan menjadi 3 jenis yaitu
A. Spray-Filled
Jika air yang berfungsi untuk mendinginkan condenser berbentuk spray
B. Deck-Filled
Jika air yang berfungsi untuk mendinginkan condenser berbentuk kucuran air
C. Combination Spray and Deck-Filled
Jika air yang berfungsi untuk mendinginkan condenser berbentuk spray dan kucuran air
Berdasarkan bentuknya, cooling tower juga bisa dibagi menjadi dua bentuk, yaitu Rectilinear dan
Round Mechanical Drift.
Gambar 2.7 Rectilinear Mechanical Drift Cooling Tower
Gambar 2.8 Round Mechanical Drift Cooling Tower
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
Menurut GEA Grasso Indonesia pada Journal Block ice plant, keefektifan sebuah cooling tower
dipengaruhi oleh beberapa faktor di bawah ini :
a. Perbedaan tekanan uap antara udara dan air
b. Luas permukaan air dan lamanya proses
c. Kecepatan udara yang dialirkan melewati tower
d. Arah aliran udara yang dihubungkan dengan luas permukaan air yang dipercikan
Sedangkan menurut Althouse pada bukunya, Modern Refrigeration and Air Conditioning 18th
Edition, beberapa faktor yang mempengaruhi performance dari cooling tower adalah :
1. Kondisi daerah dan desain cooling tower
2. Kelembapan daerah tersebut
3. Beban panas tower
4. Kondisi wet bulb temperature daerah tersebut
5. Kualitas air
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
CHAPTER III REFRIGERAN
a. Refrigeran
Berdasarkan bahan penyusunnya, refrigeran bisa dibagi menjadi beberapa kelompok (Dossat) :
1) Kelompok Halocarbon contohnya R-11 (CCl3F) , R-12(CCl2F2), R-22(CHClF2), dll.
2) Kelompok Cyclic Organic contohnya R-C316 (C4Cl2F6), R-C317 (C4ClF7), dan R-C318 (C4F8).
3) Kelompok Azeotropes contohnya R-500 (R-12+R-152a), R-501 (R-22+R-12), R-502 (R-11+R-115).
4) Kelompok Hydrocarbon contohnya R-50(methane), R-170 (ethane), R-290 (propane), dll.
5) Kelompok Oxygen contohnya R-610 (Ethyl Ether), R-611(Methyl Formate)
6) Kelompok Sulfur contohnya R-620
7) Kelompok Nitrogen contohnya R-630 (Methyl amine), R-631 (Ethyl amine).
8) Kelompok Inorganic contohnya R-717 (NH4), R-718 (H2O), R-729 (Udara), R-744 (CO2) dll
9) Kelompok Unsaturated Organic contohnya R-1112a (CCl2==CF2), R-1113(CClF==CF2) dll
Untuk pabrik es komersil biasanya menggunakan refrigeran 717 (Ammoniac), walaupun
tidaklah tidak mungkin menggunakan kelompok halocarbon.
Mengidentifikasi refrigeran dari nomor dan kode warna cylinder yang dikeluarkan ASHRAE
dapat dilihat pada tabel berikut:
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
b. Kriteria dalam pemilihan refrigeran
Dalam memilih suatu jenis refrigeran pada sistem, ada beberapa hal yang harus dipertimbangkan :
1. Memiliki titik didih yang rendah (normal boiling point temperature), lebih rendah dari evaporator
yang direncanakan.
normal boiling point adalah titik didih (temperatur saturasi) refrigeran pada tekanan 1 atm
(14.7 psi).
Beberapa contoh NBP refrigerant dengan perkiraan jumlah panas evaporasi
Beberapa contoh NBP refrigerant dengan aplikasi pada sistem
Althouse
2. Mempunyai tekanan kondensasi yang rendah.
3. Mempunyai tekanan penguapan yang lebih tinggi sedikit dari tekanan atmosfer.
4. Mempunyai kalor laten penguapan yang besar.
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
5. Mudah di deteksi dalam kebocoran.
6. Harganya ekonomis dan mudah didapatkan.
Merk dagang berbagai jenis refrigeran dengan produsennya
c. Kriteria Refrigeran Ideal
A. Faktor Thermodinamika dan Thermo-fisika
1. Tekanan suction
Refrigeran yang ideal harus memiliki tekanan suction yang tinggi sehingga akan
menurunkan compressor displacement.
2. Tekanan discharge
Refrigeran yang ideal harus memiliki tekanan discharge yang rendah sehingga akan
memungkinkan pemilihan kompresor dan kondensor yang lebih ringan dan murah.
3. Pressure ratio
Refrigeran yang ideal harus memiliki pressure ratio yang rendah sehingga akan menaikkan
efesiensi volumetric dan penggunaan energy yang lebih sedikit.
4. Panas latent penguapan
Refrigeran yang ideal harus memiliki panas latent penguapan yang tinggi sehingga jumlah
refrigeran yang masuk ke evaporator lebih sedikit.
5. Proses isentropic kompresi
Refrigeran yang ideal harus memiliki proses isentropis yang rendah sehingga panas yang
terjadi ketika proses kompresi akan rendah.
6. Panas specific
Refrigeran yang ideal harus memiliki panas specific yang tinggi sehingga akan menurunkan
temperatur superheat.
7. Konduktivitas thermal
Refrigeran yang ideal harus memiliki konduktivitas thermal yang tinggi pada fasa cair
maupun gas sehingga akan menaikkan proses transfer panas.
8. Viscositas
Refrigeran yang ideal harus memiliki viskositas yang rendah baik pada fasa cair dan gas
untuk mengurangi penurunan tekanan (pressure drop).
B. Faktor keamanan dan efek terhadap lingkungan
1. Ozone Depletion Potential (ODP)
Berdasarkan Montreal Protocol, nilai ODP refrigeran seharusnya adalan nol, jadi tiap
refrigeran harus tidak bersifat merusak lapisan ozon. Semakin rendah nilai ODP maka
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
semakin baik sifat refrigeran tersebut dan sebaliknya, semakin tinggi nilai ODP suatu
refrigeran maka semakin buruk efek refrigeran tersebut terhadap lingkungan.
Berdasarkan hasil penelitian, Chlorine dan Bromine merupakan substan dari refrigeran
yang menyebabkan penipisan lapisan ozone.
2. Global Warming Potential (GWP)
Semakin rendah nilai GWP maka semakin baik sifat refrigeran tersebut karena dengan
rendahnya nilai GWP maka efek penggunaan refrigeran tersebut terhadap pemanasan
global akan rendah.
3. Total Equivalent Warming Index
Nilai TEWI merupakan gabungan dari efek refrigeran terhadap lingkungan baik itu efek
langsung (kerusakan di atmosfer) dan tidak langsung (penggunaan energi) yang
berkontribusi terhadap pemanasan global. Suatu refrugeran dengan nilai TEWI rendah
nilai akan lebih baik daripada refrigeran yang mempunyai nilai GWP yang rendah. Jadi
semakin rendah nilai TEWI maka semakin baik sifat refrigeran tersebut, dan
4. Toxicity
Toxicity merupakan sifat beracun suatu refrigeran. Sebenarnya semua refrigeran beracun
(kecuali udara) dan sifat toxicity refrigeran sangat relative karena sifat racun refrigeran
akan timbul ketika konsentrasinya dalam udara sangat tinggi. Refrigeran seperti CFC dan
HCFC tidak akan beracun ketika bercampur dengan udara sekitar, namun jika CFC dan
HCFC terbakar maka akan menghasilkan gas yang sangat beracun (phosgene-COCl2).
Beberapa organisasi seperti ASHRAE (American Society of Heating & Reftigerating and
Air Conditioning Engineers), HMIS (Hazardous Material Identification System), NFPA
(National Fire Protection Association), NRSC (The National Refrigeration Safety Code),
and NBFU (National Board of Fire Underwriters) mengelompokan refrigeran yang
dapat bersifat racun dengan cara kontak langsung, mellui pernafasan ataupu lewat
pencernaan.
ASHRAE mengelompokkan tingkat beracun refrigeran dengan huruf A dan B. Kelompok A
merupakan refrigeran yang tidak beracun dan kelompok B merupakan refrigeran yang
beracun. Tingkat beracun ini diukur pda konsentrasi refrigeran di bawah 400 ppm. Contoh
kelompok A : R-11, R-12, R-22, R-134a, R-500, R-502, R-507A, R-741 dan contoh kelompok
B : R-40, R-123, R-717, R-764.
5. Flammability
Flammability merupakan sifat mudah terbakarnya suatu refrigeran. Refrigeran yang ideal
haruslah tidak mudah terbakar. ASHRAE mengelompokkan tingkat flammability refrigeran
dalam nomor 1, 2 dan 3. Refrigeran kelompok nomor 1 adalah refrigeran dengan yang
tidak mudah terbakar, seperti R-11, R-12, R-12, R-22, R-123, R-125, R-500, R-502, etc.
Refrigeran kelompok nomor 2 adalah refrigeran yang tingkat flammability-nya rendah,
seperti R 717. Refrigeran kelompok nomor 3 adalah refrigeran yang tingkat flammability-
nya tinggi, seperti R 1140.
6. Chemical stability
Refrigeran harus memiliki kestabilan unsur kimia yang baik sehingga ketika digunakan
pada sistem refrigerasi tidak mengalami perubahan unsur kimianya dalam waktunya yang
lama.
7. Compatibility
Maksud compatibility disini adalah kemampuan refrigeran untuk digunakan dengan
material konstruksi yang lain jadi tidak mempengaruhi unsur dari material lainnya.
Contohnya penggunaan R12 dengan instalasi pemipaan menggunakan tembaga. Namun
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
jika menggunakan Ammoniac maka tidak menggunakan instalasi pemipaan tembaga
karena dapatb menyebabkan korosi jadi menggunakan instalasi pemipaan baja.
8. Mudah bercampur dengan oli
Refrigeran yang ideal harus mudah bercampur dengan oli sehingga ketika didalam sistem
refrigerasi, refrigeran dan oli bisa kembali ke compressor. Sedangkan untuk refrigeran
yang tidak bisa bercampur dengan oli, bisa menggunakan oil separator.
9. Kekuatan dielektrik
Refrigeran yang ideal harus memiliki kekuatan dielektrik yang tinggi untuk menghindari
kerusakan di motor kompresor.
10. Mudah dalam medeteksi kebocoran
d. Secondary Refrigerant
Secondary refrigerant adalah fluida yang bisa membawa panas dari suatu substan yang sedang
didinginkan menuju evaporator dari sistem refrigerasi.
Dalam industry terdapat dua jenis sistem refrigerasi jika dilihat dari pemakaian refrigerannya, yaitu :
a. Direct Refrigeration
Gambar 3.1 Direct Refrigeration Cycle
b. Indirect Refrigeration
Gambar 3.2 Indirect Refrigeration Cycle
primary refrigerant substan being cooled
substan being cooled
primary refrigerant
secondary refrigerant
heat exchanger
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
Secondary refrigerant akan didinginkan oleh primary refrigerant dan akan terjadi perpindahan
panas di heat exchanger tanpa ada perubahasan fasa. Secondary refrigerant disebut juga secondary
fluid, heat transfer fluid atau juga brines. Keuntungan sistem indirect dibandingkan sistem direct
refrigeration salah satunya adalah penggunaan primary refrigerant bisa diminimalisir. Secondary
refrigerant bisa digunakan pada sistem refrigersi komersil dan low temperature refrigeration dan
sangat cocok untuk sistem yang menggunakan primary refrigerant yang ramah lingkungan namun
bersifat racun dan mudah terbakar seperti ammonia dan hydrocarbon. Pada pronsipnya, air adalah
secondary refrigerant yang baik untuk sistem Air Conditioning serta aplikasi lainnya jika hanya untuk
menurunkan temperatur sampai +3 °C (37.4 °F).
Secondary Refigerant yang baik, harus memiliki beberapa syarat sebagai berikut :
a. memiliki viscosity yang rendah.
b. memiliki specific heat yang tinggi, sehingga proses pertukaran panas lebih cepat.
c. memiliki konduntivitas thermal yang tinggi, sehingga pertukaran panas antara pipa dengan
liquid lebih cepat.
d. memiliki chemical corrosion inhibitor yang baik.
e. memiliki kestabilan kimia yang baik.
f. tidak beracun.
g. tidak mudah terbakar.
h. tidak memperanguhi kualitas subtan yang didinginkan.
Jenis-jenis Secondary refrigerant
Terdapat dua kategori secondary refrigerant yang tersedia di pasaran, yaitu :
a. aqueous solutions
bahan dasar air, biasanya dicampur dengan garam dengan kandungan tertentu, bahan
tambahan bisa berupa magnesium dan calcium chloride.
penggunaan pada low temperature refrigeration, biasanya digunakan campuran potassium
acetate dan potassium formate yang memiliki tingkat resistansi korosi yang lebih tinggi.
Jenis aqueous secondary refrigerant beserta freezing temperaturnya
b. non-aqueous solutions
brand name perusahaan, heat transfer kurang baik, lebih mahal dan mudah bermasalah pada
korosi, kontaminasi dan tekanan kerja.
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
Jenis non-aqueous secondary refrigerant beserta freezing temperaturnya
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
CHAPTER IV SYSTEM ICE PLANT MAPING
A. Map pabrik es
B. Lay out pabrik es
All system
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
Part of Brine
a) Agitator
Agitator dilengkapi propeller, tangkai dan propeller berfungsi untuk mensirkulasikan refrigeran
sekunder.
b) Ice Can Filler dan Over head crane
Ice can filler berfungsi untuk pengisian air pada cetakan es balok secara otomatis.
c) Blower roots
Blower roots berfungsi untuk meniupkan udara ketika es dibekukan supaya es menjadi jernih.
d) Cetakan es
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
Storage Room
Evaporator
Storage Ice Block
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
CHAPTER V
ICE PRODUCT
Di dalam chapter 5, kita akan membahas beberapa jenis ice product. Diantaranya yaitu, :
A. Flake Ice
B. Tube Ice
C. Chip Ice
D. Cube Ice
E. Slurry Ice
F. Block Ice
A. Flake Ice
Definisi Flake Ice
Mesin Pembuat Ice Flake 20 Ton/day
Ice flake terbuat dari campuran garam dan air (maksimum 500 gram garam per ton air), namun
dalam beberapa kasus bisa terbuat dari air garam saja. Ketebalan es 1 mm – 15 mm, dengan bentuk
yang tidak beraturan.
Ice Flake, flat and thin shape
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
Komponen ice flake machine
Profile di dalam evaporator
Air dikucurkan ke lempengan evaporator melalui water filler yang berputar.
Air akan tetap mengucur dari water filler meski sebagian formasi es telah terbentuk pada evaporator.
Terbentuknya formasi es kurang dari 1 menit.
Evaporator
Compressor
Acumulator Water Cooled Condenser
Liquid Receiver Tank Water Pump
Motor for
ice breaker
Filter drier
Water Filler
Air yang dikucurkan ke lempengan evaportor
Water reservoir
Thermal insulation
Formasi es telah terbentuk di evaporator akibat
pengambilan panas air oleh refrigeran.
Sebagian formasi es telah terbentuk di evaporator
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
Setelah formasi es telah terbentuk di evaporator, ice breaker akan berputar dan menghancurkan
formasi es tersebut. Ice Breaker akan terus berputar seiring perputaran water filler.
B. Tube Ice
Definisi Tube Ice
Tube ice dengan beragam ukuran (courtesy alibaba.com)
Ukuran dari tube ice berkisar 50 x 50 mm dengan ketebalan 10 to 12 mm. Prinsip kerja nya mirip
dengan shell and tube condenser. Air akan mengisi tube sedangkan ammonia (refrigeran yang
dipakai) mengisi ruanga diantara tube tersebut. Es terbentuk saat air mengalir ke dalam tabung
vertikal dan membeku di dinding shell. Lapisan es ini kemudian dikeluarkan dalam bentuk
tabung/pipa. Tabung pipa es yang membeku di ice generator sebenarnya dalam ukuran yang
panjang. Untuk melepas es dari tube, maka digunakan hot gas defrost supaya ice tube dapat
terlepas. Setelah terlepas, ice tube akan dipotong sesuai ukurannya, biasanya berkisar 50 mm.
Formasi es telah terbentuk di evaporator
Ice breaker berputar menghancurkan es
Ice breaker berputar menghancurkan es
Es yang telah hancur akan turun ke bawah
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
Tube Ice Machine (Courtesy of Focusun)
Componen of Ice Tube Machine (courtesy by Icelings)
Ref
rige
ran
t fi
ll
Wat
er f
ill
Ref
rige
ran
t fi
ll Water
distributor
Refrigerant shell
Water tube
Refrigerant tube
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
C. Chip Ice
Definisi Chip Ice
Chip Ice hampir sama dengan flake ice (courtesy Polar)
Ketebalan chip ice hampir sama dengan flake ice yaitu berkisar 3 mm – 15 mm, dengan bentuk yang
tidak beraturan. Yang membedakan adalah metode produksi dari chip ice. Chip ice diproduksi dengan
jalan mengaliri suatu evaporator yang berbentuk tabung dengan air. Lama kelamaan es tersebut akan
membeku dan retak akibat perbedaan temperatur dengan udara luar. Untuk melepaskan es dari
evaporator, digunakan hot gas defrost, sehingga es yang retak akan jatuh ke penampungan es. Di
penampungan es, terdapat ice cutter untuk memotong es yang masih jika berdimensi cukup besar.
Mesin Chip Ice, evaporator berbentuk silinder (Courtesy of Polar)
Air mengaliri evaporator Air telah membeku di evaporator
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
D. Cube Ice
Definisi Cube Ice
Cube ice berukuran berbeda-beda bergantung dari perusahaan yang membuat cube ice machine nya.
Contoh standard ukuran cube ice dari Kold-Draft Manufacture :
• The Full Cube : ukuran 3.175 cm x 3.175 cm x 3.175 cm
• The Half-Cube : ukuran 3.175 cm x 3.175 cm x 1.6 cm
• The Cubelet : ukuran 3.175 cm x 1.6 cm x 1.6 cm
Es pada evaporator retak Es pada evaporator yang retak akan jatuh
Retakan es yang berdimensi besar akan
dipotong kembali oleh ice cutter
Ice cutter
Kold-Draft
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
Cube ice terbuat dari air yang membeku pada cell berbentuk kotak yang terbuat dari plat tembaga
tipis yang berfungsi sebagai evaporator. Cell di aliri oleh air dan lama-kelamaan es akan membeku di
dalam cell. Setelah air di dalam cell membeku, es akan jatuh ke penampungan.
Cube Ice Plant (Courtesy of Koller)
Cell Copper in the ice maker evaporator
Refrigerant pipe
Copper plate
ice formed
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
E. Slurry Ice
Definisi Slurry Ice
(a) Slurry ice dengan propylene glycol dilihat dari microskop, (b) dan aplikasi untuk pembekuan ikan
Slurry ice merupakan proses refrigerasi yang menghasilkan dan membentuk jutaan ‘micro-crystal’ es
(diameternya berkisar 0.1 s.d 1 mm) dan bercampur dengan air yang telah diberi depressant freezing
point (anti-frezee solution). Beberapa contoh depressant freezing point diantaranya adalah garam
(sodium chloride), ethylene glycol, propylene glycol, berbagai jenis alcohol (Isobutyl, ethanol) dan
gula (sucrose, glucose). Slurry ice memiliki tingkat penyerapan panas produk yang lebih baik
dibanding sistem refrigerasi brine.
Sejumlah brine akan masuk dengan dipompa menuju ice generator. Ice generator merupakan evaporator jenis shell and tube dimana refrigerant berada di pipa bagian paling luar.
Di dalam ice generator brine dan air akan bercampur dan akan terbentuk bongkahan es. Bongkahan es akan mengapung di atas ice generator dan bersirkulasi bersama pemotong es di dalamnya, sehingga bongkahan es tersebut akan pecah dan bercampur dengan air dibawah menjadi slurry ice.
(a) (b)
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
Operasional Slurry Ice Machine (Courtesy of Sunwell)
F. Block Ice
Definisi Block Ice
Ice Block (Courtesy of Koller)
Ice block dapat berbentuk block ataupun silinder, bergantung cetakannya. Ukuran ice block
bervariasi bergantung dari vendor yang membuat mesin ice block. Contoh ukuran cetakan es dari PT.
Grasso :
1. 50 kg persegi panjang 380x190 x 1115 mm
2. 50 kg bujur sangkar 260x260 x 1115 mm
3. 25 kg persegi panjang 240x150 x 1115 mm
4. 25 kg bujur sangkar 190x190 x 1115 mm
Mesin ice block dapat dibagi menjadi 3 tipe :
1. Brine-refrigeration system
Sistem ini menggunakan refrigerant sekunder sebagai media pendingin untuk ice block dan
refrigerant primer sebagai media pendingin refrigerant sekunder. Refrigeran sekunder ditempatkan
ke dalam bak air garam (sebagai refrigerant sekunder) sedangkan refrigerant primer ditempatkan di
dalam sistem refrigerasi.
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
Brine-Refrigeration System (Courtesy of KINGMAN)
2. Direct contact ice plant refrigeration system
Direct contact ice plant refrigeration merupakan sistem refrigerasi yang cetakan esnya
bersentuhan langsung dengan evaporator. Sistem ini hanya menggunakan refrigeran primer.
Direct contact ice plant refrigeration
3. Container Ice Plant refrigeration system
Container Ice Plant refrigeration system menggunakan mesin pendingin yang sama dengan mesin
pendingin pada Direct contact refrigeration dan merupakan sistem refrigerasi yang cetakan esnya
bersentuhan langsung dengan evaporator. Sistem ini hanya menggunakan refrigeran primer.
Evaporator dan cetakan es nya berada di dalam container.
Cetakan es
Sistem refrigerasi
primer
Brine /refrigeran
sekunder
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
Container Ice Plant refrigeration system
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
CHAPTER V
CAPACITY LOAD CALCULATION
A. Kapasitas refrigerasi
Kapasitas suatu sistem refrigerasi untuk pabrik es berkisar 15 TR (49 kW) sampai 306 TR
(1077.68 kW) per 24 jam nya (sumber PT. Grasso Indonesia). Karena itu membutuhkan suatu sitem
refrigerasi yang besar untuk mencapai kapasitas pendinginan di atas. Contoh menghitung kapasitas
refrigerasi adalah sebagai berikut :
Untuk membekukan 1 Ton air/24 Jam dari suhu air +30°C hingga menjadi es –5°C, dengan
mengabaikan perbedaan volume spesifik air dan es, dapat dicari kapasitas panas (pendingin) dengan
menggunakan persamaan sebagai berikut :
a. Panas sebelum dan sesudah pendinginan
Q’ = m’ × Cp × ΔT
dimana :
Q’ = kapasitas pendinginan persatuan per satuan waktu (kW)
m’ = massa air persatuan waktu (kg/s)
Cp air = panas spesifik air (1 kcal/kg.°C)
Cp es = panas spesifik es (0.5 kcal/kg.°C)
ΔT = Perbedaan temperature (°C)
b. Panas pada saat pembekuan/panas laten
Q’ = m’ × q
dimana :
Q’ = kapasitas pendinginan persatuan per satuan waktu (kW)
m’ = massa air persatuan waktu (kg/s)
q = panas laten es (1 kcal/kg)
Dari persamaan diatas, maka kita bias mendapatkan kapasitas pendinginan sebagai berikut :
b) Sebelum pembekuan Q’ = 1000 kg/24.60.60 s x (30–0)K x 4.19 kJ/kg.K =1.455 kW
c) Panas laten pada waktu pembekuan Q’ = 1000 kg/24.60.60 s x 335 kJ/kg=3.877 kW
d) Setelah pembekuan Q’ = 1000 kg/24.60.60 s x [0-(-5)]K x 2.1 kJ/kg.K =0.122 kW
Maka jumlah kapasitas panas secara teori adalah 5.454 kW. Namun dalam praktek sehari–hari
banyak faktor yang mempengaruhi dalam pabrik es, seperti:
Beban panas dari Agitator
Transmisi panas (dingin) dari bak air garam yang tidak memadai isolasinya serta kayu penutup
Peniupan udara untuk membuat es jernih menambah beban panas
Pembukaan kayu penutup pada waktu mencabut es dan pengisian air juga menambah beban
panas
Pada umumnya pabrik es di Indonesia menambahkan 30% dari perhitungan kapasitas
berdasarkan teori untuk mengatasi beban tambahan tersebut diatas, sehingga menjadi
5.454 kW x 1.3 = 7.09 kW (6100 kcal/jam)
Perlu diingat bahwa waktu pembuatan es tidak semuanya 24 jam, tergantung dari dimensi
cetakan es . Tepatnya untuk menghitung kapasitas panas yang diperlukan disesuaikan dengan waktu
pembekuan menurut cetakan es (tidak selamanya dibagi dalam 24 Jam) dan massa air yang
dimasukkan dalam cetakan es (biasanya air dalam cetakan es 50 kg beratnya lebih dari 60 kg,
bahkan sampai 70 kg), namun tetap harus menambahkan faktor beban panas tambahan, yang tidak
harus 30%, tergantung kondisi pabrik es.
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
CHAPTER VI
JENIS – JENIS WATER CHILLER
A. Air Cooled and Reciprocating Compressor Water Chiller
B. Air Cooled and Scroll Compressor Water Chiller
Air Cooled Condenser
Evaporator/Water Chilled
Electrical Panel
Reciprocating Compressor
Air Cooled Condenser Electrical Panel
Scroll Compressor
Air Cooled Condenser
Electrical Panel
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
C. Air Cooled and Screw Compressor Water Chiller
D. Water Cooled and Screw Compressor Water Chiller
Air Cooled Condenser
Electrical Panel
Scroll Compressor
Scroll Compressor
Air Cooled Condenser
Water Cooled Condenser
Water Cooled Condenser
Evaporator/Water Chilled
Screw Compressor
Electrical Panel Screw Compressor
Electrical Panel
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
E. Water Cooled and Centrifugal Compressor Water Chiller
Water Cooled Condenser
Evaporator/Water Chilled
Centrifugal Compressor
MicroTech
Centrifugal Compressor
MicroTech
Water Cooled Condenser
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
DAFTAR PUSTAKA
Althouse and Turnquist. (2004). Modern Refrigeration and Air Conditioning 18th Ed. Illinois :
Goodheart-Willcox Company Inc.
ASHRAE. (2003). Secondary Refrigeration European Experience. Journal of ASHRAE Winter
Meeting – Chicago, USA.
Carrier Air Conditioning Company. Carrier Handbook of Air Conditioning System Design. New
York : Mc. Graw Hill
PT. GEA Grasso Indonesia. Block Ice Plant . Indonesia : Jakarta
Refrigeration System-2_To Explore the Unknown
BIODATA PENULIS
Nama : MOH. ARIS AS’ARI, S.Pd
NIP : 19840113 201001 1 007
Tempat, tanggal lahir : Cirebon, 13 Januari 1984
Pendidikan terakhir : Sarjana Pendidikan Teknik Mesin – UPI
Alamat : Jl. Sultan Agung RT/RW 001/001
Ds. Kebonturi - Kec. Arjawinangun
Kab. Cirebon
email : lex_van_halen@yahoo.co.id
Mengajar mata pelajaran : Kerja Las
Ventilasi Udara
Kompresor & Kelistrikan Refrigerasi
Pabrik Es Komersial
top related