Difference between revisions of "Fathurrahman Yudhi Nugraha"

From ccitonlinewiki
Jump to: navigation, search
(Sinopsis Tugas Akhir)
(Oscillating System)
 
(33 intermediate revisions by the same user not shown)
Line 41: Line 41:
  
 
Software yang digunakan saat itu untuk melakukan analisa tersebut adalah Excel, AutoCad dan Coolpack.
 
Software yang digunakan saat itu untuk melakukan analisa tersebut adalah Excel, AutoCad dan Coolpack.
 +
 +
Rencana thesis yang akan saya ambil adalah analisa penggunaan liquid suctin heat exchanger terhadap kinerja dari suatu unit air cooled chiller dengan refrigeran hydrocarbon R290.
 +
Penelitian akan meliputi kepada perancangan sebuah heat exchanger berbentuk brazed plate hx, sehingga pasti diperlukan simulasi perhitungan dan juga modelling dari hx tersebut. Dan saya cukup yakin bahwa mata kuliah komputasi teknik ini akan sangat diperlukan dalam proses analisa yang akan saya lakukan.
 +
 +
 +
== Presentasi Seminar Tugas Akhir ==
 +
 +
 +
[[File:Seminar_S1_Large.mp4]]
 +
 +
== Rencana Tugas Akhir ==
 +
 +
Judul : ANALISA PEMASANGAN LIQUID SUCTION HEAT EXCHANGER TERHADAP EFISIENSI SISTEM REFRIGERASI KOMPRESI UAP PADA AIR COOLED CHILLERS DENGAN REFRIGERAN HIDROKARBON (R290)
 +
Sistem Refrigerasi kompresi uap adalah sistem refrigerasi yang paling banyak digunakan untuk aplikasi sistem pendingin udara baik di sektor aplikasi rumah tangga ataupun komersil dan industri. Penggunaan sistem chiller pada unit tata udara di gedung komersil sangat populer digunakan dikarenakan kemampuan nya menghasilkan kapasitas yang besar dan juga dengan distribusi air dingin yang sangat efektif dan fleksible jika dibandingkan dengan sistem sirkulasi refrigeran (Direct Expansion System). Konsumsi energi yang dialokasikan untuk sistem tata udara di gedung komersil bisa mencapai 60% dari total kebutuhan listrik pada gedung tersebut, sehingga efisiensi chiller makin menjadi perhatian dan menarik untuk diteliti agar mencapai tingkat efisiensi yang optimal.
 +
Berbagai cara dilakukan untuk meningkatkan efisiensi energi pada suatu unit chillers yaitu dengan prinsip meningkatkan efek pendinginan yang dihasilkan dan mengurangi konsumsi energi listrik digunakan. Nilai unjuk kerja dari sistem refrigerasi di tunjukan dengan angka COP (Coefficient Of Performance) yaitu perbandigan antara energi dari efek pendinginan dengan energi listrik dalam kW/kW. Akan tetapi ada istilah lain untuk menunjukan nilai efisiensi pada suatu unit chiller, yaitu EER (Energy Efficiency Ratio) dalam satuan kW/TR, dimana menunjukan energi listrik yang dibutuhkan dalam kW untuk menghasilkan kapasitas pendinginan dalam TR (Ton of Refrigeration, 1 TR = 12,000 Btu/h).
 +
Dalam rangka meningkatkan efisiensi dari unit chiller, pemilihan refrigeran bisa menjadi salah satu pilihan paling mudah dilakukan, yaitu dengan memilih karakter refrigeran dengan sifat termodinamika yang lebih baik. Selain itu juga modifikasi dari siklus refrigerasi yang standar bisa dilakukan untuk meningkatkan efesiensi yang terjadi pada suatu unit chiller. Dan dari kedua kemungkinan tadi, maka penelitian dilakukan untuk membuktikan peningkatan efisiensi energi yang mungkin di dapatkan.
 +
Pada siklus refrigerasi ideal, efek pendinginan bisa dimanfaatkan ketika refrigeran pada fase cair setelah keluaran kondensor di ekpansi oleh katup ekspansi hingga fasa refrigeran menjadi gas sempurna di akhir keluaran evaporator. Dengan meningkatkan kualitas temperatur lebih dingin dari keluaran kondensor (Liquid Subcooling) maka efek pendinginan diharapkan bisa lebih banyak, sedangkan di ujung evaporator temperatur gas bisa ditingkatkan pada fasa panas lanjutan (Gas Superheat) akan menimbulkan efek positif dengan batasan tertentu.
 +
 +
----
 +
 +
 +
== Optimasi Kebutuhan Energi Manusia ==
 +
Sumber Energi di alam dunia ini bermacam macam bentuk nya, dan sudah diatur sedemikian sempurna oleh sang pencipta agar terjadi siklus yang setimbang.
 +
Sehingga orang berpikir dan sepakat bahwa di dunia ini terjadi yang namanya hukum kekekalan energi, dimana energi tidak dapat dihilangkan melainkan hanya bisa di pindahkan dan di rubah dalam bentuk yang bervariasi.
 +
Seperti halnya semua mahkluk hidup, manusia harus memiliki kesetimbangan energi agar dapat menjaga kelangsungan hidupnya.
 +
Ada energi yang masuk dan juga energi yang keluar, yang kesetimbangan nya berbeda-beda pada setiap orang tergantung dari banyak hal diantara nya yaitu :
 +
1. Usia
 +
2. Berat dan bentuk tubuh
 +
3. Kegiatan/aktifitas
 +
4. Kebiasaan dan kemampuan adaptasi tubuh
 +
5. Lingkungan
 +
6. Emosi, pikiran dan Spiritual
 +
7. Lain-lain
 +
 +
Jika dianalogikan sebagain mesin, maka manusia adalah mesin yang sangat sempurna.
 +
Karena sumber energi yang terbatas (umumnya dari makanan dan minuman) diproses secara metabolisme yang sangat kompleks oleh tubuh manusia bisa menghasilkan energi yang tidak terbatas.
 +
Satuan energi yang di umum digunakan untuk manusia adalah Kalori.
 +
Semua energi masukan (In) yaitu bahan makanan dan minuman dicarikan angka kalori nya dan demikian juga dengan energi keluaran (Out) yaitu berupa aktifitas.
 +
Para ahli di bidang biologi dan kesehatan memberikan standard kalori yang dihasilkan oleh makanan dan minuman dan juga kebutuhan kalori yang dibutuhkan manusia dalam persamaan yang di tetapkan WHO dengan istilah Basal Metabollic Rate (BMR).
 +
Rumus BMR menggunakan persamaan Harris Benedict, yang direvisi oleh Roza dan Shizgal pada tahun 1984.
 +
Dalam tulisan ini saya akan coba memberikan gambaran terkait dengan salah satu energy balance (kesetimbangan energi) yang terjadi pada  tubuh manusia.
 +
Interaksi thermal tubuh manusia dan lingkungan terjadi dengan gambaran skematis dan persamaan seperti ini :
 +
 +
[[File:Thermal_Interaction_Human_Body.PNG]]
 +
 +
[[File:Metabollic_Rate_Equation.PNG]]
 +
 +
(ASHRAE Handbook, Fundamental 2013)
 +
 +
Dimana mengacu kepada persamaan diatas, banyak perubahan kalor yang mempengaruhi total metabolic rate (M) dari tubuh yang berupa aliran kalor sensibel dan laten.
 +
 +
Tubuh manusia adalah sebuah energy (Heat) storage dimana laju penyimpanan energi nya sama dengan laju peningkatan energy internal, yang terdiri dari 2 bagian thermal compartment yaitu kulit dan inti tubuh manusia.
 +
Laju penyimpanan adalah suatu fungsi persamaan yang melibatkan coefficient thermal capacity, waktu dan perubahan temperature
 +
 +
[[File:Body_Heat_Storage.PNG]]
 +
 +
(ASHRAE Handbook, Fundamental 2013)
 +
 +
Sehingga pada akhirnya bagaimana optimasi kebutuhan energi manusia bisa di lakukan, salah satu faktor yang mempengaruhi nya adalah kondisi thermal yang membuat tubuh manusia mengeluarkan kalor yang seefisien mungkin atau dikenal juga dengan Thermal Comfort.
 +
Contoh yang sederhana ketika seorang pegawai kantor A yang melakukan aktifitas pekerjaan di dalam ruangan tanpa A/C (pengkondisi udara) akan mengeluarkan energi yang lebih banyak dibandingkan dengan aktifitas pekerjaan yang sama dilakukan di dalam ruangan dengan A/C.
 +
Sehingga dalam hal ini pegawai A bisa melakukan optimasi energi nya jika melakukan pekerjaan di dalam ruangan ber A/C, misalnya karyawan A mampu melakukan pekerjaan yang lebih banyak dan efektif.
 +
 +
 +
== Materi Kuliah 9 Maret 2020 ==
 +
 +
Muhasabah 2, intropeksi terhadap diri sendiri terkait dengan perkembangan mengenai komputasi teknik dan juga termasuk penilaian yang logis dan pantas untuk nilai mata kuliah komputasi teknik.
 +
 +
Komputasi teknik pada kondisi saat ini semakin relevant untuk membantu memecahkan permasalahan yang ada karena beberapa alasan di antaranya adalah :
 +
 +
1. Cepat
 +
 +
2. Efisien
 +
 +
3. Tidak perlu rancang bangun
 +
 +
4. Simulasi tidak terbatas
 +
 +
Dicontohkan pada kasus yang dihadapi oleh Pak DAI tentang kebocoran yang terjadi di suatu heat exchanger Shell and Tube, dimana kita dapat memanfaatkan komputasi teknik untuk melakukan suatu analisa dan menentukan langkah perbaikan yang harus dilakukan.
 +
Terlepas dari keputusan akhir yang akan di ambil terkadang suatu analisa melalui komputasi teknik juga tidak bisa mutlak dipercaya karena pertimbangan dari owner atau client yang bersangkutan.
 +
Masalah bisa dibagi menjadi 2 yaitu masalah terstruktur dan masalah tidak terstruktur.
 +
Yang dimaksud masalah terstruktur adalah masalah yang bisa ditentukan solusi standard nya dengan melihat SOP (Standard Operation Procedures)
 +
 +
Role of Thumb dari suatu proses pemecahan masalah dan analisa dengan komputasi teknik terhadap suatu masalah :
 +
 +
1. Identifikasi masalah, metoda what if adalah diperlukan dalam rangka mencari dan mengidentifikasi masalah di tahap awal
 +
 +
2. Initial Thinking, adalah ide analisa permasalahan yang biasanya sudah mendekati solusi nya (60% sudah mengarah solusi). Bisa saja dari pemahaman dan pengetahuan yang cukup mendalam terhadap masalah dan juga bisa dicari data tambahan dan interview terhadap operator atau engineer yang menangani operasional atau permasalahan tersebut.
 +
 +
3. Pendekatan rumus atau model matematika yang mengandung asumsi-asumsi yang timbul di initial thinking
 +
 +
4. Pengumpulan data teknis yang diperlukan untuk perhitungan model matematika
 +
 +
5. Simulasi terhadap model matematika yang dibuat, atau dengan kata lain mengeksekusi model matematika
 +
 +
6. Verifikasi ("SOLVE THE EQUATION RIGHT") pemeriksaan model matematika tidak ada kesalahan numerik
 +
 +
7. Validasi ("SOLVE THE RIGHT EQUATION") menguji keaktualan model matematika, bisa dilakukan dengan menilai kewajaran dan pengalaman yang ada atau juga bisa dilakukan dengan membandingkan
 +
 +
8. Menentukan hasil analisa dan diskusi
 +
 +
9. Menyimpulkan rekomendasi solusi dari masalah.
 +
 +
Study case permasalahan yang dihadapi oleh setiap mahasiswa diharapkan bisa dipresentasikan, dengan mengikuti langkah-langkah role of thumb tersebut di atas.
 +
 +
Wallahualam
 +
 +
 +
== Tugas Draft Paper Project ==
 +
 +
ANALISA PEMASANGAN LIQUID SUCTION HEAT EXCHANGER TERHADAP EFISIENSI SIKLUS REFRIGERASI KOMPRESI UAP PADA AIR COOLED CHILLERS DENGAN REFRIGERAN HIDROKARBON (R290)
 +
 +
Fathurrahman Yudhi Nugraha1, a),, Muhammad Idrus Alhamid*,1, b),, Ardiansyah1, c)
 +
 +
1 Department of Mechanical Engineering, Universitas Indonesia, Kampus UI Depok 16424, Indonesia
 +
 +
a) fathurrahman.yudhi@ui.ac.id
 +
 +
b) mamak@eng.ui.ac.id
 +
 +
c) ardiyansyah@eng.ui.ac.id
 +
 +
Abstrak
 +
Pada penelitian ini, dilakukan pengujian unit Air Cooled Chiller yang menggunakan refrigeran hidrokarbon jenis Propane (R290) dengan 2 kondisi siklus yang berbeda. Siklus pertama adalah siklus refrigerasi kompresi uap standar tanpa tambahan komponen Liquid Suction Heat Exchanger (LSHX), dan akan dibandingkan dengan siklus kedua dengan penambahan LSHX. Diharapkan terjadi peningkatan kapasitas pendinginan dan Coefficient of Performance (COP) dari Chiller ketika dilakukan modifikasi siklus dengan LSHX. Dengan kapasitas pendinginan yang dihasilkan oleh chiller sebesar 56 Ton Refrigerasi (TR) dan volume flow R290 total 2x 125 m3/h, mak LSHX yang digunakan adalah jenis Brazed Plate Heat Exchanger.  Penambahan komponen LSHX tentu akan mempengaruhi dari investasi awal unit Chiller secara keseluruhan, sehingga perlu dilakukan analisa dengan membandingkan sebesar apa keuntungan dari pengurangan biaya operasional dari Chiller tersebut setelah penambahan LSHX. Sehingga dalam rangka menekan konsumsi energi pada sistem pendinginan udara terutama sistem Chiller dengan kapasitas besar untuk gedung bertingkat, alternatif penggunaan siklus refrigerasi dengan LSHX bisa dipertimbangkan.
 +
 +
Keyword : Air Cooled Chiller, Hydrocarbon R290, Liquid Suction Heat Exchanger (LSHX), Coefficient of Performance (COP), Siklus Refrigerasi, Energy
 +
 +
 +
 +
Pendahuluan
 +
Air Cooled Chiller dengan siklus Refrigerasi kompresi uap adalah sistem refrigerasi yang paling banyak digunakan untuk aplikasi sistem pendingin udara baik di sektor aplikasi rumah tangga ataupun komersil dan industri. Karena beberapa pertimbangan yaitu diantaranya adalah Air Cooled Chiller lebih ringkas, murah investasi awal dan perawatan nya serta fleksible penempatan nya dibandingkan Water Cooled Chiller, karena tidak membutuhkan tambahan komponen Cooling Tower.
 +
Penggunaan sistem Chiller pada unit tata udara di gedung komersil sangat populer digunakan dikarenakan kemampuan nya menghasilkan kapasitas yang besar dan juga dengan distribusi air dingin yang sangat efektif dan fleksible jika dibandingkan dengan sistem sirkulasi refrigeran (Direct Expansion System). Konsumsi energi yang dialokasikan untuk sistem tata udara di gedung komersil bisa mencapai 60% dari total kebutuhan listrik pada gedung tersebut, sehingga efisiensi Chiller makin menjadi perhatian dan menarik untuk diteliti agar mencapai tingkat efisiensi yang optimal.
 +
Berbagai cara dilakukan untuk meningkatkan efisiensi energi pada suatu unit Chiller yaitu dengan prinsip meningkatkan efek pendinginan yang dihasilkan dan mengurangi konsumsi energi listrik digunakan. Nilai unjuk kerja dari sistem refrigerasi di tunjukan dengan angka COP (Coefficient Of Performance) yaitu perbandigan antara energi dari efek pendinginan dengan energi listrik dalam kW/kW. Akan tetapi ada istilah lain untuk menunjukan nilai efisiensi pada suatu unit chiller, yaitu EER (Energy Efficiency Ratio) dalam satuan kW/TR, dimana menunjukan energi listrik yang dibutuhkan dalam kW untuk menghasilkan kapasitas pendinginan dalam TR (Ton of Refrigeration, 1 TR = 12,000 Btu/h).
 +
Dalam rangka meningkatkan efisiensi dari unit chiller, pemilihan refrigeran bisa menjadi salah satu pilihan paling mudah dilakukan, yaitu dengan memilih karakter refrigeran dengan sifat termodinamika yang lebih baik. Selain itu juga modifikasi dari siklus refrigerasi yang standar bisa dilakukan untuk meningkatkan efesiensi yang terjadi pada suatu unit chiller. Dan dari kedua kemungkinan tadi, maka penelitian dilakukan untuk membuktikan peningkatan efisiensi energi yang mungkin di dapatkan.
 +
Pada siklus refrigerasi ideal, efek pendinginan bisa dimanfaatkan ketika refrigeran pada fase cair setelah keluaran kondensor di ekpansi oleh katup ekspansi hingga fasa refrigeran menjadi gas sempurna di akhir keluaran evaporator. Dengan meningkatkan kualitas temperatur lebih dingin dari keluaran kondensor (Liquid Subcooling) maka efek pendinginan diharapkan bisa lebih banyak, sedangkan di ujung evaporator temperatur gas bisa ditingkatkan pada fasa panas lanjutan (Gas Superheat) akan menimbulkan efek positif dengan batasan tertentu.
 +
 +
 +
Kajian Literatur
 +
Telah banyak paper yang membahas pengaruh pemasangan Liquid Suction Heat Exchanger (LSHX) pada siklus refrigerasi kompresi uap, di tinjau dari pengunaan jenis refrigeran secara teoritis ataupun secara experimental pada unit. Dari kajian literatur yang telah dilakukan penulis, ditemukan adanya efek positif dalam hal meningkatkan efisiensi COP dari unit, akan tetapi juga bisa menimbulkan efek negatif artinya penurunan COP dari unit yang di simulasikan. Sejauh ini, dari paper yang ditinjau percobaan penambahan LSHX yang dilakukan langsung pada unit hanya dilakukan pada unit dengan sistem Direct Expansion (DX) dengan kapasitas pendinginan yang relatif kecil yaitu dibawah 2 TR (24,000 Btu/h), sehingga penulis bermaksud melakukan pembaruan terhadap percobaan penambahan LSHX pada unit Chiller dengan kapasitas besar yaitu 56 TR (672,000 Btu/h). Penggunaan refrigerant jenis Hidrokarbon R290 juga menjadi ketertarikan tersendiri mengingat refrigeran jenis ini memiliki beberapa keunggulan terutama terhadap isu lingkungan, karena dampak lingkungan yang biasa terdapat jenis refrigerant HCFC dan HFC yaitu nilai Ozone Depletion Potential (ODP) dan Global Warming Potential (GWP) yang tinggi. Sedangkan refrigeran R290 memiliki ODP = 0 dan GWP = 3 yang artinya sangat ramah lingkungan, serta disamping itu Refrigeran Hidrokarbon adalah satu-satunya refrigeran yang sudah diproduksi di Indonesia oleh BUMN Pertamina.
 +
 +
Refrigeran | ODP(R11=1) | GWP (kgCO2 kg-1) | Atmospheric lifetime (years)
 +
 +
HCFC R22  | 0.055 | 1780 | 12
 +
 +
HFC R134a  | 0 | 1410 | 14
 +
 +
HFC 410A  | 0 | 2060 | 5 – 29
 +
 +
HC R290  | 0 | 3 | 0.04
 +
 +
 +
Tabel 1. Perbandingan Refrigeran
 +
 +
Kemungkinan efek negative dari penggunaan LSHX pada unit Chiller juga menjadi tantangan untuk dibuktikan, sehingga bisa dilakukan review ulang terhadap design perancangan penggunaan Heat Exchanger atau batasan lain yang mempengaruhi kinerja sistem, seperti jumlah refrigerant charge, setting Superheat Expansion valve, Condensing temperature dan Evaporating temperature.
 +
 +
 +
 +
Material & Metode Penelitian
 +
Peralatan experimental yang dilakukan penulis adalah unit Chiller yang terpasang di Makara Art Center Universitas Indonesia, yaitu sistem tata udara untuk mendinginkan ruangan Auditorium dengan kapasitas daya tampung 400 tempat duduk. Adapun secara lengkap sistem tata udara yang terpasang adalah seperti terlihat pada gambar 1.
 +
[[File:Gambar_1._Sistem_Tata_Udara_Chiller.png]]
 +
 +
Gambar 1. Sistem Tata Udara Chiller Auditorium
 +
 +
Beban pendinginan chiller adalah temperature air balikan dari AHU, setelah AHU mendapatkan beban dari udara yang di sirkulasikan ke dalam Auditorium. Sehingga kemampuan kapasitas pendinginan dari chiller akan diukur dari kemampuan mendinginkan air balikan (Chilled water return) menjadi air supply (Chilled water supply) menuju AHU. Dengan mengukur laju aliran volume air dingin dan mengetahui panas spesifik dari air maka kapasitas pendinginan bisa dihitung dengan persamaan :
 +
 +
Qchiller=v/ρ*Cp*(Treturn-Tsupply)
 +
 +
Dimana
 +
 +
Qchiller : Kapasitas Pendinginan Chiller (kW)
 +
 +
ν: Volume Flow Air (m3/s)
 +
 +
ρ : Massa Jenis Air : 1000 kg/m3
 +
 +
Cp : Kalor Spesifik Air : 4.17 kJ/Kg K
 +
 +
Sedangkan diagram siklus kompresi uap pada chiller dengan LSHX dapat dilihat pada gambar 2.
 +
 +
[[File:Gambar_2.Skematik_Diagram_Chiller.jpg]]
 +
Gambar 2. Skematik diagram Chiller
 +
 +
Chiller terdiri dari 2 circuit siklus refrigerant terpisah dengan 1 unit Evaporator untuk mendinginkan air dingin untuk keperluan AHU. Dengan design seperti ini maka chiller memungkinkan bekerja dengan kapasitas 50% (1 circuit ON) dan 100% (2 Circuit ON), tergantung dari beban pendinginan yang dibutuhkan, denga sistem control yang diatur oleh thermostat secara bertingkat.
 +
Untuk keperluan pengambilan data pada siklus refrigerant, maka dipasang sensor temperature dan tekanan pada beberapa titik proses mewakili proses perubahan pada refrigerant. Masing-masing circuit refrigerant ditempatkan 7 (tujuh) posisi sensor, sehingga dengan data akuisisi semua data pengukuran bisa disimpan secara simultan dari waktu ke waktu.
 +
Data pengukuran akan diambil secara simultan dengan menggunakan data akuisisi, adapun parameter yang diukur meliputi :
 +
Temperature Refrigeran
 +
Tekanan Refrigeran
 +
Power Consumption
 +
Water Flow Rate Chilled Water
 +
Temperature Chilled Water
 +
Set up peralatan pengukuran dan akuisisi data dapat dilihat pada gambar 3
 +
 +
[[File:Gambar 3.Setup Experimental Chiller FY.png]]
 +
Gambar 3. Set up Experimental
 +
 +
 +
Referensi
 +
 +
P.A Domanski, D.A Didion, J.P Doyle, Evaluation of suction-line/liquid-line heat exchange in refrigeration cycle, International Journal of Refrigeration Volume 17, Issue 7, 1994, Pages 487-493
 +
 +
Klein S.A., Reindl D.T., Brownell K. (2000). Refrigeration system performance using liquid-suction heat exchangers. International Journal of Refrigeration 23: 588-596.
 +
 +
Y.S. Chang, M.S. Kim, S.T. Ro. (2000). Performance and Heat Transfer Characteristics of Hydrocarbon Refrigerants in a Heat Pump System. International Journal of Refrigeration 23: 232-242.
 +
 +
Wu, J., Yang, L., & Hou, J. (2012). Experimental Performance Study of a Small Wall Room Air Conditioner Retrofitted with R290 and R1270. International Journal of Refrigeration 35:1860-1868.
 +
 +
Sah, Ramesh P., Das, Ranadip K., Tiwari, Vidhika (2014) Analysis of Vapour Compression Refrigeration System with Refrigerans R134a, R143a, R152a, R290, and R32. International Journal of Innovative Research & Development Vol. 3 Issue 6 ISSN 2278 – 0211.
 +
 +
Bolaji, B.O., Huan, Z. (2012) Comparative Analysis of The Performance Of Hydrocarbon Refrigerans with R22 in a Sub-Cooling Heat Exchanger Refrigeration System. Institution of Mechanical Engineers Journal of Power and Energi. 7: 882-891.
 +
 +
 +
 +
== ANALISA PEMASANGAN LIQUID SUCTION HEAT EXCHANGER TERHADAP EFISIENSI SIKLUS REFRIGERASI KOMPRESI UAP PADA AIR COOLED CHILLERS DENGAN REFRIGERAN HIDROKARBON (R290)- Fathurrahman Yudhi Nugraha - 1906324076 ==
 +
 +
Abstrak
 +
Pada penelitian ini, dilakukan pengujian unit Air Cooled Chiller yang menggunakan refrigeran hidrokarbon jenis Propane (R290) dengan 2 kondisi siklus yang berbeda. Siklus pertama adalah siklus refrigerasi kompresi uap standar tanpa tambahan komponen Liquid Suction Heat Exchanger (LSHX), dan akan dibandingkan dengan siklus kedua dengan penambahan LSHX. Diharapkan terjadi peningkatan kapasitas pendinginan dan Coefficient of Performance (COP) dari Chiller ketika dilakukan modifikasi siklus dengan LSHX. Dengan kapasitas pendinginan yang dihasilkan oleh chiller sebesar 56 Ton Refrigerasi (TR) dan volume flow R290 total 2x 125 m3/h, mak LSHX yang digunakan adalah jenis Brazed Plate Heat Exchanger.  Penambahan komponen LSHX tentu akan mempengaruhi dari investasi awal unit Chiller secara keseluruhan, sehingga perlu dilakukan analisa dengan membandingkan sebesar apa keuntungan dari pengurangan biaya operasional dari Chiller tersebut setelah penambahan LSHX. Sehingga dalam rangka menekan konsumsi energi pada sistem pendinginan udara terutama sistem Chiller dengan kapasitas besar untuk gedung bertingkat, alternatif penggunaan siklus refrigerasi dengan LSHX bisa dipertimbangkan.
 +
 +
Keyword : Air Cooled Chiller, Hydrocarbon R290, Liquid Suction Heat Exchanger (LSHX), Coefficient of Performance (COP), Siklus Refrigerasi, Energy
 +
 +
== Quiz Latihan membuat Model Matematis ==
 +
 +
Sebuah konsep penyelesaian secara model matematika untuk gerakan bolak-balik sederhana untuk sistem berikut, dianggap tidak ada gesekan.
 +
 +
[[File:Skema_pegas.png]]
 +
 +
'''Initial Thinking :''' Jika ada sebuah massa (pada gambar) ditarik ke arah kanan dengan sebuah gaya F sejauh jarak x, maka pegas dengan konstanta k akan melawan gaya F tersebut dengan arah yang berlawanan sehingga besar nya gaya F pada kondisi awal pada jarak x akan sama dengan :
 +
 +
F = -k x
 +
 +
Lalu dari jarak x tersebut dianggap sebagai titik awal (initial condition) dengan x = X0, dan kondisi massa diam (kecepatan v = 0) gaya F dilepas pada saat t = 0, maka pada waktu berikut nya massa akan bergerak ke kiri akibat dari gaya pegas menuju titik x berikut nya. Pada contoh kasus ini dianggap tidak ada gesekan pada roda sehingga massa akan terus menerus mendapat gaya F yang sama tidak mengalamai penurunan dan menimbulkan gerak bolak-balik secara terus menerus (continuous) tanpa henti. Pada teori nya gerakan tersebut yaitu perubahan jarak x terhadap waktu t bisa ditemukan solusi nya dengan persamaan exact :
 +
 +
x(t) = x cos (ω t)
 +
 +
dengan asumsi nilai ω nilai tertentu, dan boundary limit pada waktu tertentu maka akan didapatkan sejumlah data dengan grafik osiloskop kurva sinusoidal.
 +
 +
[[File:Grafik_Bolak_Balik_1.png]]
 +
 +
'''Permodelan :''' Pada kenyataan nya kita harus mempertimbangkan sistem kesetimbangan momentum secara sifat alami nya, terkait dari perubahan gaya yang terjadi ketika ada regangan pada pegas yang mengalami perubahan beban inertia yang mempengaruhi percepatan. Sehingga dengan menghitung percepatan yang merupakan turunan kedua dari jarak maka permodelan matematika dibuat menjadi :
 +
 +
x = u ; x’ = v
 +
 +
u’ = dx/dt; v’ = d2x/dt2
 +
 +
Dengan menggunakan Metode Forward Euler, maka :
 +
 +
v(n+1) = v(n) - dt*ω^2*u(n)
 +
 +
u(n+1) = u(n) + dt*v(n)
 +
 +
Jika ada sebuah massa (pada gambar) ditarik ke arah kanan dengan sebuah gaya F sejauh jarak x, maka pegas dengan konstanta k akan melawan gaya F tersebut dengan arah yang berlawanan sehingga besar nya gaya F pada kondisi
 +
 +
'''Perhitungan Numerik :''' dari persamaan Forward Euler kita bisa melakukan perhitungan nya dengan program excel dan mendapatkan sejumlah data x. Dari hasil perhitungan tersebut kita bisa melakukan verifikasi hasil yaitu dengan membandingkan nya dengan nilai exact yang sebelumnya sudah dihitung. Deviasi dari hasil perhitungan dan nilai exact disebut dengan error, dan verifikasi adalah proses membuat error yang terjadi sekecil mungkin. Dari perhitungan yang dilakukan di file excel, maka didapatkan hasil grafik yang menunjukan error yang terjadi pada latihan ini.
 +
 +
[[File:Grafik_Bolak_Balik_2.png]]
 +
 +
'''Pemaknaan Hasil :''' Setiap model matematis yang dibuat atau digunakan untuk melakukan perhitungan kemungkinan besar akan mengalami error, dan disini kita harus memiliki kemampuan untuk memprediksi atau melakukan pendekatan dengan merubah parameter terntentu yang bisa membuat error nya sekecil mungkin. Di excel sendiri ada fungsi untuk melakukan solver parameter untuk mendapatkan hasil error yang sekecil mungkin dengan merubah salah satu parameter.
 +
 +
 +
== Oscillating System ==
 +
 +
Adalah fenomena yang sering terjadi di seluruh kejadian teknis, yang penting di pahami pada aplikasi nya. Permodelan matematis bisa dilakukan untuk membantu pemahaman dan penyelesaian terhadap masalah yang terjadi. Setiap benda yang memiliki massa dan elastisitas mampu bergerak bolak balik dengan sifat osilasi nya baik dengan gaya yang ada dalam sistem itu sendiri (getaran bebas) atau adanya pengaruh gaya dari luar (dengan paksa).
 +
 +
Persamaan Differential gerak, tanpa redaman adalah seperti gambar di bawah ini
 +
 +
[[File:Gambar_1_Osilasi_Sederhana_Tanpa_Redaman.png]]
 +
 +
dimana : x = simpangan; m = massa; k = konstanta pegas

Latest revision as of 22:43, 3 May 2020

FY small.jpg

Biodata

Nama Lengkap : Fathurrahman Yudhi Nugraha

NIK : 1906324076

Peminatan : Sistem Utilitas Bangunan & Keselamatan Kebakaran

Email : fathurrahman.yudhi@ui.ac.id


Muhasabah

Assalamualaikum wr wb,

Baseline of knowledge : Pengetahuan saya terkait dengan komputasi teknik adalah sangat minim, saya merasa pengalaman di pekerjaan selama ini tidak menggunakan komputasi teknik yang kompleks.

Alhamdulillah saya sudah bekerja di industri sebagai karyawan di perusahaan swasta sejak tahun 2000. Pada tahun 2004 saya berhasil menyelesaikan pendidikan sarjana (S1) saya dengan program extension dari Diploma 3 (D3).

Kemampuan penggunaan software di komputer ketika bekerja hanya sebatas Microsoft Excel dan Autocad, sedangkan basic pemograman pernah saya dapatkan pada mata kuliah turbo pascal pada masa D3, akan tetapi karena tidak pernah digunakan maka saya bisa di anggap tidak memiliki pengalaman terkait dengan komputasi teknik.

Dengan adanya mata kuliah ini tentunya saya berharap bisa mendapatkan pembelajaran yang baru dan berguna untuk pribadi saya sehingga bisa dimanfaatkan untuk kebaikan dan juga manfaat yang lebih besar.


Sinopsis Tugas Akhir

Judul tugas akhir D3 : Perbaikan dan Pengujian Performansi Mesin Pengkondisian Udara di Laboratorium Pendingin Teknik Mesin ITB

Adalah pekerjaan memperbaiki Water Cooled Chiller dengan menggantikan beberapa spare part yang rusak hingga unit tersebut bisa di operasikan kembali. Kemudian dilakukan pengukuran dari parameter kerja nya dari masing-masing komponen utama dan dilakukan perhitungan untuk mendapatkan kapasitas dan perfomansi kerja dari unit tersebut. Perhitungan yang dilakukan adalah perhitungan secara matematis dan dilakukan dengan progam Excel, sehingga dapat di tampilkan hasil nya berupa tabel dan juga bentuk grafik dari beberapa data pengukuran dan perhitungan.

Judul skripsi S1 : Analisa Penggunaan Refrigerant R410A pada mesin Pengkondisian Udara untuk Refrigeran R22

Yaitu percobaan menggantikan jenis refrigeran baru pada mesin AC untuk jenis refrigeran lama atau lebih di kenal dengan istilah Retrofit. Percobaan dilakukan langsung terhadap mesin AC type Ducted Split dengan spesifikasi menggunakan jenis refrigeran R22, dengan membandingkan hasil dari operasional unit tersebut ketika menggunakan R22 lalu ketika operasional dengan mengganti refrigeran R410A. Analisa didapatkan dengan melihat paramater operasional dari kedua jenis refrigeran yang digunakan lalu dibandingkan dengan sifat termodinamika nya sehingga bisa mendapatkan suatu informasi terkait dengan karakteristik dari komponen yang dirancang untuk suatu refrigeran.

Software yang digunakan saat itu untuk melakukan analisa tersebut adalah Excel, AutoCad dan Coolpack.

Rencana thesis yang akan saya ambil adalah analisa penggunaan liquid suctin heat exchanger terhadap kinerja dari suatu unit air cooled chiller dengan refrigeran hydrocarbon R290. Penelitian akan meliputi kepada perancangan sebuah heat exchanger berbentuk brazed plate hx, sehingga pasti diperlukan simulasi perhitungan dan juga modelling dari hx tersebut. Dan saya cukup yakin bahwa mata kuliah komputasi teknik ini akan sangat diperlukan dalam proses analisa yang akan saya lakukan.


Presentasi Seminar Tugas Akhir

Rencana Tugas Akhir

Judul : ANALISA PEMASANGAN LIQUID SUCTION HEAT EXCHANGER TERHADAP EFISIENSI SISTEM REFRIGERASI KOMPRESI UAP PADA AIR COOLED CHILLERS DENGAN REFRIGERAN HIDROKARBON (R290) Sistem Refrigerasi kompresi uap adalah sistem refrigerasi yang paling banyak digunakan untuk aplikasi sistem pendingin udara baik di sektor aplikasi rumah tangga ataupun komersil dan industri. Penggunaan sistem chiller pada unit tata udara di gedung komersil sangat populer digunakan dikarenakan kemampuan nya menghasilkan kapasitas yang besar dan juga dengan distribusi air dingin yang sangat efektif dan fleksible jika dibandingkan dengan sistem sirkulasi refrigeran (Direct Expansion System). Konsumsi energi yang dialokasikan untuk sistem tata udara di gedung komersil bisa mencapai 60% dari total kebutuhan listrik pada gedung tersebut, sehingga efisiensi chiller makin menjadi perhatian dan menarik untuk diteliti agar mencapai tingkat efisiensi yang optimal. Berbagai cara dilakukan untuk meningkatkan efisiensi energi pada suatu unit chillers yaitu dengan prinsip meningkatkan efek pendinginan yang dihasilkan dan mengurangi konsumsi energi listrik digunakan. Nilai unjuk kerja dari sistem refrigerasi di tunjukan dengan angka COP (Coefficient Of Performance) yaitu perbandigan antara energi dari efek pendinginan dengan energi listrik dalam kW/kW. Akan tetapi ada istilah lain untuk menunjukan nilai efisiensi pada suatu unit chiller, yaitu EER (Energy Efficiency Ratio) dalam satuan kW/TR, dimana menunjukan energi listrik yang dibutuhkan dalam kW untuk menghasilkan kapasitas pendinginan dalam TR (Ton of Refrigeration, 1 TR = 12,000 Btu/h). Dalam rangka meningkatkan efisiensi dari unit chiller, pemilihan refrigeran bisa menjadi salah satu pilihan paling mudah dilakukan, yaitu dengan memilih karakter refrigeran dengan sifat termodinamika yang lebih baik. Selain itu juga modifikasi dari siklus refrigerasi yang standar bisa dilakukan untuk meningkatkan efesiensi yang terjadi pada suatu unit chiller. Dan dari kedua kemungkinan tadi, maka penelitian dilakukan untuk membuktikan peningkatan efisiensi energi yang mungkin di dapatkan. Pada siklus refrigerasi ideal, efek pendinginan bisa dimanfaatkan ketika refrigeran pada fase cair setelah keluaran kondensor di ekpansi oleh katup ekspansi hingga fasa refrigeran menjadi gas sempurna di akhir keluaran evaporator. Dengan meningkatkan kualitas temperatur lebih dingin dari keluaran kondensor (Liquid Subcooling) maka efek pendinginan diharapkan bisa lebih banyak, sedangkan di ujung evaporator temperatur gas bisa ditingkatkan pada fasa panas lanjutan (Gas Superheat) akan menimbulkan efek positif dengan batasan tertentu.



Optimasi Kebutuhan Energi Manusia

Sumber Energi di alam dunia ini bermacam macam bentuk nya, dan sudah diatur sedemikian sempurna oleh sang pencipta agar terjadi siklus yang setimbang. Sehingga orang berpikir dan sepakat bahwa di dunia ini terjadi yang namanya hukum kekekalan energi, dimana energi tidak dapat dihilangkan melainkan hanya bisa di pindahkan dan di rubah dalam bentuk yang bervariasi. Seperti halnya semua mahkluk hidup, manusia harus memiliki kesetimbangan energi agar dapat menjaga kelangsungan hidupnya. Ada energi yang masuk dan juga energi yang keluar, yang kesetimbangan nya berbeda-beda pada setiap orang tergantung dari banyak hal diantara nya yaitu : 1. Usia 2. Berat dan bentuk tubuh 3. Kegiatan/aktifitas 4. Kebiasaan dan kemampuan adaptasi tubuh 5. Lingkungan 6. Emosi, pikiran dan Spiritual 7. Lain-lain

Jika dianalogikan sebagain mesin, maka manusia adalah mesin yang sangat sempurna. Karena sumber energi yang terbatas (umumnya dari makanan dan minuman) diproses secara metabolisme yang sangat kompleks oleh tubuh manusia bisa menghasilkan energi yang tidak terbatas. Satuan energi yang di umum digunakan untuk manusia adalah Kalori. Semua energi masukan (In) yaitu bahan makanan dan minuman dicarikan angka kalori nya dan demikian juga dengan energi keluaran (Out) yaitu berupa aktifitas. Para ahli di bidang biologi dan kesehatan memberikan standard kalori yang dihasilkan oleh makanan dan minuman dan juga kebutuhan kalori yang dibutuhkan manusia dalam persamaan yang di tetapkan WHO dengan istilah Basal Metabollic Rate (BMR). Rumus BMR menggunakan persamaan Harris Benedict, yang direvisi oleh Roza dan Shizgal pada tahun 1984. Dalam tulisan ini saya akan coba memberikan gambaran terkait dengan salah satu energy balance (kesetimbangan energi) yang terjadi pada tubuh manusia. Interaksi thermal tubuh manusia dan lingkungan terjadi dengan gambaran skematis dan persamaan seperti ini :

Thermal Interaction Human Body.PNG

Metabollic Rate Equation.PNG

(ASHRAE Handbook, Fundamental 2013)

Dimana mengacu kepada persamaan diatas, banyak perubahan kalor yang mempengaruhi total metabolic rate (M) dari tubuh yang berupa aliran kalor sensibel dan laten.

Tubuh manusia adalah sebuah energy (Heat) storage dimana laju penyimpanan energi nya sama dengan laju peningkatan energy internal, yang terdiri dari 2 bagian thermal compartment yaitu kulit dan inti tubuh manusia. Laju penyimpanan adalah suatu fungsi persamaan yang melibatkan coefficient thermal capacity, waktu dan perubahan temperature

Body Heat Storage.PNG

(ASHRAE Handbook, Fundamental 2013)

Sehingga pada akhirnya bagaimana optimasi kebutuhan energi manusia bisa di lakukan, salah satu faktor yang mempengaruhi nya adalah kondisi thermal yang membuat tubuh manusia mengeluarkan kalor yang seefisien mungkin atau dikenal juga dengan Thermal Comfort. Contoh yang sederhana ketika seorang pegawai kantor A yang melakukan aktifitas pekerjaan di dalam ruangan tanpa A/C (pengkondisi udara) akan mengeluarkan energi yang lebih banyak dibandingkan dengan aktifitas pekerjaan yang sama dilakukan di dalam ruangan dengan A/C. Sehingga dalam hal ini pegawai A bisa melakukan optimasi energi nya jika melakukan pekerjaan di dalam ruangan ber A/C, misalnya karyawan A mampu melakukan pekerjaan yang lebih banyak dan efektif.


Materi Kuliah 9 Maret 2020

Muhasabah 2, intropeksi terhadap diri sendiri terkait dengan perkembangan mengenai komputasi teknik dan juga termasuk penilaian yang logis dan pantas untuk nilai mata kuliah komputasi teknik.

Komputasi teknik pada kondisi saat ini semakin relevant untuk membantu memecahkan permasalahan yang ada karena beberapa alasan di antaranya adalah :

1. Cepat

2. Efisien

3. Tidak perlu rancang bangun

4. Simulasi tidak terbatas

Dicontohkan pada kasus yang dihadapi oleh Pak DAI tentang kebocoran yang terjadi di suatu heat exchanger Shell and Tube, dimana kita dapat memanfaatkan komputasi teknik untuk melakukan suatu analisa dan menentukan langkah perbaikan yang harus dilakukan. Terlepas dari keputusan akhir yang akan di ambil terkadang suatu analisa melalui komputasi teknik juga tidak bisa mutlak dipercaya karena pertimbangan dari owner atau client yang bersangkutan. Masalah bisa dibagi menjadi 2 yaitu masalah terstruktur dan masalah tidak terstruktur. Yang dimaksud masalah terstruktur adalah masalah yang bisa ditentukan solusi standard nya dengan melihat SOP (Standard Operation Procedures)

Role of Thumb dari suatu proses pemecahan masalah dan analisa dengan komputasi teknik terhadap suatu masalah :

1. Identifikasi masalah, metoda what if adalah diperlukan dalam rangka mencari dan mengidentifikasi masalah di tahap awal

2. Initial Thinking, adalah ide analisa permasalahan yang biasanya sudah mendekati solusi nya (60% sudah mengarah solusi). Bisa saja dari pemahaman dan pengetahuan yang cukup mendalam terhadap masalah dan juga bisa dicari data tambahan dan interview terhadap operator atau engineer yang menangani operasional atau permasalahan tersebut.

3. Pendekatan rumus atau model matematika yang mengandung asumsi-asumsi yang timbul di initial thinking

4. Pengumpulan data teknis yang diperlukan untuk perhitungan model matematika

5. Simulasi terhadap model matematika yang dibuat, atau dengan kata lain mengeksekusi model matematika

6. Verifikasi ("SOLVE THE EQUATION RIGHT") pemeriksaan model matematika tidak ada kesalahan numerik

7. Validasi ("SOLVE THE RIGHT EQUATION") menguji keaktualan model matematika, bisa dilakukan dengan menilai kewajaran dan pengalaman yang ada atau juga bisa dilakukan dengan membandingkan

8. Menentukan hasil analisa dan diskusi

9. Menyimpulkan rekomendasi solusi dari masalah.

Study case permasalahan yang dihadapi oleh setiap mahasiswa diharapkan bisa dipresentasikan, dengan mengikuti langkah-langkah role of thumb tersebut di atas.

Wallahualam


Tugas Draft Paper Project

ANALISA PEMASANGAN LIQUID SUCTION HEAT EXCHANGER TERHADAP EFISIENSI SIKLUS REFRIGERASI KOMPRESI UAP PADA AIR COOLED CHILLERS DENGAN REFRIGERAN HIDROKARBON (R290)

Fathurrahman Yudhi Nugraha1, a),, Muhammad Idrus Alhamid*,1, b),, Ardiansyah1, c)

1 Department of Mechanical Engineering, Universitas Indonesia, Kampus UI Depok 16424, Indonesia

a) fathurrahman.yudhi@ui.ac.id

b) mamak@eng.ui.ac.id

c) ardiyansyah@eng.ui.ac.id

Abstrak Pada penelitian ini, dilakukan pengujian unit Air Cooled Chiller yang menggunakan refrigeran hidrokarbon jenis Propane (R290) dengan 2 kondisi siklus yang berbeda. Siklus pertama adalah siklus refrigerasi kompresi uap standar tanpa tambahan komponen Liquid Suction Heat Exchanger (LSHX), dan akan dibandingkan dengan siklus kedua dengan penambahan LSHX. Diharapkan terjadi peningkatan kapasitas pendinginan dan Coefficient of Performance (COP) dari Chiller ketika dilakukan modifikasi siklus dengan LSHX. Dengan kapasitas pendinginan yang dihasilkan oleh chiller sebesar 56 Ton Refrigerasi (TR) dan volume flow R290 total 2x 125 m3/h, mak LSHX yang digunakan adalah jenis Brazed Plate Heat Exchanger. Penambahan komponen LSHX tentu akan mempengaruhi dari investasi awal unit Chiller secara keseluruhan, sehingga perlu dilakukan analisa dengan membandingkan sebesar apa keuntungan dari pengurangan biaya operasional dari Chiller tersebut setelah penambahan LSHX. Sehingga dalam rangka menekan konsumsi energi pada sistem pendinginan udara terutama sistem Chiller dengan kapasitas besar untuk gedung bertingkat, alternatif penggunaan siklus refrigerasi dengan LSHX bisa dipertimbangkan.

Keyword : Air Cooled Chiller, Hydrocarbon R290, Liquid Suction Heat Exchanger (LSHX), Coefficient of Performance (COP), Siklus Refrigerasi, Energy


Pendahuluan Air Cooled Chiller dengan siklus Refrigerasi kompresi uap adalah sistem refrigerasi yang paling banyak digunakan untuk aplikasi sistem pendingin udara baik di sektor aplikasi rumah tangga ataupun komersil dan industri. Karena beberapa pertimbangan yaitu diantaranya adalah Air Cooled Chiller lebih ringkas, murah investasi awal dan perawatan nya serta fleksible penempatan nya dibandingkan Water Cooled Chiller, karena tidak membutuhkan tambahan komponen Cooling Tower. Penggunaan sistem Chiller pada unit tata udara di gedung komersil sangat populer digunakan dikarenakan kemampuan nya menghasilkan kapasitas yang besar dan juga dengan distribusi air dingin yang sangat efektif dan fleksible jika dibandingkan dengan sistem sirkulasi refrigeran (Direct Expansion System). Konsumsi energi yang dialokasikan untuk sistem tata udara di gedung komersil bisa mencapai 60% dari total kebutuhan listrik pada gedung tersebut, sehingga efisiensi Chiller makin menjadi perhatian dan menarik untuk diteliti agar mencapai tingkat efisiensi yang optimal. Berbagai cara dilakukan untuk meningkatkan efisiensi energi pada suatu unit Chiller yaitu dengan prinsip meningkatkan efek pendinginan yang dihasilkan dan mengurangi konsumsi energi listrik digunakan. Nilai unjuk kerja dari sistem refrigerasi di tunjukan dengan angka COP (Coefficient Of Performance) yaitu perbandigan antara energi dari efek pendinginan dengan energi listrik dalam kW/kW. Akan tetapi ada istilah lain untuk menunjukan nilai efisiensi pada suatu unit chiller, yaitu EER (Energy Efficiency Ratio) dalam satuan kW/TR, dimana menunjukan energi listrik yang dibutuhkan dalam kW untuk menghasilkan kapasitas pendinginan dalam TR (Ton of Refrigeration, 1 TR = 12,000 Btu/h). Dalam rangka meningkatkan efisiensi dari unit chiller, pemilihan refrigeran bisa menjadi salah satu pilihan paling mudah dilakukan, yaitu dengan memilih karakter refrigeran dengan sifat termodinamika yang lebih baik. Selain itu juga modifikasi dari siklus refrigerasi yang standar bisa dilakukan untuk meningkatkan efesiensi yang terjadi pada suatu unit chiller. Dan dari kedua kemungkinan tadi, maka penelitian dilakukan untuk membuktikan peningkatan efisiensi energi yang mungkin di dapatkan. Pada siklus refrigerasi ideal, efek pendinginan bisa dimanfaatkan ketika refrigeran pada fase cair setelah keluaran kondensor di ekpansi oleh katup ekspansi hingga fasa refrigeran menjadi gas sempurna di akhir keluaran evaporator. Dengan meningkatkan kualitas temperatur lebih dingin dari keluaran kondensor (Liquid Subcooling) maka efek pendinginan diharapkan bisa lebih banyak, sedangkan di ujung evaporator temperatur gas bisa ditingkatkan pada fasa panas lanjutan (Gas Superheat) akan menimbulkan efek positif dengan batasan tertentu.


Kajian Literatur Telah banyak paper yang membahas pengaruh pemasangan Liquid Suction Heat Exchanger (LSHX) pada siklus refrigerasi kompresi uap, di tinjau dari pengunaan jenis refrigeran secara teoritis ataupun secara experimental pada unit. Dari kajian literatur yang telah dilakukan penulis, ditemukan adanya efek positif dalam hal meningkatkan efisiensi COP dari unit, akan tetapi juga bisa menimbulkan efek negatif artinya penurunan COP dari unit yang di simulasikan. Sejauh ini, dari paper yang ditinjau percobaan penambahan LSHX yang dilakukan langsung pada unit hanya dilakukan pada unit dengan sistem Direct Expansion (DX) dengan kapasitas pendinginan yang relatif kecil yaitu dibawah 2 TR (24,000 Btu/h), sehingga penulis bermaksud melakukan pembaruan terhadap percobaan penambahan LSHX pada unit Chiller dengan kapasitas besar yaitu 56 TR (672,000 Btu/h). Penggunaan refrigerant jenis Hidrokarbon R290 juga menjadi ketertarikan tersendiri mengingat refrigeran jenis ini memiliki beberapa keunggulan terutama terhadap isu lingkungan, karena dampak lingkungan yang biasa terdapat jenis refrigerant HCFC dan HFC yaitu nilai Ozone Depletion Potential (ODP) dan Global Warming Potential (GWP) yang tinggi. Sedangkan refrigeran R290 memiliki ODP = 0 dan GWP = 3 yang artinya sangat ramah lingkungan, serta disamping itu Refrigeran Hidrokarbon adalah satu-satunya refrigeran yang sudah diproduksi di Indonesia oleh BUMN Pertamina.

Refrigeran | ODP(R11=1) | GWP (kgCO2 kg-1) | Atmospheric lifetime (years)

HCFC R22 | 0.055 | 1780 | 12

HFC R134a | 0 | 1410 | 14

HFC 410A | 0 | 2060 | 5 – 29

HC R290 | 0 | 3 | 0.04


Tabel 1. Perbandingan Refrigeran

Kemungkinan efek negative dari penggunaan LSHX pada unit Chiller juga menjadi tantangan untuk dibuktikan, sehingga bisa dilakukan review ulang terhadap design perancangan penggunaan Heat Exchanger atau batasan lain yang mempengaruhi kinerja sistem, seperti jumlah refrigerant charge, setting Superheat Expansion valve, Condensing temperature dan Evaporating temperature.


Material & Metode Penelitian Peralatan experimental yang dilakukan penulis adalah unit Chiller yang terpasang di Makara Art Center Universitas Indonesia, yaitu sistem tata udara untuk mendinginkan ruangan Auditorium dengan kapasitas daya tampung 400 tempat duduk. Adapun secara lengkap sistem tata udara yang terpasang adalah seperti terlihat pada gambar 1. Gambar 1. Sistem Tata Udara Chiller.png

Gambar 1. Sistem Tata Udara Chiller Auditorium

Beban pendinginan chiller adalah temperature air balikan dari AHU, setelah AHU mendapatkan beban dari udara yang di sirkulasikan ke dalam Auditorium. Sehingga kemampuan kapasitas pendinginan dari chiller akan diukur dari kemampuan mendinginkan air balikan (Chilled water return) menjadi air supply (Chilled water supply) menuju AHU. Dengan mengukur laju aliran volume air dingin dan mengetahui panas spesifik dari air maka kapasitas pendinginan bisa dihitung dengan persamaan :

Qchiller=v/ρ*Cp*(Treturn-Tsupply)

Dimana

Qchiller : Kapasitas Pendinginan Chiller (kW)

ν: Volume Flow Air (m3/s)

ρ : Massa Jenis Air : 1000 kg/m3

Cp : Kalor Spesifik Air : 4.17 kJ/Kg K

Sedangkan diagram siklus kompresi uap pada chiller dengan LSHX dapat dilihat pada gambar 2.

Gambar 2.Skematik Diagram Chiller.jpg Gambar 2. Skematik diagram Chiller

Chiller terdiri dari 2 circuit siklus refrigerant terpisah dengan 1 unit Evaporator untuk mendinginkan air dingin untuk keperluan AHU. Dengan design seperti ini maka chiller memungkinkan bekerja dengan kapasitas 50% (1 circuit ON) dan 100% (2 Circuit ON), tergantung dari beban pendinginan yang dibutuhkan, denga sistem control yang diatur oleh thermostat secara bertingkat. Untuk keperluan pengambilan data pada siklus refrigerant, maka dipasang sensor temperature dan tekanan pada beberapa titik proses mewakili proses perubahan pada refrigerant. Masing-masing circuit refrigerant ditempatkan 7 (tujuh) posisi sensor, sehingga dengan data akuisisi semua data pengukuran bisa disimpan secara simultan dari waktu ke waktu. Data pengukuran akan diambil secara simultan dengan menggunakan data akuisisi, adapun parameter yang diukur meliputi : Temperature Refrigeran Tekanan Refrigeran Power Consumption Water Flow Rate Chilled Water Temperature Chilled Water Set up peralatan pengukuran dan akuisisi data dapat dilihat pada gambar 3

Gambar 3.Setup Experimental Chiller FY.png Gambar 3. Set up Experimental


Referensi

P.A Domanski, D.A Didion, J.P Doyle, Evaluation of suction-line/liquid-line heat exchange in refrigeration cycle, International Journal of Refrigeration Volume 17, Issue 7, 1994, Pages 487-493

Klein S.A., Reindl D.T., Brownell K. (2000). Refrigeration system performance using liquid-suction heat exchangers. International Journal of Refrigeration 23: 588-596.

Y.S. Chang, M.S. Kim, S.T. Ro. (2000). Performance and Heat Transfer Characteristics of Hydrocarbon Refrigerants in a Heat Pump System. International Journal of Refrigeration 23: 232-242.

Wu, J., Yang, L., & Hou, J. (2012). Experimental Performance Study of a Small Wall Room Air Conditioner Retrofitted with R290 and R1270. International Journal of Refrigeration 35:1860-1868.

Sah, Ramesh P., Das, Ranadip K., Tiwari, Vidhika (2014) Analysis of Vapour Compression Refrigeration System with Refrigerans R134a, R143a, R152a, R290, and R32. International Journal of Innovative Research & Development Vol. 3 Issue 6 ISSN 2278 – 0211.

Bolaji, B.O., Huan, Z. (2012) Comparative Analysis of The Performance Of Hydrocarbon Refrigerans with R22 in a Sub-Cooling Heat Exchanger Refrigeration System. Institution of Mechanical Engineers Journal of Power and Energi. 7: 882-891.


ANALISA PEMASANGAN LIQUID SUCTION HEAT EXCHANGER TERHADAP EFISIENSI SIKLUS REFRIGERASI KOMPRESI UAP PADA AIR COOLED CHILLERS DENGAN REFRIGERAN HIDROKARBON (R290)- Fathurrahman Yudhi Nugraha - 1906324076

Abstrak Pada penelitian ini, dilakukan pengujian unit Air Cooled Chiller yang menggunakan refrigeran hidrokarbon jenis Propane (R290) dengan 2 kondisi siklus yang berbeda. Siklus pertama adalah siklus refrigerasi kompresi uap standar tanpa tambahan komponen Liquid Suction Heat Exchanger (LSHX), dan akan dibandingkan dengan siklus kedua dengan penambahan LSHX. Diharapkan terjadi peningkatan kapasitas pendinginan dan Coefficient of Performance (COP) dari Chiller ketika dilakukan modifikasi siklus dengan LSHX. Dengan kapasitas pendinginan yang dihasilkan oleh chiller sebesar 56 Ton Refrigerasi (TR) dan volume flow R290 total 2x 125 m3/h, mak LSHX yang digunakan adalah jenis Brazed Plate Heat Exchanger. Penambahan komponen LSHX tentu akan mempengaruhi dari investasi awal unit Chiller secara keseluruhan, sehingga perlu dilakukan analisa dengan membandingkan sebesar apa keuntungan dari pengurangan biaya operasional dari Chiller tersebut setelah penambahan LSHX. Sehingga dalam rangka menekan konsumsi energi pada sistem pendinginan udara terutama sistem Chiller dengan kapasitas besar untuk gedung bertingkat, alternatif penggunaan siklus refrigerasi dengan LSHX bisa dipertimbangkan.

Keyword : Air Cooled Chiller, Hydrocarbon R290, Liquid Suction Heat Exchanger (LSHX), Coefficient of Performance (COP), Siklus Refrigerasi, Energy

Quiz Latihan membuat Model Matematis

Sebuah konsep penyelesaian secara model matematika untuk gerakan bolak-balik sederhana untuk sistem berikut, dianggap tidak ada gesekan.

Skema pegas.png

Initial Thinking : Jika ada sebuah massa (pada gambar) ditarik ke arah kanan dengan sebuah gaya F sejauh jarak x, maka pegas dengan konstanta k akan melawan gaya F tersebut dengan arah yang berlawanan sehingga besar nya gaya F pada kondisi awal pada jarak x akan sama dengan :

F = -k x

Lalu dari jarak x tersebut dianggap sebagai titik awal (initial condition) dengan x = X0, dan kondisi massa diam (kecepatan v = 0) gaya F dilepas pada saat t = 0, maka pada waktu berikut nya massa akan bergerak ke kiri akibat dari gaya pegas menuju titik x berikut nya. Pada contoh kasus ini dianggap tidak ada gesekan pada roda sehingga massa akan terus menerus mendapat gaya F yang sama tidak mengalamai penurunan dan menimbulkan gerak bolak-balik secara terus menerus (continuous) tanpa henti. Pada teori nya gerakan tersebut yaitu perubahan jarak x terhadap waktu t bisa ditemukan solusi nya dengan persamaan exact :

x(t) = x cos (ω t)

dengan asumsi nilai ω nilai tertentu, dan boundary limit pada waktu tertentu maka akan didapatkan sejumlah data dengan grafik osiloskop kurva sinusoidal.

Grafik Bolak Balik 1.png

Permodelan : Pada kenyataan nya kita harus mempertimbangkan sistem kesetimbangan momentum secara sifat alami nya, terkait dari perubahan gaya yang terjadi ketika ada regangan pada pegas yang mengalami perubahan beban inertia yang mempengaruhi percepatan. Sehingga dengan menghitung percepatan yang merupakan turunan kedua dari jarak maka permodelan matematika dibuat menjadi :

x = u ; x’ = v

u’ = dx/dt; v’ = d2x/dt2

Dengan menggunakan Metode Forward Euler, maka :

v(n+1) = v(n) - dt*ω^2*u(n)

u(n+1) = u(n) + dt*v(n)

Jika ada sebuah massa (pada gambar) ditarik ke arah kanan dengan sebuah gaya F sejauh jarak x, maka pegas dengan konstanta k akan melawan gaya F tersebut dengan arah yang berlawanan sehingga besar nya gaya F pada kondisi

Perhitungan Numerik : dari persamaan Forward Euler kita bisa melakukan perhitungan nya dengan program excel dan mendapatkan sejumlah data x. Dari hasil perhitungan tersebut kita bisa melakukan verifikasi hasil yaitu dengan membandingkan nya dengan nilai exact yang sebelumnya sudah dihitung. Deviasi dari hasil perhitungan dan nilai exact disebut dengan error, dan verifikasi adalah proses membuat error yang terjadi sekecil mungkin. Dari perhitungan yang dilakukan di file excel, maka didapatkan hasil grafik yang menunjukan error yang terjadi pada latihan ini.

Grafik Bolak Balik 2.png

Pemaknaan Hasil : Setiap model matematis yang dibuat atau digunakan untuk melakukan perhitungan kemungkinan besar akan mengalami error, dan disini kita harus memiliki kemampuan untuk memprediksi atau melakukan pendekatan dengan merubah parameter terntentu yang bisa membuat error nya sekecil mungkin. Di excel sendiri ada fungsi untuk melakukan solver parameter untuk mendapatkan hasil error yang sekecil mungkin dengan merubah salah satu parameter.


Oscillating System

Adalah fenomena yang sering terjadi di seluruh kejadian teknis, yang penting di pahami pada aplikasi nya. Permodelan matematis bisa dilakukan untuk membantu pemahaman dan penyelesaian terhadap masalah yang terjadi. Setiap benda yang memiliki massa dan elastisitas mampu bergerak bolak balik dengan sifat osilasi nya baik dengan gaya yang ada dalam sistem itu sendiri (getaran bebas) atau adanya pengaruh gaya dari luar (dengan paksa).

Persamaan Differential gerak, tanpa redaman adalah seperti gambar di bawah ini

Gambar 1 Osilasi Sederhana Tanpa Redaman.png

dimana : x = simpangan; m = massa; k = konstanta pegas