Twin Vs Single Screw Chiller

Ketika kita memilih Chiller dengan kapasitas medium 100TR-400TR, maka pilihannya adalah Screw Chiller (Watercooled / Aircooled). Screw chiller banyak dipilih oleh perencana karena terkenal “bandel” dan memiliki kapasitas yang cukup besar. Seperti kita ketahui bahwa terdapat beberapa tipe compressor chiller seperti reciprocating(piston), scroll , centrifugal, dan screw. Tiap tipe compressor dipilih berdasarkan kapasitas dan karakteristiknya.

Screw compressor pada prinsipnya bekerja dengan merubah tekanan rendah ke tinggi dengan memampatkan refrigeran menggunakan ulir dari screw tersebut. Bentuk yang khas dari ulir akan mendorong refrigeran ke satu arah sehingga mendapatkan tekanan yang tinggi. Secara bentuk nya, screw compressor pada chiller dapat di kategorikan menjadi 2 tipe, yaitu Twin Screw (horizontal) dan Single Screw (vertical). Perbedaan utama nya dapat dilihat dari bentuk pasangan antara male screw dengan female screw.

Pada twin screw, female screw akan berputar menggerakan 2 helical screw dan memampatkan refrigeran, sedangkan pada twin screw male screw akan menggerakan female screw yang juga memampatkan refrigeran. Apabila kita lihat jumlah komponen yang dipakai maka jelas bahwa single screw memiliki 3 komponen utama, sedangkan twin screw memiliki 2. Jumlah komponen ini lah yang membuat twin screw lebih compact dan memiliki durabilitas lebih dari single screw. Tentu saja teknologi twin screw harus memiliki akurasi & toleransi yang lebih baik karena geometri nya yang saling berpasangan dari awal sampai akhir.

Hot Water Heatpump; Chiller tidak hanya mendinginkan

Apabila kita mendengar kata “chiller” maka hal pertama yang terpikir adalah dingin (air dingin). Memang pada dasarnya sebuah chiller memiliki prinsip kerja untuk mendinginkan air untuk dialirkan kedalam gedung. Tetapi tahukah bahwa “chiller” juga bisa menghasilkan air panas? Tipe ini biasa disebut Heatpump dan banyak digunakan pada negara negara yang memiliki 4 musim. Untuk negara tropis seperti indonesia model heatpump sangat jarang digunakan.

Untuk mamahami bagaimana sebuah heatpump bisa menghasilkan air panas, maka kita harus memahami juga siklus refrigerasi. Pada sebuah siklus refrigerasi dapat dikatakan bahwa kalor/panas dari dalam ruangan / air pemanasan akan dibuang ke udara luar/cooling tower. Proses pembuangan panas atau kalor terjadi pada kondenser, dimana pada aircooled condenser terjadi perpindahan panas dari refrigerant ke udara. Untuk mendapatkan air panas, media condensor yang di gunakan adalah shell and tube atau plate heat exchanger (PHE).

Pada aplikasi Heatpump temperature yang di supply adalah 45C/40C berbeda dengan proses pendinginan yang menghendaki 7C/12C. Pada aplikasi khusus seperti hot water heatpump, temperatur supply bisa mencapai 55C sehingga dapat digunakan untuk air panas / pre heat untuk boiler. Heatpump banyak digunakan pada hotel / fasilitas yang membutuhkan air panas karena mempunyai COP yang cukup baik dibandingkan dengan electric heater atau gas boiler. Hal ini lah yang menjadi salah satu pertimbangan untuk menggantikan sistem yang boros biaya dengan hot water heatpump.

Adiabatic Pre-Cooling; meningkatkan effisiensi Aircooled Chiller

Seperti kita ketahui bahwa aircooled chiller memiliki effisiensi lebih rendah daripada watercooled chiller. Hal ini dikarenakan temperatur udara kering lebih tinggi daripada temperatur udara basah. Pada umumnya kapasitas aircooled chiler di setrifikasi pada suhu 35C, sedangkan watercooled chiller pada 30C.

Beberapa trik yang digunakan (tidak disarankan) oleh pengguna aircooled chiller ketika udara luar sangat panas adalah menyemprotkan air ke condenser fin. Hal ini akan meningkatkan kapasitas dari chiller untuk sementara. Air yang mengenai condenser fin akan mendinginkan siklus refrigerasi sehingga tercapai effisiensi yang baik.

Mengapa hal tersebut sangat tidak disarankan dalam jangka panjang karena air yang mengandung kalsium akan mengering pada condenser fin dan menutupi proses perpindahan panas. Apabila proses ini dikalukan terus menerus maka condenser fin akan rusak dan semakin memperpendek usia pakai dari chiller tersebut.

Starter Panel; bagaimana memulai dengan benar

Setiap penggerak pada equipment rata rata menggunakan motor, dimana motor berfungsi memberikan tenaga atau daya kepada sistem mekanis untuk digunakan dalam sebuah proses. Pada sistem chiller energi listrik dirubah menjadi tekanan dengan kompressor. Setiap kompressor menggunakan kumparan motor untuk menggerakan scroll, screw, impeller sehingga terjadi tekanan yang cukup untuk proses refrigerasi.

Untuk chiller dengan kapasitas besar tentu saja memiliki electric motor yang besar pula. Motor ini sangat susah untuk digerakan dan menyerap daya yang besar. Sebagai gambaran dapat dilihat pada grafik bahwa ampere/ arus yang diperlukan untuk menggerakan sebuah motor dari keadaan diam sangat besar dibandingkan ketika sudah berjalan.

Apabila arus yang diserap sangat banyak maka tegangan listrik dalam jaringan tersebut akan berkurang dan dapat menyebabkan kerusakan pada equipment di sekitar. Hal yang paling mudah kita lihat adalah ketika compressor AC dirumah (non inverter) menyala. Lampu akan meredup seiring dengan turunya tegangan dan arus di sistem tersebut. Bayangkan compressor dengan kapasitas 100 kali / 1000 kali harus menyala, dapatkah mempengaruhi sebuah sistem pada pabrik? Jawabbannya adalah ya.

Process Cooling; proses pendinginan yang tidak “nyaman”

Seperti banyak kita tahu bahwa chiller digunakan untuk mendinginkan air yang akan di sirkulasikan kedalam gedung untuk mendinginkan ruangan. Proses ini disebut dengan comfort cooling karena air dingin yang dihasilkan bertugas untuk membuat ruangan “nyaman”. Temperatur yang di pilih biasanya 7-12 karena pada range ini lah udara akan menjadi dingin sekaligus kering.

Tetapi banyak yang tidak tahu bahwa selain comfort cooling, chiller juga banyak digunakan pada industri / pabrik sebagai salah satu proses dalam produksi. Sistem seperti ini disebut process cooling. Karena tujuannya bukan untuk mendinginkan ruangan, maka temperatur yang dihasilkan tidak selalu berada di temperatur ideal ruangan. Temperatur yang di pilih harus sesuai dengan kebutuhan tiap tiap proses.

Chiller Surge, ketika lift compressor tidak memupuni

Ada sedikit perbedan karakteristik antara compressor centifugal dengan tipe lainnya. Compressor centifugal menggunakan prinsip gaya sentrifugal daripada positive displacement. Prinsip kerja ini lah yang membuat centrifugal chiller memiliki kapasitas lebih besar per compressor pada umumnya. Dengan menggunakan sudu/ impeller refrigerant akan dialirkan secara masiv sehingga terjadi peningkatan tekanan.

Walaupun kemampuannya yang besar, tetapi semua bergantung dari seberapa cepatnya putaran motor compressor. Ketika motor dan impeller berputar dengan RPM tinggi maka flow dan tekanan akan meningkat. Begitu pula sebaliknya, ketika motor & impeller berputar lebih lambat maka tekanan / flow akan berkurang.

Ada beberapa kekurangan dari sistem ini. Seperti kita ketahui dalam diagram P-h bahwa terdapat dua tekanan dalam sebuah chiller. Tinggi dan rendah. Ketika perbedaan tekanan tersebut menjadi jauh, maka kompressor akan sulit untuk mengejar perbedaan tekanan tersebut. Yang terjadi berikutnya adalah refrigeran dari tekanan tinggi akan kembali ke tekanan rendah melalui compressor. Hal ini yang dinamakan dengan surge / surging, indikasi yang dapat dirasakan adalah terjadi peningkatan noise pada compressor dikarenakan backflow. Apabila hal ini terjadi terus menerus maka dapat merusak compressor.

System COP; mengoptimalkan chiller plant

Beberapa orang terkesima ketika melihat COP dari Chiller, terutama watercooled chiller. Ketika kita memilih sistem chiller berdasarkan COP, maka kita harus mengetahui bahwa effieisensi system pendinginan tersebut tidak hanya dipengaruhi oleh chiller. Memang energi listrik yang di pakai paling besar adalah compressor dari chiller, tetapi banyak equipment lainnya yang mengkonsumsi listrik seperti pompa, cooling tower dan control.

Akumulasi dari listrik yang digunakan terhadap hasil pendinginan disebut system COP, nilai dari System COP(KW/TR) biasanya lebih besar daripada Chiller COP(KW/TR) karena konsumsi listrik yang diperlukan lebih besar (Chiller+ pompa+cooling tower) dan pendinginan yang dihasilkan lebih kecil (loss). Bagaimana cara cara untuk menaikkan effisensi dari dari chiller plant?

Kalau kita berbicara chiller plant maka kita tidak berbicara satu chiller saja, tapi kita berbicara mengenai beberapa chiller yang di pasangkan dengan pompa sirkulasi (primary & secondary). Untuk mencapai effisiensi tinggi ada beberapa parameter yang dapat di pertimbangkan:

Berbagai macam heat source pada absorbtion chiler

Seperti tulisan sebalumnya mengenai Absorbtion chiller, kita mengetahui bahwa mungkin untuk mendinginkan dengan menggunakan panas. Tetapi panas apa yang dipakai untuk proses tersebut. Pada umumnya ada beberapa sumber panas / heat source yang dapat digunakan seperti LNG, steam/uap, air panas. Tentu saja setiap kategori memiliki persyaratan khusus agar dapat memenuhi kriteria dan effisiensi chiller

LNG / Liquid Natural Gas dapat digunakan dengan cara membakar langsung pada burner / generator sehingga menghasilkan panas. LNG juga dapat digantikan dengan gas yang lainnya. Heat source ini yang paling banya dipakai karena dianggap paling stabil sumbernya dan bersih. Tetapi karena LNG langsung dibakar maka heat source yang digunakan dianggap cukup mahal karena bukan merupakan panas / energi terbuang.

Vapor Absorbtion Chiller, Mendinginkan dengan panas

Seperti yang kita ketahui bahwa chiller mendinginkan air dengan proses refrigerasi dikarenakan terjadi perbedaan tekanan antara condenser dan evaporator. Perbedaan tekanan tersebut dihasilkan oleh compressor, karena itu disebut sebagai vapor compression chiller. Tetapi banyak yang kita tahu bahwa perbedaan tekanan dapat dihasilkan dengan proses absorbsi. Chiller yang menggunakan teknologi ini disebut vapor absorbtion chiller.

Mungkin kita pernah mendengar chiller dengan menggunakan amonia sebagai refrigerant, kebanyakan pada chiller untuk prosses industri. Dengan cara ini amonia (refrigerant) di serap oleh air (absorben) sehingga menurunkan tekanan. Berbeda dengan chiller pada umumnya, absorbtion chiller sistem bekerja di tekanan yang rendah (hampir vakum) . Energi yang diperlukan mayoritas berasal dari energi panas dari equipment lainnya seperti steam, air panas, dan gas buang.

Evaporator, langkah terakhir dalam mendinginkan air

Tujuan dan fungsi dari equipment chiller adalah untuk mendinginkan air / mengambil energi panas yang tersimpan pada air pendinginan (chilled water). Proses perpindahan panas ini terjadi pada evaporator. Pada chiller evaporator yang paling umum digunakan adalah shell & tube, tetapi tidak menutup kemungkinan digunakan model lain seperti plate heat exchanger (PHE) atau model falling film. Bagaimana sebenarnya cara kerja dari evaporator?

Refrigerant yang keluar dari expansion valve akan memiliki temperatur yang rendah, pada umumnya refrigerant akan di tukarkan panas dengan chilled water yang lebih hangat (12C) sehingga menjadi lebih dingin (7C). Adapun perbedaan temperatur (deltaT) dari evaporator bergantung dari banyak faktor seperti besar chilled water flow yang melewati evaporator. Tiap tiap tipe evaporator memiliki karakteristik nya masing masing seperti:

Shell and tube evaporator berbentuk tabung yang besar(shell) dengan tabung tabung kecil(tube) didalamya. Biasanya tabung kecil yang berada didalam berisi dengan refrigerant, sedangkan air pendinginan (chilled water) akan dipaksa melewati celah celah tabung kecil selama beberapa kali (pass). Tipe ini dianggap paling ekonomis dan efektif.