MODUL OPERASI SISTEM CHILLER NUR MAIZATUL AQMA BINTI MD SAFFEE TS. DR. KHAIRUL ANUAR BIN ABDUL RAHMAN
MODUL OPERASI SISTEM CHILLER
PENGHARGAAN Saya merakamkan setinggi-tinggi penghargaan dan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan sumbangan secara langsung atau tidak langsung dalam usaha membangunkan modul ini. Penghargaan dan ucapan terima kasih khususnya kepada Ts. Dr Khairul Anuar bin Abdul Rahman selaku penyelia Projek Sarjana Muda, pensyarah-pensyarah Penyejukbekuan dan Penyamanan Udara. Encik Khairul Fahmi bin Ali selaku Penolong Jurutera Kanan, keluarga dan rakan-rakan. i
PRAKATA Dengan nama Allah yang Maha Pengasih Lagi Maha Penyayang. Modul Operasi Sistem Chiller ini dihasilkan khusus untuk tenaga pengajar dan pelajar terlibat dalam bidang Penyejukbekuan dan Penyamanan Udara. Menerusi modul ini, para pelajar akan didedahkan dengan operasi sistem chiller yang melibatkan komponen-komponen asas chiller, jenisjenis chiller dan juga kerja-kerja penyelenggraan chiller. Antara topik yang dikemukakan ialah pengenalan sistem unit chiller, air-cooled dan watercooled chiller serta penyelenggaraan sistem chiller. Kandungan modul ini mengandungi topik yang relevan serta mudah difahami oleh pelajar terutamanya dalam menambahbaik proses pengajaran dan pembelajaran mengikut perkembangan semasa. Modul ini juga menyediakan elemen infografik yang dapat memberi maklumat serta gambaran yang jelas tentang proses-proses kerja yang terlibat. Semoga modul ini dapat dijadikan sebagai rujukan yangd apat membantu dan memudahkan di samping meningkatkan pengetahuan untuk mendapat input yang positif dalam bidang ini. ii
ISI KANDUNGAN Penghargaan i Prakata ii PENGENALAN SISTEM UNIT CHILLER 2 – 19 1.1 Agihan Sistem Penyejukan 1.2 Jenis-jenis Unit Chiller 1.3 Komponen Asas Chiller 1.4 Komponen Tambahan Chiller Ringkasan Bab Latihan Pengukuhan WATER-COOLED & AIR COOLED 20 - 39 2.1 Sistem Chiller 2.2 Sistem Water-cooled 2.3 Sistem Air-cooled 2.4 Perbezaan Water-cooled dan Air-cooled Chiller Ringkasan Bab Latihan Pengukuhan BAB 1 BAB 2 iii
BAB 3 PENYELENGGARAAN SISTEM CHILLER 40 - 49 3.1 Tujuan Penyelenggaraan 3.2 Jenis-jenis Penyelenggaraan 3.3 Kerja-kerja Penyelenggaraan Ringkasan Bab Latihan Pengukuhan JAWAPAN 50 - 56 RUJUKAN 57 - 58 BIODATA
BAB 1 PENGENALAN SISTEM UNIT CHILLER
BAB 1: PENGENALAN SISTEM UNIT CHILLER PENGENALAN 2 Pemindahan haba Chiller memudahkan pemindahan haba dari persekitaran dalaman ke persekitaran luaran. Peranti pemindahan haba bergantung pada keadaan fizikal chiller kerana ia beredar melalui sistem penyejuk. Bangunan komersial Menggunakan sistem pemanasan, pengudaraan dan penyamanan udara untuk menyahlembapkan dan menyejukkan bangunan. Pengguna bangunan komersial mempunyai jangkaan yang besar bahawa sistem HVAC akan mewujudkan persekitaran dalaman yang selesa tanpa mengira keadaan luar bangunan. Pengguna terbesar Industri telah lama mengiktiraf bahawa sistem chiller mewakili satu-satunya pengguna terbesar bagi bangunan elektrik dalam kebanyakan fasiliti.
1.1 Agihan Sistem Penyejukan Penyejukan ialah proses secara mekanikal yang mengeluarkan dan mengalirkan haba dari satu tempat ke satu tempat yang lain dengan selamat. Teori Asas Penyejukan 1) Keadaan jirim dan perubahan bentuk PEPEJAL CECAIR WAP/GAS Pengewapan Cecair wap/gas 2) Sifat jirim & haba Pemeluwapan Gas cecair Pemejalan Cecair pepejal Pemejalwapan Pepejal wap/gas Serap haba Bebas haba 3
3) Pergerakan haba Bergerak dari kawasan bersuhu tinggi (panas) ke kawasan bersuhu rendah (sejuk) Pergerakan berlaku secara perolakan, sinaran dan konduksi. Tenaga dari molekul aktif dialihkan kepada molekul kurang aktif sehingga mendapat keseimbangan pergerakan Berlaku dari satu bahan ke bahan yang lain. Merupakan asas kepada sistem penyaman udara 4 Pelajar boleh menonton video bagaimana pergerakan haba berlaku.
5) bahan pendingin • Digunakan untuk menyerap atau menyingkirkan haba • Digunakan semasa proses penyejukan • Perlu mempunyai takat didih yang hampir dengan takat beku 4) tekanan dan takat didih ✓ Takat didih bagi cecair berubah mengikut tekanan ✓ Semakin rendah tekanan, semakin kurang takat diidh air dan sebaliknya 5
KITARAN PENYEJUKAN PROSES PENYEJUKAN MAMPATAN • Prinsip pengaliran haba pendam pada keadaan jirim • Berbentuk gas dalam keadaan biasa dan bertukar cecair pada tekanan tinggi • Pemampatan – proses pengepaman bahan pendingin ke seluruh kitaran penyejukan • Pemeluwapan – proses penyingkiran haba dari bahan pendingin ( gas bertekanan tinggi ) • Injap pengembangan – alat mengawal tekanan dan kadar kemasukan bahan pendingin ke unit penyejat • Penyejatan – proses penyerapan haba pendam PROSES PENYEJUKAN SERAPAN • Merupakan cara lain untuk mengalihkan atau memindahkan haba • Kuasa elektrik tidak digunakan untuk jentera penyejukan tetapi untuk pemanasan dan pengepaman air dingin dan pemeluwap • Haba diperlukan untuk tukar wap ke cecair • Dapat diperkembangkan dan digunakan secara meluas jika gas asli atau tenaga suria dengan cara mudah dan murah. 6
1.2 JENIS-JENIS CHILLER ABSORPTION CHILLER • Mesin yang beroperasi pada kitaran penyejukan penyerapan wap. • Kitaran ini terdiri daripada 4 penukar haba utama iaitu generator, pemeluwap, penyejat dan penyerap. • 2 jenis larutan iaitu penyejuk dan penyerap. • Semasa kitaran ini, tekanan tinggi berlaku dalam generator dan pemeluwap manakal penyejat dan penyerap akan mempunyai tekanan rendah. VAPOR COMPRESSION CHILLER • Refrigeran akan tersejat dengan mengambil haba dari air sejuk dalam penyejat. • Refrigerant meninggalkan penyejat kerana wap dan menghasilkan air sejuk. • Jadi, haba ditambah kepada penyejuk pada tekanan tetap dan diektrak daripada air sejuk. 7
Kitaran Absorption Chiller 8 pemeluwap Tekanan tinggi P2 Tekanan rendah P1 Injap Pengembangan V1 Injap Peraturan V2 penjana penyejat penyerap Penukar haba Pam larutan QC Qg Qa Qe Teknologi penyejukan dan pemanasan penyerapan yang diperoleh oleh Johnson Controls telah berkhidmat kepada pasaran global sejak 1960-an.
pemampat W (penggunaan elektrik) penyejat Injap pengembangan pemeluwap Tekanan tinggi P2 Tekanan rendah P1 Qe Qc Kitaran Vapor Compression Chiller Pelajar boleh menonton video bagaimana jenisjenis chiller ini melakukan kitaran operasi 9
JENIS-JENIS CHILLER PADA SEKTOR INDUSTRI Penggunaan chiller untuk kawal suhu dan penyejukan dalam industri Water-cooled chiller – menggunakan air dari menara luaran untuk menyejukkan gas penyejuk dalam pemeluwap Rajah 3: Water-cooled Chiller Air-cooled chiller – menggunakan udara sekitar unutk menyerap haba daripada penyejuk ke pemeluwap sebelum pemeluwapan dan peredaran semula. Kipas dipasang untuk membantu mempercepatkan proses penyejukan. Rajah 4: Air-cooled Chiller 10
1.3 KOMPONEN ASAS CHILLER Penyejat berfungsi sebagai penyerap haba. Cecair bahan pendingin didalam penyejat akan bertukar kepada gas selepas haba diserap. Tekanan dan suhu rendah. Injap pengembangan berfungsi mengawal pengaliran cecair refrigerant ke penyejat Pemampat berfungsi mengedarkan refrigerant dalam sistem chiller dan menyerap haba. Tekanan dan suhu yang tinggi. Pemeluwap ialah penukar haba yang digunakan untuk memeluwapkan bahan gas kepada keadaan cecair melalui penyejukan 11
1.4 KOMPONEN TAMBAHAN CHILLER Menara Penyejuk (cooling tower) Merupakan peranti yang menggunakan air sebagai penyejuk beredar dan menyerap haba dari sistem dan dilepaskan ke atmosfera untuk mengurangkan suhu air. 12
Air Handling Unit (AHU) • Penapisan dan kawalan kualiti udara yang akan sampai ke pedalaman. • Kawalan suhu udara yang mengawal sistem penyaman udara dalam keadaan sejuk atau panas. • Pemantauan kelembapan relatif untuk keselesaan dalaman yang lebih baik. 13
Fan Coil Unit (FCU) • Ialah peranti yang menggunakan gegelung dan kipas untuk memanaskan atau menyejukkan bilik tanpa bersambung ke saluran. • Udara dalaman bergerak di atas gegelung, yang memanaskan atau menyejukkan udara sebelum menolaknya keluar semula ke dalam bilik. • FCU boleh jadi lebih murah untuk dipasang daripada sistem bersalur, dan tersedia dalam konfigurasi siling, lantai dan berdiri bebas. 14
Pam Air Pam air ialah komponen yang memacu air mengalir antara penyejuk industri yang disejukkan udara dan peranti. 15
AGIHAN SISTEM PENYEJUKAN Keadaan jirim dan Perubahan Bentuk - Pepejal - Cecair - Wap/gas Sifat Jirim dan Haba - Pengewapan - Pemeluwapan - Pemejalan - pemejalwapan Pergerakan Haba Suhu tinggi suhu rendah Tekanan dan Takat Didih Bahan Pendingin Kitaran Penyejukan - Proses Penyejukan Mampatan - Proses Penyejukan Serapan 16 RINGKASAN BAB
Absorption Chiller Vapor Compression Chiller Jenis-jenis Chiller pada Sektor Industri - Water-Cooled - Air-Cooled JENIS-JENIS CHILLER KOMPONEN ASAS CHIILER Penyejat Injap Pengembangan Pemampat Pemeluwap 17
AHU Menara Penyejuk FCU Pam Air KOMPONEN TAMBAHAN CHILLER 18
Latihan Pengukuhan 1. Berikan definisi penyejukan. 2. Nyatakan sifat jirim dan haba. Proses Peruabahan keadaan jirim Pengewapan Pemeluwapan Pemejalan Pemejalwapan 3. Terangkan dengan ringkas bagaimana pergerakan haba berlaku. 4. Terangkan perbezaan anatara Absorption Chiller dan Vapor Compression Chiller. 5. Nyatakn fungsi komponen tambahan bagi chiller. Komponen Fungsi Menara Penyejuk AHU FCU Pam Air 19
BAB 2 WATER-COOLED & AIR-COOLED CHILLER
BAB 2: WATER-COOLED & AIR-COOLED 2.2 KITARAN SISTEM CHILLER Sistem Indirect Epansion- menggunakan medium lain untuk penghantaran udara dingin melalui konsep pemindahan haba. Digunakan pada sistem berkapasiti besar dan luas. Sistem Penyejukan Berpusat Sistem District Cooling Sistem Direct Expansion (DX System)- hanya menggunakan bahan dingin sebagai agen penyejuk terus kepada pengguna. Digunakan pada sistem berkapasiti kecil (domestik). Sistem Penyejukan Berpusat dan Sistem District Cooling merupakan proses kitaran pendinginan udara pada satu lokasi yang kemudiannya diagihkan kepada semua arah atau lokasi yang berlainan. Sistem ini memiliki beberapa komponen utama iaitu unit penyejuk atau chiller, Air Handling Unit (AHU), menara pendinginan, sistem pam, sistem perpaipan, sistem saluran udaradan sistem kawalan operasi. 21
Sistem Unit Chiller Unit chiller diperlukan untuk menghasilkan air dingin unutk gegelung penyejukan. Haba yang dikeluarkan daripada air dingin dalam bahagian penyejat dipindahkan melalui bahan dingin ke pemeluwap, di mana haba kemudian diserapkan kepada air sejuk. Penyejat dan pemeluwap direka sebagai penukar haba untuk menyerap haba dari sistem air. Pemeluwap penyejukan air biasanya disejukkan dengan membebaskan haba ke atmosfera dalam menara pendinginan sebelum dikitar semula untuk unit chiller. 22
- Melibatkan komponen penyejat, AHU, FCU dan pam air. - Air disejukkan oleh penyejat. - Air dialirkan ke gegelung penyejukkan. - Udara sejuk akan terhasil oleh sedutan blower. - Melibatkan menara pendingin, pemeluwap dan pam air. - Kitaran ini menyejukkan pemeluwap. - Air panas disejukkan oleh menara pendingin. - Kitaran asas penyaman udara - Pemampat, pemeluwap, injap pengembangan dan penyejat. - Menggunakan bahan pendingin. Kitaran Sistem Chiller KITARAN PERTAMA KITARAN KEDUA KITARAN KETIGA 23
Water-cooled chiller berfungsi mengeluarkan haba daripadanya untuk menyejukkan air yang digunakan dalam projek atau struktur perindustrian atau domestik dan memasukkan semula air ke dalam kitaran operasi. 2.2 SISTEM WATER-COOLED Water-cooled chiller Mempunyai menara penyejuk (cooling tower), oleh itu ia mempunyai kecekapan yang lebih tinggi daripada penyejuk yang disejukkan udara. Lebih cekap kerana ia meluwap bergantung pada suhu mentol suhu ambien, yang lebih rendah daripada suhu mentol kering ambien. Sistem mempunyai beberapa komponen penting termasuk: - Menara penyejuk - Pam air pemeluwap - Pam air make-up - Chiller - takungan TES (Thermal Energy Storage) 24 Kapasiti bagi watercooled chiller adalah hampir 9000 tan.
Menara Penyejuk Merupakan peranti yang menggunakan air sebagai penyejuk beredar dan menyerap haba dari sistem dan dilepaskan ke atmosfera untuk mengurangkan suhu air. Pam Air Pemeluwap - Digunakan untuk mengedarkan air pemeluwap sama ada daam sistem litar terbuka atau tertutup - Ia mengedarkan kembali air pemeluwap dari penyejuk kembali ke menara penyejuk Make-up Water Pump - Ditambah untuk menggantikan kehilangan air. - Dalam sistem penyejukan, air boleh hilang daripada hanyut, penyejatan dan hembusan yang diperlukan untuk mengekalkan pembentukan pepejal terkawal. - Air yang hilang mesti digantikan secara berterusan dengan air makeup, yang biasanya ditambah ke besen menara penyejuk. 25
Penyejuk (Chiller) - Tujuan chiller adalah untuk menggunakan kuasa udara dan air luar untuk mengekalkan suhu sasaran pada tahap yang tetap - Apabila disepadukan dengan proses sensitif haba, penyejuk akan menghalang kerosakan haba pada peralatan pemprosesan dan memastikan tiada perubahan pada produk akhir daripada pendedahan kepada suhu yang tidak sesuai. Takungan TES (Thermal Energy Storage) Dihasilkan semasa tempoh permintaan elektrik di luar puncak (atau penggunaan), dikumpulkan dalam tangki simpanan tenaga haba, kemudian ditarik balik dan diedarkan kepada kemudahan semasa pada tempoh puncak. 26
Operasi Sistem Water-Cooled Chiller Pelajar boleh menonton video penerangan tentang bagaimana water-cooled chiller beroperasi dengan mengimbas di sini. 27
2.3 SISTEM AIR-COOLED Air-cooled chiller merupakan sistem penyejukan yang menyejukkan cecair dan berfungsi seiring dengan sistem pengendali udara untuk sesuatu fasiliti Air-cooled Jenis penyejuk yang bergantung kepada penggunaan kipas untuk menolak haba di luar bangunan dan bukannya bergantung kepada Menara penyejuk (cooling tower). Terdiri daripada empat bahagian: 1. Pemampat 2. Pemeluwap 3. Penyejat 4. Injap pengembangan Digunakan dalam bangunan besar seperti pusat beli-belah, bangunan perindustrian, hotel dan hospital dan juga mampu memberikan kuasa peyejukan kepada operasi besar dan kecil. - Ia juga dipanggil penyejuk modular kerana ia boleh disusun secara mendatar untuk meningkatkan kapasiti penyejukannya. - Kapasiti penyejukan yang tersedia untuk air-cooled chiller adalah antara 10RT hingga 550RT 28
Komponen Air-cooled chiller Penerangan - Pemeluwap adalah penukar haba. Pemeluwap ini membenarkan pemindahan haba daripada penyejuk ke udara. - Pemeluwap disejukkan oleh udara. Pemeluwap yang disejukkan udara terdiri daripada tiub yang diperbuat daripada kuprum, cecair penyejuk mengalir, dan sirip aluminium yang berfungsi dalam pemindahan haba dengan udara yang melalui. - Bahagian ini berfungsi untuk menyediakan daya penggerak yang menggerakkan bahan pendingin di sekeliling sistem. - Pemampat boleh dikategorikan kepada tiga kategori: pemampat hermetik, pemampat separa hermetik, dan pemampat terbuka. Pemeluwap Pemampat aircooled chiller 29
- Komponen ini berfungsi untuk mengembangkan bahan pendingin daripada bentuk cecairnya kepada bentuk gas sebelum memasuki penyejat. - Injap ini menghasilkan penurunan tekanan merentasi laluan penyejuk yang mengalir ke penyejat. - Inilah yang menyebabkan perubahan cecair penyejuk menjadi gas panas. Gas panas kemudiannya berubah menjadi gas sejuk - Dalam komponen ini, air sejuk tercipta apabila haba yang tidak diingini ditarik ke dalam penyejuk sebelum ia dimasukkan ke dalam pemeluwap. Penyejat adalah penukar haba yang membantu dalam pemindahan haba dari air ke bahan pendingin gas. Injap pengembangan Penyejat air-cooled chiller 30
Jenis-jenis air-cooled chiller Air-cooled chiller mudah alih - Label " Air-cooled chiller mudah alih" merujuk kepada konfigurasi asas sistem, bukan mobilitinya. Kebanyakan unit penyejuk mudah alih tidak boleh dialihkan sebaik sahaja ia dipasang. - Penyejuk mudah alih boleh didapati dengan kapasiti antara 2 hingga 100 tan. Industrial Stationary Air Cooled Chiller “Industrial Stationary Air Cooled Chiller” merujuk kepada mana-mana penyejuk yang tidak mempunyai pam atau tangka. Komponen utama dalampenyejuk jeis ini ialah unit penyejuk berdiri sendiri yang disamungkan dengan paip ke pam dan takungan berasingan untuk berfungsi dengan baik. 31
Penyejuk Bersaling Gas yang terkandung dalam penyejuk salingan dimampatkan di dalam dengan menggunakan piston, tidak seperti enjin kereta. Gas tersebut dimampatkan dengan menggunakan berbilang omboh untuk memanaskannya. Perbezaannya ialah gas panas di dalam sistem tidak habis dari paip ekor. Penyejuk Skru Berputar - Pemampat skru juga boleh dirujuk sebagai pemampat heliks. Di dalam perumahan pegunnya, ia mengandungi rotor beralur heliks. - Apabila rotor heliks berada dalam putaran, isipadu langsung dikurangkan. - Kapasiti pemampat skru berputar boleh didapati dalam julat 20 hingga 450 tan. Pemampat skru berputar dikawal oleh injap masuk gelongsor atau pemacu kelajuan berubah-ubah. 32
Operasi Sistem Air-Cooled Chiller Pelajar boleh menonton video penerangan tentang bagaimana air-cooled chiller beroperasi dengan mengimbas di sini. 33
2.4 Perbezaan Water-Cooled dan Air-Cooled Water-cooled Air-cooled Pemeluwap water-cooled terutamanya menghilangkan haba dengan air penyejuk beredar. Oleh itu, pemeluwap water-cooled juga dipanggil meriam air. Tidak seperti jenis penyejuk air, penyejuk perindustrian yang didinginkan udara menggunakan kipas dikenali sebagai sink haba. Pemeluwap bersalut biasanya digunakan. Sirip sebenarnya merujuk kepada lembaran aluminium yang dipasang diluar Kawasan di mana pertukaran haba diperlukan untuk mencapai pelepasan haba yang cekap. Kemudian udara panas diekstrak melalui kipas yang kuat. Water-cooled chiller Air-cooled chiller 34
Water-cooled Air-cooled 35
KITARAN SISTEM CHILLER Kitaran pertama Kitaran kedua Kitaran ketiga SISTEM WATERCOOLED Menara penyejuk Pam air pemeluwap Pam air Make-up Penyejuk (chiller) Takung TES 36 RINGKASAN BAB
Sistem AirCooled Pemampat 1 2 pemeluwap 3 penyejat 4 Injap pengembangan Jenis-jenis AirCooled Chiller Air-cooled Chiller Mudah Alih Industrial Stationary Air-Cooled Chiller Penyejuk Bersaling Penyejuk Skru Berputar 37
Latihan Pengukuhan 1. Berikan tiga jenis kitaran sistem chiller beserta penerangan. 2. Water-cooled chiller berfungsi mengeluarkan haba daripadanya untuk menyejukkan air. Nyatakan komponen penting yang terlibat dalam sistem water-cooled chiller. 3. Nyatakan fungsi bagi komponen Air-Cooled Chiller. Komponen Fungsi Pemeluwap Pemampat Penyejat Injap Pengembangan 38
4. Kelaskan nama bagi jenis-jenis Air-Cooled Chiller mengikut gambar yang disediakan. 5. Terangkan bagaimana operasi sistem Air-Cooled Chiller beroperasi. 39