AFC - Air Fin Cooler

1 Air Fin Cooler Air Fin Cooler (AFC) adalah sebuah perangkat mekanis yang berfungsi untuk memindahkan panas dari tempat yang bersuhu tinggi ke tempat yang bersuhu lebih rendah dengan bantuan media perantara berupa udara dan perangkat mekanis bergerak untuk membantu meningkatkan efisiensinya. Dalam sejarahnya, beberapa bentuk AFC telah dikembangkan oleh insinyur sesuai dengan kapasitas, kehandalan dan juga biaya yang dibutuhkan oleh pengguna. AFC pada dasarnya memanfaatkan hukum termodinamika ke-2 untuk dapat bekerja dan juga meningkatkan efisiensinya. Peningkatan efisiensi dilakukan dengan meningkatkan luas permukaan bidang kontak fluida dengan pendingin, serta menambahkan aliran fluida pendingin dengan peralatan mekanis bergerak seperti Fan. Prinsip kerja dari AFC adalah dengan mensirkulasikan fluida yang akan didinginkan ke dalam tabung-tabung bersirip dengan udara sekitar yang ditiup melalui tabung dengan menggunakan kipas (fan). Fluida memasuki/keluar dari tabung melalui pipa header yang terletak pada ujung tabung bersirip. Keuntungan dari menggunakan AFC adalah menghindari penggunaan dari penggunaan fluida pendingin tambahan berupa air/cairan lain yang akan mengurangi biaya secara signifikan. Selain itu, AFC menawarkan dampak lingkungan yang lebih minimal dibandingkan dengan menggunakan cooling tower.

Sesuai dengan desain nya, AFC dibedakan menjadi 2 jenis, yakni forced draft dan induced draft

1.1 Forced Draft Air-Fin Cooler Tipe ini menggunakan kipas yang diletakkan di bawah perangkat dan tabung bersirip untuk fluida diletakkan di atas sebuah besi penyangga. Kipas tempat pemasukan udara sekitar digantung pada plenum.

Keunggulan AFC tipe Forced Draft :

Mempunyai keunggulan dalam mengarahkan udara dingin yang masuk ke dalam perangkat dikarenakan fan yang terletak di area inlet udara dari AFC
Udara panas mempunyai volume yang lebih besar di outlet. Sehingga membutuhkan daya yang lebih sedikit untuk memindahkan udara dibandingkan dengan induced draft
Maintenance yang lebih mudah karena motor dan fan terletak di bawah serta perangkat tabung di atas sehingga mudah untuk dilepas

1.2 Induced Draft Air-Fin Cooler Tipe ini memposisikan kipas diatas perangkat dan tabung bersirip ditempatkan diatas sebuah besi struktur penyangga. Kipas udara ditempatkan diatas plenum. Motor listrik diletakkan dibawah dibawah perangkat dan koneksi diantara keduanya dilakukan menggunakan poros (shaft) yang melintang di sepanjang AFC.

Keunggulan AFC tipe induced draft:

Lebih mudah dalam perakitan, pengiriman dan instalasi sistem
Terdapat tutup untuk proteksi dari cuaca dan hujan es
Dapat dipasang langsung pada pipe rack, mengurangi penyangga struktur besi yang berdampak pada efisiensi biaya dan instalasi pemasangan yang lebih simpel
Dengan adanya kipas diatas perangkat tubing, kecepatan udara panas yang keluar dari unit meningkat hingga 2,5 kali kecepatan yang mungkin dalam penggunaan forced draft sehingga lebih kecil kemungkinan terkena hot air recirculation
Distribusi udara yang lebih baik Kekurangan AFC tipe induced draft :
Perawatan yang lebih sulit unutk pembongkaran
Pengoperasian suhu tinggi yang terbatas akibat udara panas yang ada pada fan
Pengerjaan pada perakitan fan yang lebih sulit dikarenakan posisi kipas dan panas dari tubing.

2 Pipa Sirip AFC Adalah tempat fluida proses mengalir untuk didinginkan dengan bantuan udara sekitar, terdiri atas 2 komponen utama:

Header Merupakan sebuah kotak diujung tabung-tabung untuk mendistribusikan fluida dari pipa pemrosesan ke tabung pendingin bersirip. Hampir semua header dilas dengan bentuk kotak persegi. Header juga biasanya dibuat dengan material carbon steel atau SS namun bahan alloys lain dapat digunakan.
Tabung bersirip (finned tubes) Tabung ini merupakan tempat fluida proses didinginkan dan dapat terbuat dari beberapa material yang tersedia, seperti besi karbon, SS atau material yang lebih jarang digunakan seperti duplex atau incoloy, tergantung dari fluida yang didinginkan atau kebutuhan pengguna. Diameter luar minimal yang dianjurkan adlaah 1 inchi (1”). Ketebalan tabung bervariasi sesuai dengan material dan design pressure dan temperatur. Kisi-kisi tabung terbuat dari material aluminium.

3 Rotating Equipment AFC

Motor Ditempatkan dibawah perangkat, berfungsi untuk menggerakkan fan yang terikat dengannya. Penerus daya dari motor dapat dibedakan menjadi 3 jenis a. Sambungan langsung (direct drives) b. Sambungan gear box

c. Sambungan pulley and belt

Selain berfungsi sebagai penggerak fan, motor juga berfungsi sebagai: i. On/off ii. Pengatur kecepatan dalam motor (inverter) iii. Pengatur kecepatan dengan variable speed drive (VSD) 2. Fan Fan berjenis Axial Flow Fans bekerja didalam sebuah dinding fan. Bilah kipas biasanya terbuat dari aluminium. Pitch dapat diatur secara permanen ataupun variabel saat fan bergerak sesuai dengan kebutuhan pendinginan. Penutup ditambahkan dan diletakkan pada dinding fan dan penyangga motor untuk tambahan pengamanan pada peralatan.

4 Standar Instalasi dan Perawatan AFC

API Standard 661 – Air Cooled Heat Exchanger for general refinery unit
ISO 13706 – 1:2005 – petroleum, petrochemical and natural gas industries Air Cooled Heat Exchanger

5 Orientasi AFC AFC dapat dipasang baik dengan posisi horizontal, vertikal atau miring dengan sudut tertentu tergantung dari luas area permukaan lahan yang tersedia. Posisi horizontal lebih disukai untuk lahan yang terbatas, namun kinerjanya dipengaruhi oleh kecepatan dan arah angin. Apabila kipas motor mendorong angin ke arah tertentu, dan angin sekitar bergerak ke arah sebaliknya, maka akan mengurangi kemampuan dan efisiensi AFC secara drastis, oleh karena itu pemasangan secara vertikal terbatas pada ukuran unit yang kecil. Sebuah kompromi dilakukan dengan memasangkan AFC dengan konfigurasi V pada unit frame-nya. Dalam unit ini, dua perangkat kondenser dipasangkan pada sudut 45-60 derajat dengan header yang tersambung untuk menghemat ruang dan meningkatkan efisiensi.

6 Shaft atau Poros Poros berfungsi untuk meneruskan tenaga baik berupa puntiran, torsi maupun bending dari suatu bagian ke bagian yang lain. Akibat beban tersebut poros mengalami pembebanan yang terus berulang. Akibatnya suatu poros sering mengalami kegagalan dalam operasinya. Kegagalan akibat beban berulang sangat tidak diinginkan karena tanda-tanda akan terjadinya kegagalan tidak dapat diketahui secara langsung. Kegagalan ini dapat berupa crack yang terus berkembang hingga terjadi perambatan crack yang kemudian menjadi patah. (Sugiarto, 2013) Secara garis besarnya poros dibedakan menjadi:

Poros Transmisi Poros ini mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, sabuk dan rantai.
Spindel Spindel adalah poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran. Syarat yang harus dipenuhi oleh poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti.
Gandar adalah poros yang dipasang diantara roda-roda kereta barang dimana tidak mendapat beban puntir. Gandar hanya mendapat beban lentur, kecuali jika digerakkan oleh penggerak mula dimana akan mengalami beban puntir juga.

7 Analisa Kegagalan Analisa kegagalan dapat diartikan sebagai pemeriksaan/pengujian terhadap komponen-komponen atau struktur yang mengalami kerusakan beserta kondisi yang menyebabkan kegagalan dengan tujuan untuk mengetahui penyebab dari kegagalan tersebut. Jadi tujuan utama dari analisa kegagalan adalah untuk mengetahui mekanisme terjadinya kegagalan serta memberikan solusi-solusi yang dapat dilaksanakan untuk menanggulangi masalah kegagalan tersebut. Dengan kata lain, analisa kegagalan berujung pada observasi pada komponen-komponen yang rusak. Pengamatan pola patahan yang rusak adalah kunci bagi seluruh proses analisa kegagalan, oleh sebab itu pengamatan secara makrokopis dan mikrokopis harus dilaksanakan secara bertahap. Selain itu pengujian mekanik juga diperlukan karena secara umum kegagalan disebabkan oleh gaya-gaya yang bekerja dari lingkungan kerja komponen. Menurut sumber-sumber penelitian yang ada di dunia industry, faktor penyebab kegagalan yang sering terjadi di dunia industri dapat di karenakan : A. Faktor kesalahan pemilihan material Hasil penelitian mengenai faktor kegagalan material yang dominan yaitu faktor kesalahan dalam memilih material. Tabel dibawah ini menunjukkan statistik tentang permasalahan dalam kasus kegagalan material :

B. Perawatan komponen yang kurang baik Proses perawatan komponen mesin yang kurang baik termasuk salah satu penyebab kegagalan yang paling dominan.

C. kesalahan dalam perancangan komponen Faktor kesalahan dalam proses perancangan komponen adalah sebagai berikut :

Kegagalan ulet akibat pembebanan yang melebihi kekuatan material
Kegagalan getas akibat beban kejut
Kegagalan pada temperatur tinggi (pemuluran)
Proses perancangan yang terlalu banyak memicu konsentrasi tegangan seperti takikan
Analisa tegangan komponen yang kurang detail yang menyebabkan rawan terjadi kegagalan akibat overload

8 Kelelahan (Fatique)

Kelelahan atau Fatigue adalah kerusakan material yang diakibatkan oleh adanya tegangan yang berfluktuasi yang besarnya lebih kecil dari tegangan tarik maksimum (ultimate tensile strength) (σu) maupun tegangan luluh (yield). Apabila suatu logam dikenai tegangan berulang maka logam tersebut akan patah pada tegangan yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan tegangan yang dibutuhkan untuk menimbulkan perpatahan pada beban statik. Adapun mekanisme terjadinya kegagalan fatigue dapat dibagi menjadi 3 fase yaitu antara lain :

Awal Retak (crack initiation) Mekanisme fatigue umumnya dimulai dari adanya awal retakan yang terjadi di permukaan material yang lemah atau daerah dimana terjadinya konsentrasi tegangan dipermukaan akibat adanya pembebanan yang berulang.
Perambatan Retak (crack propagation) Jumlah total siklus yang menyebabkan kegagalan fracture merupakan penjumlahan jumlah siklus yang menyebabkan retakan awal dan fase perambatannya. Perambatan ini kemudian akan terus menjalar yang nantinya akan berujung pada failure.
Patah Patahnya material terjadi ketika material telah mengalami siklus tegangan dan regangan yang menghasilkan kerusakan yang permanen. Ketika terjadi penjalaran retak, penampang pada bagian tersebut akan berkurang sampai pada kondisi dimana penampang pada bagian tersebut tidak mampu menahan beban yang terakhir kali. Pada tahap ini penjalaran retak yang terjadi sangat cepat sehingga struktur akan terpecah menjadi dua. Pada dasarnya kegagalan fatigue dimulai dengan terjadinya retakan pada permukaan benda uji. Hal ini membuktikan bahwa sifat-sifat fatigue sangat peka terhadap kondisi permukaan, yang dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain kekasaran permukaan, perubahan sifat-sifat permukaan dan tegangan sisa permukaan.

9 Kegagalan Mekanis Kegagalan mekanis yang terjadi pada shaft diakibatkan oleh beberapa prosedur maintenance/pemeilharaan yang kurang baik pada komponen ataupun pendukung komponen yang terkait, kegagalan mekanis dapat berdampak pada kegagalan material karena komponen yang bergerak sehingga mengurangi daya tahan material meskipun beban material dibawah kekuatan material, namun apabila terjadi secara terus menerus, maka dapat menimbulkan kelelahan material (fatigue). Diantara sebab kegagalan mekanis terutama pada perawatan diantaranya

Kekencangan Belt pada Pulley Standar pemasangan belt adalah dengan menggunakan tension meter untuk mengukur defleksi dengan standar 1/64” (0,4mm) tegak lurus terhadap belt yang diuji, apabila belt terlalu kencang, dapat menimbulkan beban bending kepada shaft, baik shaft motor ataupun shaft yang digerakkan, dan apabila tension terlalu renggang, dapat mengakibatkan impact dan vibrasi sehingga material mengalami kelelahan
Kekencangan Bearing Bearing mempunyai standar kekencangan mengacu pada buku manual fabrikator yang disesuaikan dengan ukuran bearing dan jenis bearing, kekencangan tersebut diukur menggunakan filler gauge terhadap housing bearing yang dipasangkan dengan menggunakan adapter sleeve. Bearing yang terlalu rapat mengakibatkan gesekan dan panas mengurangi kekuatan material bearing/ shaft. Sedangkan pemasangan bearing yang terlalu longgar dapat mengakibatkan housing dan inner bearing mengalami vibrasi dan mengikis material shaft secara terus menerus (kontinu)
Alignment shaft Alignment pada shaft memastikan pemasangan shaft dalam kondisi yang sejajar dan lurus, sehingga tidak mengakibatkan beban radial dan juga getaran. Alignment yang tidak baik pada shaft mengakibatkan beban berlebih yang seharusnya tidak terjadi akibat posisi shaft yang tidak lurus dan mengakibatkan vibrasi akibat pembebanan pada shaft dan bearing.

***Artikel ini ditulis berdasarkan beberapa referensi luar dan pengalaman penulis, penulis tidak bertanggung jawab atas kesalahan yang diakibatkan oleh tulisan ini