14-en-ta-2014
TRANSCRIPT
-
8/19/2019 14-EN-TA-2014
1/14
ANALISA UNJUK KERJA THERMAL ALAT PENUKAR
KALOR TIPE SHELL AND TUBE PEMANAS TEKANAN
RENDAH ( LOW PRESSURE HEATER 1) PADA
PLTU UNIT 3 SEKTOR BELAWAN
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Dalam Menyelesaikan
Program Pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik
Oleh
RUTH DINA ASTARY SIDABUTAR
1105051037
JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI MEDAN
MEDAN
2014
-
8/19/2019 14-EN-TA-2014
2/14
v
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, atas
berkat dan kasih-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Tugas
akhir ini merupakan syarat dalam menyelesaikan Program Pendidikan
Diploma III (D3) di Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi
Energi Politeknik Negeri Medan.
Tugas akhir ini adalah mata kuliah Alat Penukar Kalor dengan judul
“ ANALISAUNJUK KERJA THERMAL ALAT PENUKAR KALOR TIPE
SHELL AND TUBE PEMANAS TEKANAN RENDAH ( LOW
PRESSURE HEATER 1 ) PADA PLTU UNIT 3 SEKTOR BELAWAN ” .
Dalam penyelesaian tugas akhir ini, penulis mendapat banyak
bimbingan dan dukungan dalam penyelesaiannya. Dalam kesempatan ini,
penulis mengucapkan terima kasih sebesar – besarnya kepada:
1. Bapak M. Syahruddin, S.T., M.T.selaku Direktur Politeknik Negeri
Medan.
2. Bapak Idham Kamil,S.T., M.T. selaku KetuaJurusanTeknikMesin
Politeknik Negeri Medan.
3.
Bapak Ir.Abdul Razak,M.T. selaku Kepala Program Studi Teknik
Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan.
4. Bapak Ir. Husin Ibrahim, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah
meluangkan banyak waktu serta menyumbangkan ilmu dan nasehat
kepada penulis sepanjang pengerjaan tugas akhir ini hingga selesai.
5.
Bapak Drs. Benar, M.Si selaku ketua sidang, bapak Abdi Hanra
Sebayang, S.T.,M.T. selaku penguji 1 dan bapak Ir. Abdul Razak, M.
T. selaku penguji 2 dalam pelaksanaan sidang yang telah penulis
selesaikan.
6. Bapak/Ibu dosen di Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik
Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan.
7.
Bapak/Ibu staff pegawai di Jurusan Teknik Mesin Program Studi
Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan.
-
8/19/2019 14-EN-TA-2014
3/14
vi
8. Secara khusus saya ucapkan kepada kedua orang tua tercinta Ayahanda
B.Sidabutar dan Ibunda S. Sinaga yang telah berjuang untuk
membimbing dan memberi dorongan moril serta buat semua doa-
doanya selama ini kepada penulis.
9. Kekasih penulis yang tercinta Arizona Aristokrat Prima Putra Nasution
yang selalu mengerti dan mendukung dalam menyelesaikan
perkuliahan.
10. Sahabat-sahabat penulis khususnya : Evi khoiriah Siregar, Stevani
Sihombing, Budi Santoso, Fahri Lubis dan Decky Suwarno yang selalu
bekerja sama dengan penulis selama berkuliah di Jurusan Teknik
Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik
Negeri Medan.
11.
Rekan – rekan mahasiswa kelas EN-6B, dan semua teman – teman
mahasiswa Teknik Konversi Energi Mekanik 2011.
12. Bapak Sudarmin, Bapak Ricky Chandra Sihombing, dan Bapak Amin
Hasibuan yang telah membantu penulis dalam pengambilan data di
PLTU Sicanang.
13. Semua pihak yang membantu penulis yang tidak bisa penulis sebutkan
satu persatu.
Penulis menyadari tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dalam
penyempurnaan tugas akhir ini. Penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat
berguna bagi pembaca. Terima kasih.
Medan, 14 Agustus 2014
Penulis,
Ruth Dina Astary Sidabutar
NIM. 1105051037
-
8/19/2019 14-EN-TA-2014
4/14
vii
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR .................................................................. ii
LEMBAR PERSETUJUAN ......................................................................... iii
LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................... iv
KATA PENGANTAR .................................................................................. v
DAFTAR ISI ................................................................................................. vii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... ix
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................. x
INTISARI ...................................................................................................... xi
ABSTRACT .................................................................................................. xii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1
A. Latar Belakang ................................................................................... 1
B. Perumusan Masalah ........................................................................... 2
C. Batasan Masalah ................................................................................ 2
D. Alasan Memilih Judul ........................................................................ 3
E. Tujuan Tugas Akhir ........................................................................... 3
F.
Manfaat Tugas Akhir ........................................................................ 3
G. Teknik Pengumpulan Data ................................................................. 4
H. Sistematika Penulisan Laporan ......................................................... 4
BAB II LANDASAN TEORI ....................................................................... 6
A.
Alat Penukar Kalor ........................................................................... 6
B.
Klasifikasi Alat Penukar Kalor .......................................................... 6
1. Heat Exchanger Berdasarkan Proses Transfer Panas .................... 6
2. Heat Exchanger Berdasarkan Bentuk Aliran Fluida ..................... 7
3. Heat Exchanger Berdasarkan Konstruks ....................................... 9
4. Kriteria seleksi dari segi mekanikal .............................................. 10
5. Alat penukar kalor shell and tube ................................................. 14
6.
Menentukan Fluida Dalam Shell atau Dalam Tube ...................... 16
-
8/19/2019 14-EN-TA-2014
5/14
viii
7. Jenis – Jenis Alat Penukar Kalor ................................................... 17
8. Faktor pengotoran ( fouling factor ) ............................................... 21
9. Siklus Air Uap pada PLTU ........................................................... 22
C. Perhitungan Kerja Heat Exchanger .................................................... 23
BAB III SPESIFIKASI ALAT PENUKAR KALOR ................................ 29
A.
Spesifikasi Low Pressure Heater ...................................................... 29
B. Tipe Low Pressure Heater ................................................................. 31
C. Data Teknis ........................................................................................ 31
BAB IV ANALISA DATA ........................................................................... 33
A. Perhitungan Alat Penukar Kalor ........................................................ 33
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 41
A. Kesimpulan ....................................................................................... 41
B. Saran ................................................................................................. 42
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
-
8/19/2019 14-EN-TA-2014
6/14
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Gambar.2.1. Alat Penukar Kalor 1-1 pass ..........................................8
2. Gambar.2.2. Alat Penukar Kalor 1-2 pass.......................................... 9
3. Gambar 2.3 Susunan tube ................................................................ 12
4.
Gambar 2.4 Tipe-Tipe Desain Alat Penukar ................................... 15
5.
Gambar 2.5 Shell and tube heat exchanger two pass....................... 166. Gambar 2.6 Chiller ........................................................................... 18
7. Gambar 2.7 Gambar Kondensor ...................................................... 18
8. Gambar 2.8 Cooler ........................................................................... 19
9. Gambar 2.9 Heat Exchanger ............................................................ 19
10. Gambar 2.10 Superheater ................................................................. 20
11.
Gambar 2.11 Evaporator .................................................................. 21
12. Gambar 2.12 siklus air uap PLTU ................................................... 23
13. Gambar 3.1 low pressure heater ....................................................... 29
14.
Gambar 3.2 bagian lph ..................................................................... 29
15. Gambar 3.3 bagian luar .................................................................... 30
-
8/19/2019 14-EN-TA-2014
7/14
x
DAFTAR LAMPIRAN
1. Tabel 1. Data Spesifikasi Low Pressure Heater
2. Tabel 2. Sifat – Sifat Saturasi
3. Tabel 3. Satuan Energi
4. Tabel 4. Faktor Pengotoran
5. Tabel 5. Nilai Kira-Kira Koefisien Perpindahan Kalor Menyeluruh
-
8/19/2019 14-EN-TA-2014
8/14
xi
INTISARI
Alat Penukar Kalor (Heat exchanger) mempunyai peran yang sangat penting
dalam dunia pembangkit listrik. Alat Penukar Kalor berfungsi untuk menaikkan
suhu fluida uang lebih rendah dan atau mendinginkan suhu fluida yang lebih
tinggi. Tugas akhir ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar effektifitas
kinerja dari penukar kalor yang telah di analisa. Salah satu alat penukar kalor
yang digunakan adalah alat penukar kalor tipe shell and tube pada pemanas tekaan
rendah (lph) . Laju aliran air masuk alat penukar kalor sebesar 60,314 kg/s, lajualiran uap sebesar 2,796 kg/s. Maka dari perhitungan yang dilakukan, diperoleh
effektifitas alat penukar kalor sebesar 53,7 %. Alat utama dari pengambilan data
ini adalah Low Pressure Heater 1 yang ada di PLTU Unit 3 sektor belawan.
Kata kunci : perpindahan panas, effektifitas shell and tube
-
8/19/2019 14-EN-TA-2014
9/14
xii
ABSTRACT
Heat Exchanger has a very important role in the steam power plant,. Heat
exchanger serves to raise the fluid temperature which is lowes and/ or cool the
fluid temperature which is higher. This final task was ti find out the effectivity of
heat exchanger which have been design. Accelerate current of water enter the
heat exchanger is equal to 60,314 kg/s, accelerate current of steam equal to 2,786
kg/s. So from the equation, got the effectivity performance of the heat exchanger is
53,7%. This thesis aimsto analyze Performance Low Pressure Heater 5 at the plant unit 3 secktor belawan.
Keyword : heat transfer, effectivity, shell and tube
-
8/19/2019 14-EN-TA-2014
10/14
1
BAB 1
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Bertambahnya perindustrian di Indonesia menyebabkan peningkatan
kebutuhan listrik. Untuk mengatasi hal tersebut maka saat ini pemerintah
berupaya untuk meningkatkan kapasitas daya listrik dengan cara menambah unit
pembangkit listrik. Adapun pembangkit listrik yang umumnya digunakan di
Indonesia yaitu PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap) dan PLTGU
(Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap). Pada PLTU, uap dimanfaatkan untuk
menggerakkan turbin yang kemudian akan menggerakkan generator. Sedangkan
pada PLTGU tenaga dari uap dikombinasikan dengan gas untuk menggerakkan
generator. Seperti yang diungkapkan bahwa PLTU merupakan unit pembangkit
yang banyak terdapat di Indonesia dan salah satu contohnya adalah PLTU sektor
belawan.
Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) merupakan jenis
pembangkittenaga listrik yang menggunakan uap sebagai media untuk memutar
sudu-suduturbin, uap yang digunakan memutar sudu-sudu tersebut adalah uap
panas lanjut.PLTU beroperasi dengan siklus Rankine yang dimodifikasi agar
mencakup prosespemanasan lanjut (super heating), pemanasan air pengisi
ketel/boiler ( feed waterheating) dan pemanasan kembali uap keluar turbin tekanan
tinggi (steam reheating). Untuk meningkatkan efisiensi panas (thermal efficiency)
maka uapyang dipakai harus dibuat bertekanan dan suhu setinggi mungkin.
Demikian pulaturbin yang dipakai secara ekonomis dibuat dengan ukuran yang
sebesar mungkinagar dapat menekan biaya investasi (karena daya yang dihasilkan
menjadi besar).
Salah satu alat yang selalu ada dalam PLTU yaitu alat-alat Heat
Exchanger yang mendukung kinerja PLTU dalam penukar panas. Heat exchanger
berfungsi sebagai alat penukar panas yang memanfaatkan panas dari suatu
aliranfluida. Peralatan yang paling memegang peranan dari kinerja PLTU adalah
-
8/19/2019 14-EN-TA-2014
11/14
2
boiler . Boiler merupakan alat yang berguna untuk memproduksi uap pada tekanan
dan suhu tertentu sehingga dihasilkan uap dengan tekanan dan suhu yang tinggi
untuk menggerakkan Turbin Uap.Untuk menghasilkan listrik yang besar maka
diperlukan efisiensi boiler yang besar juga. Berbagai cara dapat dilakukan dengan
meningkatkan efisiensi dari Boiler yaitu dengan memasang economizer, High
Pressure Heater (HPH), Low Pressure Heater (LPH), dll.
Oleh karena itu penelitian saya kali ini memilih Low Pressure Heater
(LPH) sebagai salah satu upaya meningkatkan efisiensi boiler . LPH ini
merupakan heat exchanger dengan jenis shell and tube heat exchanger tipe U-
Tube. Menurunnya efisiensi dari siklus secara keseluruhan yang disebabkan oleh
kerusakan pada Low Pressure Heater , tentu saja akan membawa kerugian yang
sangat besar. Di PLTU sektor belawan unit 3 terdapat 3 Low Pressure Heater
yaitu Low Pressure Heater 1, Low Pressure Heater 2, dan Low Pressure Heater
3. Karena Low Pressure Heater tersebut mendapatkan uap ekstraksi langsung
dari Low Pressure Turbine di dalam kondensor sehingga data yang dibutuhkan
dalam perhitungan tidak dapat diketahui maka yang dapat di hitung Performance-
nya .
B. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, maka dirumuskanlah permasalahan
dalam Tugas Akhir ini untuk kemudian berdasarkan metodologi yang ada harus
dipecahkan. Adapun untuk rumusan permasalahannya adalah mencari efisiensi
Low Pressure Heater(lph) unit 3 di PLTU sektor belawan mengalami kerusakan
serta mencari kerugian yang di timbulkan oleh low pressure heater(lph) tersebut.
C. Batasan Masalah
Batasan masalah untuk lebih memfokuskan penelitian Tugas Akhir ini,
adalah sebagai berikut :
1.
Bagaimana perhitungan koefisien perpindahan panas di Low Pressure
Heater(lph) unit 3 di PLTU.
-
8/19/2019 14-EN-TA-2014
12/14
-
8/19/2019 14-EN-TA-2014
13/14
4
1. Dapat mengetahui aplikasi dari ilmu thermodinamika dan perpindahan
panas.
2. Dapat mengetahui efektivitas Low Pressure Heater unit 3 di PLTU sektor
belawan.
3. Sebagai masukan bagi pembaca yang akan membahas masalah yang sama
dengan topik yang menjadi bahasan penulis.
G. Teknik Pengumpulan Data
Penulisan laporan dilaksanakan dengan menggunakan metode studi kasus :
• Metode Observasi
Metode pengumpulan data langsung mendatangi perusahaan serta
melihat secara langsung kegiatan dalam perusahaan tersebut dalam mencari
data-data yang diperlukan untuk perhitungannya.
• Metode Wawancara
Metode pengumpulan data dengan cara mengadakan tanya jawab
secara langsung dengan operator, teknisi ataupun supervisor serta bagian
yang terkait dalam proses produksi untuk memperoleh data yang diperlukan.
• Diskusi
Diskusi dilakukan dengan pembimbing, teman kerja praktek untuk
memperoleh pengetahuan tentang analisa yang dilakukan.
• Analisis Permasalahan
Analisis dilakukan dengan arahan pembimbing sehingga analisis dapat
diambil kesimpulan dan saran perbaikan yang sesuai dengan disiplin ilmu
teknik mesin.
• Metode Kepustakaan
Metode pengumpulan data dengan cara studi literatur, seperti
dokumen-dokumen dan manual book dari mesin yang digunakan dalam
proses produksi. Dengan metode ini dapat Low Pressure Heater menunjang
data-data yang didapat melalui kedua metode di atas.
-
8/19/2019 14-EN-TA-2014
14/14
5
H. Sistematika Penulisan Laporan
Untuk memudahkan penulisan laporan Tugas Akhir ini penulis membuat
sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Membahas tentang latar belakang masalah, perumusan masalah,
batasan masalah, alasan pemilihan judul, tujuan tugas akhir, manfaat
tugas akhir, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan laporan
tugas akhir.
BAB II : LANDASAN TEORI
Bab ini berisi tentang prinsip kerja turbin uap, dan dasar perhitungan
yang mendukung dalam pembuatan laporan tugas akhir.
BAB III : SPESIFIKASI ALAT PENUKAR KALOR
Membahas mengenai data-data yang terkait dalam perhitungan Low
Pressure Heater Unit 3.
BAB IV : ANALISA DATA
Membahas mengenai perhitungan Low Pressure Heater Unit 3.
BAB V : PENUTUP
Membahas tentang kesimpulan dan saran-saran dari hasil tugas akhir.