JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015

Transkripsi

1 ANALISA UNJUK KERJA TERMAL ALAT PENUKAR KALOR KONDENSOR DENGAN KAPASITAS SIRKULASI AIR M 3 /JAM DI PLTU UNIT 3 PT PLN (PERSERO) SICANANG BELAWAN Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Oleh : MELKI ASTRI TAMBUNAN JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015

2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas limpahan berkat dan karunia-nyalah sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini tepat pada waktunya. Laporan Tugas Akhir yang berjudul Analisa Unjuk Kerja Termal Alat Penukar Kalor Kondensor dengan Kapasitas Sirkulasi Air m 3 /jam di PLTU Unit 3 PT PLN (Persero) Sicanang Belawan ini merupakan salah satu persyaratan bagi mahasiswa Politeknik Negeri Medan untuk menyelesaikan Program Pendidikan Diploma 3 di Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik. Dalam menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini penulis banyak menemukan kesulitan-kesulitan, terlebih karena pengetahuan penulis yang terbatas serta pengalaman yang minim. Namun atas bantuan dan bimbingan dari beberapa pihak akhirnya Tugas Akhir ini dapat terselesaikan, untuk itu penulis tak lupa mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak M. Syahruddin, S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Bapak Idham Kamil, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin 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 waktu dan bersedia menyumbangkan ilmu dan nasihat kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini; v

3 5. Secara khusus dan teristimewa kepada kedua orang tua penulis Ayahanda H. Tambunan dan Ibunda K. Panggabean yang tercinta atas doa, bimbingan, nasihat, semangat, motivasi, dan bantuan baik secara moral maupun materi yang tidak dapat penulis balas dengan apa pun. Semoga Ayahanda dan Ibunda yang penuh Kasih selalu dalam lindungan Tuhan Yang Maha Kuasa, panjang umur, sehat walafiat, dan diberkati Nya selalu; Kakak, abang, adik penulis yang tersayang, Junita Tambunan, Jepenri Tambunan, Welfider Tambunan, Tuti Marlina Tambunan, Waldi Tambunan, abang Ipar T. Napitupulu, Shelly Dara Mutiara Mysseri Qroudiah Napitupulu, serta semua keluarga penulis atas doa, semangat, dukungan, canda tawa, dan perhatian yang telah diberikan kepada penulis untuk penulis tetap tegar, kuat dan semangat selama perkuliahan dan penulisan tugas akhir ini. Semoga kesuksesan dapat kita capai untuk kebahagiaan kita bersama; 6. Bapak Ibu/dosen dan staff pegawai di Jurusan Tenik Mesin khususnya Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan; 7. Bapak Marianan, Bambang Supiatno, M. Amin, Ricky Chandra, Fauzi Firdaus F, dan semua staff PLTU Turbin yang turut membantu penulis selama PKL dan penulisan Tugas Akhir ini; 8. Rekan-rekan kelompok PKL Rumiris Lestari Rita Silalahi, Devi Mei Sari Simarmata, Rahayu, dan Ridayu Pratiwi; 9. Sahabat tak terlupakan Eva Susanti Purba, Rumiris Silalahi, dan Marlinah; 10. Semua teman-teman seperjuangan selama 3 tahun EN kelas B 2012, dan semua teman satu angkatan atas bantuan dan dukungannya; vi

4 Penulis menyadari bahwa penulisan tugas akhir ini masih memiliki kekurangan, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaan penulisan laporan tugas akhir ini. Harapan penulis semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pembaca. Akhirnya penulis mengucapkan terima kasih. Medan, 19 Agustus 2015 Hormat penulis, Melki Astri Tambunan NIM vii

5 DAFTAR ISI SPESIFIKASI TUGAS AKHIR... ii LEMBAR PERSETUJUAN... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL xi DAFTAR LAMPIRAN xii INTI SARI... xiii ABSTRACT... xiv BAB I PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang... 1 B. Rumusan Masalah... 2 C. Tujuan Penulisan... 3 D. Manfaat Penulisan... 3 E. Batasan Masalah... 3 F. Sistematika Penulisan... 4 BAB II LANDASAN TEORI... 5 A. Pengertian PLTU dan Prinsip Kerjanya... 5 B. Komponen PLTU... 6 C. Siklus Air Uap pada PLTU D. Siklus Rankine pada PLTU E. Defenisi Alat Penukar Kalor F. Tipe-tipe Alat Penukar Kalor G. Jenis-jenis Aliran pada Alat Penukar Kalor viii

6 BAB III KONDENSOR PADA PLTU A. Defenisi Kondensor B. Prinsip Kerja Kondensor C. Kondensor sebagai Sistem Pendingin Utama dan Sistem Vakum D. Spesifikasi Kondensor pada PLTU E. Perpindahan Panas pada Kondensor BAB IV ANALISA DATA A. Data B. Analisa Data BAB V PENUTUP A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN ix

7 DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Prinsip kerja PLTU... 5 Gambar 2. Siklus air uap pada PLTU unit 1 & Gambar 3. Siklus air uap pada PLTU unit 3 & Gambar 4. Diagram T-S (Siklus rankine) Gambar 5. Alat penukar kalor pipa ganda Gambar 6. Alat penukar kalor shell and tube Gambar 7. Profil aliran searah Gambar 8. Profil aliran berlawanan arah Gambar 9. Kondensor Gambar 10. Direct-contact Kondensor dan Surface Kondensor Gambar 11. Prinsip kerja kondensor Gambar 12. Sistem pendingin utama Gambar 13. Sistem vakum Gambar 14. Kondensor pada PLTU unit x

8 DAFTAR TABEL Tabel 1. Sifat-sifat uap xi

9 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 : Data sheet kondensor unit 3 Lampiran 2 : Data sheet condenser/ heat exchanger/ cooling water system Lampiran 3 : Tabel A-9 sifat-sifat air (zat cair jenuh) Lampiran 4 : Tabel A-16 sifat-sifat gas pada tekanan atmosfir Lampiran 5 : Tabel A3 proporties of solid metal (conclude) xii

10 INTISARI PLTU adalah pembangkit listrik yang menggunakan uap sebagai media penggerak turbin. PLTU Sicanang Belawan memiliki komponen utama salah satunya adalah kondensor. Kondensor merupakan salah satu alat penukar kalor yang mengubah fasa uap menjadi air. Tipe alat penukar kalor yang digunakan di sini adalah tipe shell and tube. Di sini terjadi perpindahan panas secara konduksi dan konveksi, dimana uap mengalir pada shell dan air pendingin mengalir pada tube. Perpindahan panas secara konveksi terjadi pada fluida panas dan fluida dingin. Sementara itu, perpindahan panas secara konduksi terjadi di antara dinding tabung. Berdasarkan data yang terkait dengan perpindahan kalor, maka dapat diperoleh melalui perhitungan yaitu LMTD (Logaritmic Mean Temperature Different) = 17,38 0 C, koefisien perpindahan kalor menyeluruh, =79,27 W/m 2. 0 C, Jumlah panas (Q) masuk kondensor = 3, W, dan Efektivitas penukar kalor = 50 %. Kata kunci : kondensor, shell, tube, konduksi, konveksi, fluida panas, fluida dingin. xiii

11 ABSTRACT PLTU is a Power plant that uses steam as medium driver turbine. PLTU Sicanang Belawan has the main component such like condenser. Condenser is one of heat exchanger that converts vapor phase to liquid phase. The type of heat exchanger used in this matter is shell and tube type. In this case, heat transfer occurs by conduction and convection, which the steam flows in shell and the cooling water flows on tube. Heat transfer by convection occurs in hot fluid and cold fluid. Meanwhile, heat transfer by conduction occurs between tube walls. Base on related data with heat transfer, obtained through calculation like LMTD (Logaritmic Mean Temperature Different) = 17,38, overall heat transfer coefficient =79,27, heat transfer rate = 3, W, and heat exchanger effectiveness = 50 %. Key word : condenser, shell, tube, conduction, convection, vapor, water xiv

12 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Listrik merupakan salah satu kebutuhan yang sangat penting dalam kehidupan manusia. Apalagi dengan kemajuan zaman dan teknologi yang semakin canggih memunculkan produk-produk baru yang menuntut penggunaan energi listrik yang semakin hari semakin besar. Seiring dengan tuntutan hidup manusia terhadap penggunaan energi listrik tersebut, maka diharapkan daya yang lebih besar dapat dihasilkan oleh pembangkit. PT PLN Sektor Pembangkitan Sicanang Belawan merupakan salah satu pembangkit energi listrik yang memenuhi kebutuhan listrik masyarakat khususnya Sumatera Utara. Pada PT PLN Sektor Pembangkitan Sicanang Belawan ini terdapat PLTU sebanyak 4 (empat) unit. Masing-masing unit tersebut dapat menghasilkan daya sebesar 65 MW, namun seiring dengan berjalannya waktu unit tersebut tidak mampu lagi menghasilkan daya sebesar 65 MW. Hal ini disebabkan oleh usia unit yang semakin tua dan sudah banyak terdapat kerusakan pada peralatan yang digunakan dalam PLTU. PLTU adalah pembangkit listrik yang menggunakan uap untuk memutar turbin dan akan menggerakkan generator yang pada akhirnya menghasilkan listrik. Uap ini dihasilkan oleh proses pemanasan yang terjadi pada alat- alat pemanas seperti GSC, LPH, HPH, dan Boiler. Sistem PLTU merupakan sistem pembangkit energi listrik yang memiliki lima komponen utama yaitu: boiler, turbin, kondensor, pompa, dan generator. Jadi untuk menunjang efisiensi PLTU maka diharapkan setiap peralatan atau komponen yang terdapat pada unit dapat bekerja dengan baik dan sesuai dengan yang diharapkan. 1

13 Kondensor merupakan suatu peralatan yang sangat vital dalam sistem PLTU. Dimana kondensor pada PLTU merupakan komponen pendingin yang sangat penting, berfungsi untuk proses kondensasi dan memaksimalkan efisiensi pada turbin uap. Pada kondensor terjadi perpindahan panas secara konveksi. Uap bekas yang telah memutar sudu-sudu turbin akan mengalami perubahan fasa pada kondensor, dimana fasa uap akan berubah menjadi cair melalui perpindahan panas antara tube-tube yang berisi air pendingin dengan uap diluar tube. Dengan adanya kondensor dalam sistem PLTU maka akan meringankan kerja unit. Air hasil kondensasi akan ditampung pada Hotwell. Di dalam Hotwell temperatur air menjadi 45. Dengan adanya kondensor maka uap yang telah melewati turbin dapat dimanfaatkan kembali dan tidak harus dibuang ke luar. Jadi air kondensat yang mempunyai temperatur 45 akan dipompakan kembali ke unit untuk melanjutkan proses kerja unit. Sehingga air yang masuk ke dalam unit tidak menggunakan air demin lagi yang suhunya di bawah 45, tetapi akan menjadi air penambah apabila air pada Hotwell berkurang. Dalam hal ini, temperatur air yang masuk ke dalam unit telah dibantu dengan adanya proses kondensasi tadi pada kondensor dan juga akan meringankan kerja pompa yang memompakan air kedalam Hotwell. B. Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah pada penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Bagaimana prinsip kerja kondensor pada PLTU? 2. Bagaimana menentukan perhitungan selisih temperatur rata-rata (LMTD), koefisien perpindahan kalor menyeluruh, dan jumlah panas yang masuk kondensor? 3. Bagaimana menghitung efektivitas kondensor? 2

14 C. Tujuan Penulisan Tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk mengetahui prinsip kerja kondensor pada PLTU; 2. Untuk mengetahui selisih temperatur rata-rata (LMTD), koefisien perpindahan kalor menyeluruh, dan jumlah panas yang masuk kondensor; 3. Untuk mengetahui efektivitas kondensor. D. Manfaat Penulisan Manfaat yang dapat penulis sampaikan dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Manfaat untuk penulis sendiri adalah untuk menambah ilmu pengetahuan dan pengalaman penulis dalam menyelesaikan karya tulis sekaligus memberikan gambaran tentang PLTU dan cara kerjanya sebagai salah satu pedoman untuk terjun ke dunia kerja; 2. Sebagai referensi atau pun buku tambahan untuk teman-teman dan semua mahasiswa. E. Batasan Masalah Dalam penulisan Tugas Akhir ini penulis membatasi masalah yang dibahas yaitu membahas tentang PLTU, siklus air uap pada PLTU, alat penukar kalor kondensor pada PLTU, dan analisa data perpindahan kalor pada kondensor. 3

15 F. Sistematika Penulisan Untuk mempermudah penulis dalam penyelesaian penulisan Tugas Akhir ini, penulis menggunakan sistem pembahasan urutan bab demi bab. Adapun sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : Bab I : Pendahuluan Bab ini berisi latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan, batasan penulisan dan sistematika penulisan. Bab II : Landasan Teori Bab ini menjelaskan pengertian PLTU dan prinsip kerjanya, komponen PLTU, siklus air uap pada PLTU, Siklus Rankine pada PLTU, defenisi alat penukar kalor, tipe-tipe alat penukar kalor dan jenis aliran pada alat penukar kalor. Bab III : Kondensor pada PLTU Bab ini berisikan defenisi kondensor, prinsip kerja kondensor, kondensor sebagai sistem pendingin utama dan sistem vakum, spesifikasi kondensor pada PLTU dan perpindahan panas pada kondensor. Bab IV : Analisa Data Bab ini berisikan data dan analisa data. Bab IV : Penutup Bab ini berisikan kesimpulan dan saran. 4