LAPORAN TUGAS AKHIR. Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III

Transkripsi

1 ANALISIS PENGARUH PARAMETER AIR PENDINGIN KONDENSOR (AIR LAUT) TERHADAP PERFORMANSI KONDENSOR PADA TEKANAN 8KPa DI PT PLN (PERSERO) SEKTOR PEMBANGKITAN LABUHAN ANGIN LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi Ole Oleh AYU PADILAH NIM : JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2016 v

2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis sampaikan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan anugerah-nya telah memberikan pengetahuan dan kesehatan sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik dan tepat pada waktunya. Laporan Tugas Akhir ini berjudul Analisis Pengaruh Parameter Air Pendingin Kondensor (Air Laut) Terhadap Performansi Kondensor pada tekanan 8Kpa di PT PLN (Persero) Sektor Pembangkitan Labuhan Angin disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan dalam menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III, Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi di Politeknik Negeri Medan. Dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini, penulis menemukan hambatan dan tantangan. Namun berkat bantuan dari semua pihak, penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. M. Syahruddin, S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. IdhamKamil, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin; 3. Ir.AbdulRazak, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi; 4. Ir. Silmi, M.T., selaku Dosen Pembimbing; 5. Faisal Fahmi Hasan, S.T. M.T., selaku dosen yang membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir; 6. Ir. Hairanus Tarigan, M.T., selaku Wali Kelas EN-6B yang telah memberikan motivasi dan nasihat kepada penulis; 7. Bapak dan Ibu staf pengajar di Program Studi Teknik Konversi Energi, terimakasih atas semua bimbingan, nasihat serta didikan yang diberikan kepada penulis selama dalam pengajaran; 8. Secara khusus pada kedua orang tua saya Ayahanda Rajali dan Ibunda tercinta Rahimah, yang telah banyak memberikan semangat, motivasi, vi

3 dukungan doa serta bantuan moril kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir; 9. Abang dan Kakak di PLTU Labuhan Angin Sibolga terutama abang Donny, abang Fikri, abang Reza, abang Mario, yang selalu member dukungan dan membantu penulis dalam pengerjaan Tugas Akhir; 10. Teman teman seperjuangan Mahasiswa Teknik Konversi Energi, angkatan 2016 khususnya di kelas EN-6B terimakasih untuk semua kenangan selama berkuliah dikampus tercinta; 11. Terkhususnya untuk sahabat saya yaitu Kresensia, Salsalina, Layla, Aida, Bonardo, Jenari, dan Dian yang selalu bersama dalam suka dan duka; 12. Semua pihak yang telah membantu penulis baik dukungan materi, semangat, dan dukungan doanya untuk penulis. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak kekurangan karena keterbatasan waktu, pengetahuan dan tenaga. Untuk itu diharapkan partisipasi semua pihak dalam menyumbangkan pikiran atau ide demi perbaikan kearah yang lebih sempurna. Semoga laporan ini bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya. Medan, Juli 2016 Hormat Penulis, Ayu Padillah NIM : vii

4 DAFTAR ISI SPESIFIKASI TUGAS AKHIR... ii LEMBAR PERSETUJUAN....iii LEMBAR PENGESAHAN... iv PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR..v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI viii DAFTAR GAMBAR xii INTISARI.xii ABSTRACT...xiii BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pemilihan Judul Perumusan Masalah Tujuan Tugas Akhir Manfaat Tugas Akhir Teknik Pengumpulan Data... 3 BAB 2 DASAR TEORI 2.1 Umum Kegiatan Produksi Sistem Air Sistem Uap Sistem Bahan Bakar High Speed Diesel (Solar) Batubara Sistem Penanganan Abu Sistem Udara PAF (Primary Air Fan) SAF (Secondary Air Fan)... 8 viii

5 2.3 Bagian-Bagian PLTU Boiler Turbin Uap Kondensor Generator Transformator Alat Penukar Kalor Klasifikasi Alat Penukar Kalor Alat Penukar Kalor Berdasarkan Fungsinya Chiller Kondensor Cooler Evaporator Heat Exchanger Reboiler Heater Vaporizer Alat Penukar Kalor Berdasarkan Konstruksi Tipe Tabung dan Pipa (Shell and Tube) Tipe Pipa Bersirip (Fins and Tube) Tipe Plat (Plate Heat Exchanger) Tipe Spiral (Spiral Heat Exchanger) Prinsip Perhitungan Performansi Alat Penukar Kalor BAB 3 KONDENSOR PADA PLTU LABUHAN ANGIN 3.1 Sistem Pendingin pada PLTU Sistem Siklus Tertutup (Close Cycle) Tangki Air Pendingin Bantu (Heat Tank) Pompa Air Pendingin Close Cooling Water Pump Pompa Air Pendingin Open Cooling Water Pump Electric Water Filter ix

6 Penukar Panas Air Pendingin Bantu (Heat Exchanger) Sistem Siklus Terbuka (Open Cycle) Water Intake Trash Rack Cleaner (Saringan Kasar) Traveling Bar Screen Main Cooling Water Pump Kondensor Screen Wash Pump Booster Pump Bagian-Bagian Utama Kondensor Selongsong (Shell) Ruang Air (Water Box) Ruang Kondensat (Hotwell) Alat Bantu Kondensor Starting Air Ejector Main Air Ejector Ball Cleaning System (Taporage Ball System) Klasifikasi Kondensor Kondensor Kontak Langsung (Direct Contact Condensor) Kondensor Kontak Langsung Aliran Sejajar Kondensor Kontak Langsung Aliran Berlawanan Kondensor Permukaan (Surface Condensor) Fungsi Utama Kondensor dan Tujuan Kondensasi Uap Maintenance Pada Kondensor Performance Operasional Condensor BAB 4 ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Analisa Data x

7 BAB 5 PENUTUP 5.1 Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi

8 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram Alir PLTU Labuhan Angin... 4 Gambar 2.2 Boiler... 9 Gambar 2.3 Turbin Uap Gambar 2.4 Kondensor Gambar 2.5 Generator Gambar 2.6 Transformator Gambar 2.7 Chiller Gambar 2.8 Cooler Gambar 2.9 Evaporator Gambar 2.10 Heat exchanger Gambar 2.11 Reboiler Gambar 2.12 Heater Gambar 2.13 a Vaporizer dengan sirkulasi paksa cairan Gambar 2.13 b Vaporizer dengan sirkulasi alamiah cairan Gambar 2.14 Tipe pelat Gambar 2.15 Tipe spiral Gambar 2.16 Aliran lawan arah Gambar 2.17 Aliran sejajar Gambar 3.1 Tangki air pendingin bantu (head tank) Gambar 3.2 Close cooling water pump Gambar 3.3 Open cooling water pump Gambar 3.4 Electric water filter Gambar 3.5 Heat exchanger Gambar 3.6Water intake Gambar 3.7 Trash rack cleaner Gambar 3.8 Traveling bar screen Gambar 3.9 Main cooling water pump Gambar 3.10 Kondensor xii

9 Gambar 3.11 Screen wash pump Gambar 3.12 a Booster pump Gambar 3.12 b Bearing main cooling water pump Gambar 3.13 Starting air ejector Gambar 3.14 Main air ejector Gambar 3.15 a Komponen-komponen ball cleaning Gambar 3.15 b Pengoperasian ball cleaning Gambar 3.16 a Kondensor lintasan tunggal Gambar 3.16 b Kondensor lintasan ganda xiii

10 INTISARI Sistem pendingin adalah penyedia dan pemasok air pendingin (air laut) yang digunakan untuk mengkondensasikan uap ekstraksi dari turbin, juga berfungsi sebagai pemasok air untuk mendinginkan heat exchanger pada sistem air pendingin bantu yang merupakan siklus tertutup. Pada sistem pembangkit khusus nya untuk PLTU maka diperlukan sistem pendingin utama. Air pendingin utama merupakan media pendingin untuk menyerap panas laten uap ekstraksi dari turbin yang mengalir di dalam kondensor. Kondensor berfungsi untuk mengkondensasikan uap keluaran dari low pressure turbin menjadi air kondensat. Sehingga analisa ini bertujuan untuk menganalisa pengaruh parameter air pendingin (air laut) kondensor terhadap performansi kondensor di PLTU Labuhan Angin. Dengan mencari perhitungan jumlah kalor yang dibuang ke kondensor, koefisien perpindahan panas pada sisi tube dan pada sisi shell serta mencari efektivitas kondensor pada jam dan Temperatu air pendingin masuk kondensor pada jam dan adalah 28,5 C dan 30,5 C dan temperatur keluar kondensor pada jam dan adalah 45,8 C dan 46,7 C. Setelah di analisa maka dapat diperoleh performansi kondensor yaitu: panas yang dibuang ke kondensor (Q) pada jam dan adalah ,2681 KW dan ,841KW,LMTD pada jam dan adalah 13,40 o C dan 11,93 o C, koefisien perpindahan panas pada sisi tube (hi) pada jam dan adalah 7296,389 w dan koefisien perpindahan panas pada sisi shell (ho) pada jam m²ᵒc w dan adalah4637,350 dan 6478,181 w, perpindahan panas m²ᵒc m²ᵒc menyeluruh (U) pada jam dan adalah 2840,90 w dan 3477,051 w, m²ᵒc m²ᵒc effektivitas kondensor pada jam dan adalah47,027 % dan 41,67 %. Hal ini mempengaruhi jumlah uap yang terkondensasi pada kondensor, sehingga perlu dilakukan usaha untuk meningkatkan effektivitas pada kondensor. Kata kunci :Sistem pendingin, kondensor, PLTU xiv

11 ABSTRACT The cooling system is a provider and supplier of cooling water (sea water) that is used to condense the steam extraction of turbines, also serves as a supplier of water to cool the "heat exchanger" on the auxiliary cooling water system is a closed cycle. In specially generator system for power plant cooling systems will require major. The main cooling water is cooling medium to absorb latent heat of extraction steam from the turbine flowing in the condenser. The condenser serves to condense the steam output of the low pressure turbine into condensate water. So, the purpose from this analyze was to analyze the influence of parameters of cooling water (sea water) condenser to the condenser performance in LabuhanAngin power plant. By searching for the calculation of the amount of heat that is discharged into the condenser, the heat transfer coefficient on the tube side and the shell side and seek effectiveness condenser at and 20:00. Temperature condenser cooling water at and is 28.5 C and 30.5 C and the out temperature condenser at and is 46.3 C and 46.1 C. After the analysis, the condenser performance can be obtained, namely: heat rejected to the condenser (Q) at hours and 20:00 is ,2681 KW and165661,841 KW, LMTD at and is 13,40 C and 11,93 C, coefficient heat transfer on the tube (hi) at hours and is w 7296,389 and7390,473 w, the heat transfer coefficient on the shell side m² C m² C w w (ho) at hours and 20: ,350 and6478,181, a comprehensive m²ᵒc m²ᵒc heat transfer (U) at hours and is2840,90 w and3477,051 w, m² C m² C effectiveness condenser at and is % and 41.67%. This affects the amount of vapor condensed on the condenser, so it is necessary to attempt to improve the effectiveness on the condenser. Keywords: The cooling system, condenser, power plant xv

12 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Kebutuhan energi makin hari akan semakin meningkat, seiring pertumbuhan ekonomi dan peradapan manusia. Salah satu energi yang sangat dibutuhkan oleh manusia adalah energi listrik. Oleh sebab itu dituntut pula tersedianya pembangkitan energi listrik yang mampu menghasilkan daya listrik yang relative besar dan ekonomis. Salah satu pembangkit yang banyak digunakan adalah Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), selain dapat menghasilkan daya yang relatif besar fluida utamanya juga mudah didapatkan. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Labuhan Angin dibangun dalam usaha penyediaan energi listrik yang handal dan efisien guna memenuhi kebutuhan listrik yang semakin meningkat drastik pada masyarakat. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Labuhan Angin merupakan salah satu pembangkit yang terinterkoneksi di Sumatera Bagian Utara (SUMUT), yang dibuat untuk membantu meningkatkan pelayanan listrik SUMUT. PLTU ini sendiri adalah salah satu pembangkit listrik yang dalam pengoperasian nya menggunakan komponen yang saling berkaitan antara satu dan yang lainnya seperti boiler, turbin uap, generator, trafo, dan lain sebagainya. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Sektor Labuhan Angin terletak kira-kira 20 Km arah barat kotamadya Sibolga, desa Labuhan Angin Kabupaten Tapanuli Tengah, Provinsi Sumatera Utara. Secara geografis PLTU Sektor Labuhan Angin terletak pada 1º LU dan 98 BT dengan area seluas 50 Ha di tepipantai Teluk Tapian Nauli. Pembangkit ini menggunakan turbin bertenaga uap dengan bahan bakar batubara sebagai bahan bakar utamanya yang memiliki kapasitas 2 x 115 MW. Pada pembangkit listrik tenaga uap tersebut, uap yang digunakan sebagai fluida utama yang diperoleh dari air yang dipanaskan pada boiler sehingga mencapai kondisi saturasi sehingga air berubah fase menjadi uap. Semakin besar kapasitas listrik yang dihasilkan maka semakin besar pula kapasitas uap yang dibutuhkan, kapasitas uap yang banyak berarti membutuhkan air yang banyak. Air 1

13 yang digunakan pada pembangkit listrik tenaga uap ini disuplai dari laut ataupun sungai, karena air juga berfungsi sebagai pendingin yang digunakan untuk mengkondensasikan uap ekstraksi dari turbin di dalam kondensor maka temperatur di dalam kondensor dipengaruhi air laut. Sedangkan temperature air laut dipengaruhi oleh keadaan lingkungan. Oleh karena itu saya tertarik untuk menganalisis pengaruh parameter air pendingin kondensor (air laut) terhadap performansi kondensor pada tekanan 8Kpa di PT PLN (Persero) Sektor Pembangkitan Labuhan Angin. Berguna untuk mengetahui bagaimana pengaruh dari temperatur air laut tersebut terhadap performansi kondensor. 1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan latarbelakang masalah diatas, yang menjadi perumusan masalah dalam penulisan tugas akhir adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana perhitungan jumlah panas yang dibuang pada kondensor dan perhitungan beda temperatur rata-rata logaritma (LMTD) pada jam dan pada jam Bagaimana perhitungan koefisien perpindahan panas pada sisi tube pada sisi shell serta koefisien perpindahan panas menyeluruh pada jam dan pada jam Bagaimana perhitungan effektivitas kondensor pada jam dan pada jam di PLTU Labuhan Angin. 1.3 Tujuan Tugas Akhir Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Untuk mengetahui jumlah panas yang dibuang pada kondensor dan perhitungan beda temperatur rata-rata logaritma (LMTD) pada jam dan pada jam Untuk mengetahui koefisien perpindahan panas pada sisi tube dan pada sisi shell serta koefisien perpindahan panas menyeluruh pada jam dan pada jam

14 3. Untuk mengetahui effektivitas kondensor pada jam dan pada jam malam di PLTU LabuhanAngin. 1.4 Manfaat Tugas Akhir Adapun manfaat dari laporan tugas akhir ini adalah: 1. Untuk penulis sendiri, untuk menambah khasanah ilmu pengetahuan dan pengalaman penulis mengenai kondensor. 2. Untuk perusahaan PLTU Labuhan Angin adalah agar dapat mengetahui pengaruh parameter air pendingin terhadap performansi kondensor. 3. Tugas Akhir ini diharapkan dapat menja dibuku referensi tambahan dalam pembangunan pengetahuan mahasiswa/i tentang perpindahan panas pada kondensor di PLTU Labuhan Angin. 1.5 Teknik Pengumpulan Data Berbagaicara yang dilakukan penulis dalam pengumpulan data diantaranya: 1. Survey lapangan ke PT PLN (Persero) Sektor Pembaangkitan Labuhan Angin, berupa peninjauan langsung kesistempembangkit tenaga dimana tujuan perencanaan ini dilaksanakan dan pengambilan data-data yang dibutuhkan. 2. Studi literatur dengan mencari buku-buku yang ada di perpustakaan Politeknik Negeri Medan maupun sumber lain yang berkaitan dengan kondensor. 3. Mengunjungi berbagai situs yang berkaitan dengan kondensor di media internet. 4. Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing maupun dengan pihakpihak yang dapat membantu menyelesaikan tugas akhir ini yang memahami dan mengerti tentang kondensor. 3