UNIVERSITAS DIPONEGORO EVALUASI UNJUK KERJA AIR PREHEATER UNIT 2 PLTU 1 JAWA BARAT INDRAMAYU TUGAS AKHIR YANUAR ISWAHYUDI FAKULTAS TEKNIK

Transkripsi

1 UNIVERSITAS DIPONEGORO EVALUASI UNJUK KERJA AIR PREHEATER UNIT 2 PLTU 1 JAWA BARAT INDRAMAYU TUGAS AKHIR Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Ahli Madya YANUAR ISWAHYUDI FAKULTAS TEKNIK PROGRAM DIII KERJASAMA FT UNDIP PT. PLN UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG JULI 2015 ii

2 HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS Tugas Akhir ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun yang dirujuk telah saya nyatakan dengan benar. NAMA : YANUAR ISWAHYUDI NIM : Tanda Tangan :... Tanggal : 29 JULI 2015 iii

3 HALAMAN TUGAS PROYEK AKHIR iv

4 HALAMAN PENGESAHAN Tugas Akhir ini diajukan oleh : NAMA : YANUAR ISWAHYUDI NIM : Program Studi Judul Tugas Akhir : PSD III Teknik Mesin Kerjasama FT UNDIP PT PLN : Evaluasi Unjuk Kerja Air Preheater Unit 2 PLTU 1 Jawa Barat Indramayu Telah berhasil dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Ahli Madya pada Program Studi Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. TIM PENGUJI Pembimbing : Ir. H. Murni, MT (...) Penguji : Ir. H. Murni, MT (...) Penguji : Drs. Indartono, M.Par, MSi (...) Penguji : Bambang Setyoko, ST, M.Eng (...) Semarang,... Ketua Program DII Kerjasama FT Undip - PT PLN Ir. Bambang Winardi, M.Kom NIP v

5 HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademika Universitas Diponegoro, saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama : YANUAR ISWAHYUDI NIM : Jurusan/Program Studi : PSD III Teknik Mesin Fakultas : Teknik Jenis Karya : Tugas Akhir demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Diponegoro Hak Bebas Royalti Noneksklusif (None-exclusive Royalty Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul : EVALUASI UNJUK KERJA AIR PREHEATER UNIT 2 PLTU 1 JAWA BARAT INDRAMAYU beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti / Noneksklusif ini Universitas Diponegoro berhak menyimpan, mengalihmedia / formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat dan memublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di : Semarang Pada Tanggal : 29 Juli 2015 Yang menyatakan ( YANUAR ISWAHYUDI) vi

6 KATA PENGANTAR Puji Syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir. Laporan Tugas Akhir ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Ahli Madya pada Program DIII Kerjasama FT Undip PT. PLN bidang Teknik Mesin Universitas Diponegoro. Dalam proses penyusunan laporan ini, penulis mendapat banyak saran, bimbingan, serta bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan banyak sekali terima kasih khususnya kepada : 1. Ir. H. Zainal Abidin, M.S. selaku ketua Program Diploma III Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang 2. Ir. Bambang Winardi, M.Kom.selaku Ketua Program Kerjasama DIII FT UNDIP PT PLN (Persero) 3. Bambang Setyoko, ST, M.Eng. selaku Ketua Program Studi Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Diponegoro 4. Drs. Ireng Sigit Atmanto, M.Kes selaku Koordinator Bidang Teknik mesin Program DIII Kerjasama FT Undip PT. PLN (Persero) 5. Drs. Sutrisno, M.T. selaku dosen wali kelas PLN angkatan 2012 PSD III Teknik Mesin FT UNDIP 6. Ir. H. Murni, M.T. selaku dosen pembimbing kegiatan Tugas Akhir 7. Bapak Ato Daryan selaku supervisor operasi sift B PLTU 1 Jawa Barat Indramayu vii

7 8. Bapak Rahardjo selaku supervisor maintenance mesin 1 PLTU 1 Jawa Barat Indramayu 9. Para pegawai operasi sift B PLTU 1 Jawa Barat Indramayu, baik itu operator maupun pegawai lokal 10. Kedua orangtua atas dukungan materiil dan non materiil yang selalu diberikan 11. Teman-teman angkatan 2012 Program Studi Diploma III Teknik Mesin Universitas Diponegoro yang telah membantu menyelesaikan laporan ini. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu penulis sangat menghargai kritik dan saran yang membangun untuk kesempurnaan dari laporan ini. Akhirnya penulis berharap Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan para pembaca. Semarang, Juli 2015 Yanuar Iswahyudi viii

8 EVALUASI UNJUK KERJA AIR PREHEATER UNIT 2 PLTU 1 JAWA BARAT INDRAMAYU Air preheater merupakan salah satu alat penukar kalor yang terpasang pada area boiler Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Air preheater digunakan untuk memindahkan panas yang masih terkandung dalam sisa gas pembakaran sebelum dibuang ke atmosfer ke udara pembakaran yang nantinya akan masuk ke ruang bakar boiler. Pemasangan air preheater dapat meningkatkan efisiensi total boiler. Pengoperasian air preheater yang selalu bersinggungan dengan sisa gas pembakaran batu bara dapat menyebabkan timbulnya kerak yang pada akhirnya dapat menurunkan kinerja perpindahan panasnya. Tujuan dari evaluasi ini adalah untuk mengetahui seberapa besar penurunan unjuk kerja alat air preheater jika dibandingkan dengan data desain ketika pertama kali digunakan. Perbandingan ini menggunakan data desain, data kondisi operasi bulan September sampai Oktober 2011, serta data kondisi operasi bulan April 2015 pada beban 100 %. Efisiensi rata-rata desain sebesar 70,6 % mengalami penurunan terus menerus sampai yang paling rendah terjadi pada air preheater A pada pengujian tahun 2015 yaitu hanya tinggal sebesar 55,99 %. Hal itu menunjukkan bahwa panas yang bisa dimanfaatkan untuk memanaskan udara pembakaran semakin berkurang sehingga dapat menurunkan efisiensi total boiler. Kata kunci : perpindahan panas, air preheater, efisiensi ix

9 PERFORMANCE EVALUATION OF UNIT 2 PLTU 1 JAWA BARAT INDRAMAYU AIR PREHEATER Air preheater is one of installed heat exchanger in steam power plant boiler area. Air preheater used to transfer some heat remaining in flue gas to combustion air which pass through the air preheater. Installation of the air preheater can increase the total efficiency of boiler steam power plant. In the operation of air preheater, it always get contact with the residue of steam power plant boiler flue gas which the main fuel of the combustion is low range coal, so the flue gas can result some slag in the air preheater components. The slag can cause performance decreasing of the air preheater. The purpose of this research is to know how much of performance decreasing of air preheater compared with the design data of the installed air preheater. The comparation uses some data, that is the design data, operation data at September until October 2011, and the operation data at April 2015 on 100 % load condition. The efficiency of design data is 70,6 % and it keep decreasing until the lowest point of this research is 55,99 % at 2015 calculation of air preheater A. This condition means that heat transfered to the combustion air is decreasing too, so it can cause decreasing of the total boiler efficiency. Keyword : heat transfer, air preheater, efficiency x

10 DAFTAR ISI Halaman Judul... ii HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS... iii HALAMAN TUGAS PROYEK AKHIR... iv HALAMAN PENGESAHAN... v HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... vi KATA PENGANTAR... vii ABSTRAKSI... ix ABSTRACT... x DAFTAR ISI... xi DAFTAR GAMBAR... xiv DAFTAR TABEL... xvi DAFTAR NOTASI... xvii DAFTAR LAMPIRAN... xx BAB I...Error! Bookmark not PENDAHULUAN...Error! Bookmark not 1.1. Latar Belakang...Error! Bookmark not 1.2. Perumusan Masalah...Error! Bookmark not 1.3. Batasan Masalah...Error! Bookmark not 1.4. Tujuan Penelitian...Error! Bookmark not 1.5. Manfaat Penelitian...Error! Bookmark not BAB II...Error! Bookmark not TINJAUAN PUSTAKA...Error! Bookmark not 2.1. Skema Sistem Udara Pembakaran dan Gas Buang Error! Bookmark not 2.2. Perpindahan Panas...Error! Bookmark not Radiasi...Error! Bookmark not Konduksi...Error! Bookmark not Konveksi...Error! Bookmark not 2.3. Air Heater Heat Exchanger...Error! Bookmark not xi

11 Recuperatif Air Heater...Error! Bookmark not Regeneratif Air Heater...Error! Bookmark not 2.4. Laju perpindahan panas keseluruhan...error! Bookmark not 2.5. Log Mean Temperature Difference (LMTD)... Error! Bookmark not 2.6. Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan (U)... Error! Bookmark not 2.7. Faktor pengotoran...error! Bookmark not 2.8. Kebocoran udara...error! Bookmark not 2.9. Pressure Drop...Error! Bookmark not Undiluted Gas Exit Temperature...Error! Bookmark not Efisiensi Termal Air Heater...Error! Bookmark not X-ratio...Error! Bookmark not BAB III...Error! Bookmark not 3.1. Peralatan Penelitian Tugas Akhir...Error! Bookmark not Tinjauan Umum...Error! Bookmark not Prinsip Kerja Peralatan...Error! Bookmark not 3.2. Perencanaan Penelitian Tugas Akhir...Error! Bookmark not Data Perencanaan...Error! Bookmark not Variabel Penelitian...Error! Bookmark not 3.3. Diagram Alir Perhitungan...Error! Bookmark not Suhu Rata-Rata Fluida Dingin...Error! Bookmark not Laju Perpindahan Panas Keseluruhan (q) Error! Bookmark not Log Mean Temperature Difference (LMTD)... Error! Bookmark not Koefisien perpindahan panas keseluruhan (U)... Error! Bookmark not Faktor pengotoran (Rd)...Error! Bookmark not Kebocoran Udara (AL)...Error! Bookmark not Undiluted Gas Exit Temperature (... Error! Bookmark not Efisiensi Termal Air Heater (...Error! Bookmark not X-ratio...Error! Bookmark not xii

12 Pressure Drop...Error! Bookmark not 3.4. Pengolahan Data Penelitian Tugas AkhirError! Bookmark not Suhu Rata-Rata Fluida dingin...error! Bookmark not Laju Perpindahan Panas Keseluruhan (q) Error! Bookmark not Log Mean Temperature Difference...Error! Bookmark not Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan (U)... Error! Bookmark not Faktor Pengotoran (Rd)...Error! Bookmark not Kebocoran Udara (AL)...Error! Bookmark not Undiluted Gas Exit Temperature ( )... Error! Bookmark not Efisiensi Termal Air Heater ( )...Error! Bookmark not X-Ratio...Error! Bookmark not Pressure Drop...Error! Bookmark not BAB IV...Error! Bookmark not 4.1. Evaluasi dan Pembahasan Nilai Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan dan Faktor Pengotoran...Error! Bookmark not 4.2. Evaluasi dan Pembahasan Nilai Efisiensi Termal Air Preheater... Error! Bookmark not 4.3. Evaluasi dan Pembahasan Nilai X-ratioAir Preheater.Error! Bookmark not 4.4. Evaluasi dan Pembahasan Nilai Pressure Drop Air Preheater... Error! Bookmark not BAB V...Error! Bookmark not KESIMPULAN DAN SARAN...Error! Bookmark not 5.1. Kesimpulan...Error! Bookmark not 5.2. Saran...Error! Bookmark not xiii

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Skema sistem udara pembakaran dan gas buang...error! Bookmark not Gambar 2.2. Skema sistem gas buang...error! Bookmark not Gambar 2.3. Tubular air heater...error! Bookmark not Gambar 2.4. Macam-macam variasi pengaturan udara tubular air heater... Error! Bookmark not Gambar 2.5. Komponen-komponen Ljungstrom air heater Error! Bookmark not Gambar 2.6. Bentuk nyata Ljungstrom air heater.error! Bookmark not Gambar 2.7. Penampang samping Ljungstrom air heater... Error! Bookmark not Gambar 2.8. Penampang diagonal rotor Ljungstrom air heater.error! Bookmark not Gambar 2.9. Air Heater Rothemuhle...Error! Bookmark not Gambar Profil elemen pemanas pada regenerative air heater... Error! Bookmark not Gambar Distribusi temperatur untuk penukar kalor aliran paralel... Error! Bookmark not Gambar Distribusi temperatur untuk penukar kalor aliran lawan (counter flow)...error! Bookmark not Gambar Kebocoran di air heater...error! Bookmark not Gambar 3.1. Penyusunan elemen penukar panas pada rotor Error! Bookmark not Gambar 3.2. Pelat pada elemen penukar panas...error! Bookmark not Gambar 3.3. Pelat elemen penukar kalor yang telah disusun dalam basket.. Error! Bookmark not Gambar 3.4. Pembagian aliran dalam air preheater... Error! Bookmark not Gambar 3.5. Arah putaran rotor APH...Error! Bookmark not Gambar 3.6. Skema Perencanaan Penelitian Tugas Akhir... Error! Bookmark not xiv

14 Gambar 4.1. Perbandingan nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan desain dan hasil perhitungan...error! Bookmark not Gambar 4.2. Perbandingan nilai faktor pengotoran desain dan hasil perhitungan...error! Bookmark not Gambar 4.3. Perbandingan nilai efisiensi termal desain dan hasil perhitungan...error! Bookmark not Gambar 4.4. Perbandingan nilai x-ratio desain dan hasil perhitungan... Error! Bookmark not Gambar 4.5. Perbandingan nilai Pressure Drop desain dan hasil perhitungan...error! Bookmark not Gambar 3.7. Pengambilan data suhu udara primer masuk APH.Error! Bookmark not Gambar 3.8. Pengambilan data suhu udara sekunder masuk APH... Error! Bookmark not Gambar 3.9. Pengambilan data suhu udara primer keluar APH.Error! Bookmark not Gambar Pengambilan data suhu udara sekunder keluar APH... Error! Bookmark not Gambar Pengambilan data suhu flue gas masuk APH Error! Bookmark not Gambar Pengambilan data suhu flue gas keluar APH Error! Bookmark not Gambar Pengambilan data kadar oksigen masuk APH...Error! Bookmark not Gambar Pengambilan data kadar oksigen keluar APHError! Bookmark not Gambar Pengambilan data flow udara boiler keseluruhan.error! Bookmark not Gambar Pengambilan data flow udara sekuder total dari windbox... Error! Bookmark not Gambar Pengambilan data tekanan masuk dan keluar APH... Error! Bookmark not Gambar tampilan antar muka aplikasi Air Properties...Error! Bookmark not xv

15 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Spesifikasi Boiler...Error! Bookmark not Tabel 3.1. Spesifikasi air preheater unit 2 PLTU 1 Jawa Barat Indramayu.. Error! Bookmark not Tabel 3.2. Format data masukan evaluasi penelitian... Error! Bookmark not Tabel 3.3. Contoh data kondisi operasi air preheater... Error! Bookmark not Tabel 3.4. Data desain APH Unit 2 PLTU 1 Jawa Barat Indramayu... Error! Bookmark not Tabel 3.5. Contoh data hasil perhitungan unjuk kerja air heatererror! Bookmark not Tabel 4.1. Hasil perhitungan rata-rata kinerja air preheater Error! Bookmark not xvi

16 DAFTAR NOTASI Simbol Keterangan Penggunaan pertama halaman Laju perpindahan panas radiasi 11 Konstanta dimensional Boltzman 11 Emitansi 11 T Suhu 11 A Luas permukaan perpindahan panas 11 Laju perpindahan panas konduksi 12 k Koefisien perpindahan panas konduksi 12 Laju perpindahan panas konveksi 13 h Koefisien perpindahan panas konveksi 13 q Laju perpindahan panas total 25 U Koefisien perpindahan panas keseluruhan 25 Log mean temperature difference 25 Laju alir sisi panas 25 Kalor spesifik sisi panas 25 xvii

17 Selisih suhu sisi panas 25 Laju alir sisi dingin 25 Kalor spesifik sisi dingin 25 Selisih suhu sisi dingin 25 Suhu masukan sisi panas 27 Suhu keluaran sisi panas 27 Suhu masukan sisi dingin 27 Suhu keluaran sisi dingin 27 Koefisien perpindahan panas konveksi sisi panas Koefisien perpindahan panas konveksi sisi dingin Faktor pengotoran 29 Koefisien perpindahan panas aktual 29 AL Kebocoran udara 31 Kadar oksigen sisi keluaran 31 Kadar oksigen sisi masukan 31 Tekanan masukan gas buang 32 Tekanan keluaran gas buang 32 Undiluted gas exit temperature 33 Suhu keluaran gas buang 33 xviii

18 Suhu masukan udara 33 Suhu masukan gas buang 34 Suhu keluaran gas buang 34 Kapasitas kalor sisi udara 34 Kapasitas kalor sisi gas 34 Laju alir udara total 34 Laju alir gas 34 Kalor spesifik udara 34 Kalor spesifik gas 34 Laju alir udara primer 48 Laju alir udara sekunder 48 Suhu masukan udara primer 48 Suhu keluaran udara primer 48 Suhu masukan udara sekunder 48 Suhu keluaran udara sekunder 48 xix

19 DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A-1 PELAKSANAAN METODE PENGAMATAN DAN PENCATATAN DATA KOMPUTER PEMANTAU... Error! Bookmark not LAMPIRAN A-2 PENENTUAN NILAI KALOR SPESIFIK...Error! Bookmark not LAMPIRAN A-3 DATA KONDISI OPERASI DAN HASIL PERHITUNGAN...Error! Bookmark not xx

20