ANALISA PERPINDAHAN PANAS PADA AIR HEATER BOILER PLTU SICANANG DENGAN KAPASITAS 260 TON/JAM

Transkripsi

1 ANALISA PERPINDAHAN PANAS PADA AIR HEATER BOILER PLTU SICANANG DENGAN KAPASITAS 260 TON/JAM LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI Oleh BILL RODO AU SIPAYUNG NIM : JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014

2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat Nya sehingga laporan Tugas Akhir ini selesai tepat pada waktunya. Laporan Tugas Akhir ini berjudul Analisa Perpindahan Panas pada Air Heater Boiler PLTU Sicanang dengan Kapasitas 260 ton/jam. Laporan ini dimaksud sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Studi Diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. Laporan Tugas akhir ini disusun berdasarkan hasil pengamatan dan pengambilan data langsung di PLTU Sicanang dan juga dari beberapa buku referensi. Dalam proses analisa ini, dibutuhkan beberapa data penunjang baik berupa data spesifikasi maupun data operasi. Tentunya rangkaian ucapan terima kasih penulis ucapkan teristimewa untuk kedua orang tua penulis, Bapak dan Mamak, Serubabel Sipayung dan Salbiah Pakpahan yang tiada henti menyemangati secara moril dan materil kepada penulis sehingga Laporan Tugas Akhir ini bisa terselesaikan. Dalam penulisan Tugas Akhir ini penulis banyak mendapatkan hambatan dan tantangan, namun berkat bantuan dari berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Pada kesempatan ini pula penulis mengucapkan terima kasih : 1. M. Syahruddin, S.T.,M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan 2. Idham Kamil, ST. MT., Ketua Jurusan Teknik Mesin 3. Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi 4. Faisal Fahmi Hasan, ST. MT. dosen pembimbing yang telah memberikan semangat dan bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. 5. Tuti (Rabu-rabu Kapuru). yang selalu menemani, membantu penulis dalam pengerjaan tugas akhir ini, memberi dukungan, motivasi yang membangun. v

3 6. Empat sekawan, sahabat penulis, yang selalu bersama penulis baik di kelas, saat praktik kerja lapangan, maupun dimana saja selalu berkumpul bersama dan tempat berbagi penulis. 7. Aulia hamda, Putra Rizky Utama, Samuel Siregar, Ditya Ramanda dan Sugiono, sahabat penulis, memberi dukungan, semangat, dan memori yang indah bagi penulis. 8. Seluruh dosen pengajar dan staff pegawai di Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi, penulis ucapkan terima kasih atas didikan yang diberikan kepada penulis selama tiga tahun melaksanakan pendidikan di Politeknik Negeri Medan. 9. Saudara kandung saya Fhytta Imelda Sipayung, Edward Falco Moro Sipayung, Hendryk Sipayung dan Gyta Flora Sipayung, yang memberi dukungan doa, semangat, motivasi, nasehat, dukungan moril dan materil kepada penulis. 10. Penghuni kelas EN-6A yang menyertai kehidupan kampus yang penulis jalani selama menempuh pendidikan di Politeknik Negeri Medan, memberikan pengalaman dan memori yang tak ternilai dan tak terlupakan bagi penulis. Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih kurang sempurna dari segi sistematika maupun referensi, disebabkan keterbatasan waktu, pengetahuan, dan tenaga. Untuk itu diharapkan partisipasi semua pihak dalam menyumbang saran, ide, dan kritikan yang bersifat membangun kearah yang lebih sempurna. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya. Medan, Juli 2014 Hormat penulis, Bill Rodo Au S. NIM vi

4 DAFTAR ISI JUDUL... i SPESIFIKASI TUGAS AKHIR... ii LEMBAR PERSETUJUAN... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... x INTISARI... xi ABSTRACT... xii BAB I PENDAHULUAN...1 A. Latar Belakang... 1 B. Perumusan Masalah... 2 C. Tujuan Tugas Akhir... 2 D. Manfaat Tugas Akhir... 2 E. Teknik Pengumpulan Data... 3 F. Sistematika Penulisan... 3 BAB II LANDASAN TEORI...5 A. Pengertian Perpindahan Panas... 5 B. Hukum Pendinginan dan Pemanasan Newton... 5 C. Konduksi Panas... 7 a. Pengertian Konduksi Panas... 7 b. Rumus Perpindahan Panas secara Konduksi... 8 c. Konduksi Panas pada keadaan Tetap Keping plat-paralel Bola Berongga Pipa Silinder d. Arus Panas pada Perbatasan Dua Medium vii

5 D. Konveksi Panas a. Pengertian Konveksi Panas b. Rumus Perpindahan Panas secara Konveksi c. Konveksi Panas Bebas d. Konveksi Panas Paksaan E. Radiasi Panas a. Pengertian Radiasi Panas b. Rumus Perpindahan Panas secara Radiasi F. Proses Perpindahan Panas pada Perangkat Penukar Panas BAB III AIR HEATER...26 A. Pengertian Air Heater B. Tipe Pemanas Udara a. Pemanas Udara Recuprative jenis Tubular b. Aspek Operasi c. Pemanas Udara Regenerative (Rotary) Pemanas Udara Tipe Howden (Ljungstorm type) Pemanas Udara Tipe Davidson (Rothemule) C. Spesifikasi Air Heater pada PLTU D. Peran dan Prinsip Kerja Air Heater BAB IV ANALISA AIR HEATER PADA BOILER DENGAN KAPASITAS 260 TON/JAM A. Data Operasional Air Heater B. Perhitungan Perpindahan Panas Air Heater BAB V PENUTUP...52 A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN viii

6 DAFTAR GAMBAR No. Judul Gambar Halaman 1. Konduksi panas pada keping plan-paralel 8 2. Konduksi panas radial pada bola berongga Konduksi panas radial pada silinder berongga Konduksi panas pada gabungan keping plan-paralel Arus panas pada perbatasan dua medium dengan arah normal Berbagai daerah aliran lapisan batas di atas plat rata Aliran berkembang penuh Pemanas udara statis Air heater statis dengan saluran bypass udara Pemanas udara tipe regenerative (elemen berputar) Elemen matrix air heater Lokasi seal pada air heater Pemanas udara regenerative tipe Davidson (Luvo) 35 ix

7 DAFTAR TABEL No. Judul Tabel Halaman 1. Orde besaran konduktivitas termal 10 x

8 INTISARI Pemanas udara adalah tempat perpindahan panas yang besar di dalam laluan udara dan gas buang dari boiler. Jenis air heater yang digunakan pada PLTU pulau sicanang adalah air heater tipe regenerative Ljungstorm. Prinsip kerja dari air heater ialah untuk menghasilkan udara panas dengan temperatur sedemikian rupa dari force draft fan yang akan di supply ke ruang bakar pada boiler PLTU. Udara yang masuk dari fdf disalurkan untuk dipanaskan mula-mula pada air pre heater dengan bantuan steam pada ASH yang kemudian akan makin dipanaskan di air heater dengan bantuan gas panas sisa pembakaran dari boiler. Dari hasil perhitungan yang diperoleh adalah: perpindahan panas air heater sebesar 510,93 kw. Kata kunci: Pemanas udara, force draft fan, Auxilarry Steam Heater. xi

9 ABSTRACT Air heater is a large heat transfer spot in the air and flue gas path of the boiler. The type of air heater used in power plant, sicanang island is Ljungstorm s regenerativeair heater type. The working principle of the air heater is to generate hot air with a temperature such that the force draft fan will be in supply to the combustion chamber in a boiler power plant. The air inlet of the FDF channeled to first heated in water with the aid of steam pre-heater at ASH will then be more heated in the water heater with the help of hot gases from waste incineration boiler. Obtained from the calculation are: heat transfer water heater of kw. Keywords: Air heater, Forced draft fan, Auxilarry steam heater. xii

10 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Energi merupakan suatu kebutuhan utama yang sangat dibutuhkan dalam kehidupan manusia. Kemajuan suatu negara biasanya berbanding lurus dengan kebutuhan energi negara tersebut. Sejak ditemukannya listrik pada abad ke-17, penggunaan listrik telah mengakar di setiap aktivitas manusia. Meski manusia modern sangat membutuhkan listrik, keberadaan listrik seringkali tidak disadari dan selalu dianggap remeh bagi orang tertentu dan bahkan menghambur - hamburkannya. Dampak dari hal tersebut adalah listrik yang menjadi kebutuhan mutlak bagi aktivitas keseharian masyarakat Indonesia, terutama pada sektor usaha dan industri. Bertambahnya perindustrian di Indonesia menyebabkan meningkatnya kebutuhan listrik. Untuk mengatasi hal tersebut maka saat ini pemerintah berupaya untuk meningkatkan kapasitas daya listrik dengan cara menambah unit pembangkit listrik di Indonesia. 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 pada paragraf diatas bahwa PLTU merupakan unit pembangkit yang banyak terdapat di Indonesia dan salah satu contohnya adalah PLTU pembangkitan sektor belawan, pulau sicanang unit 1 & 2 dengan kapasitas Boiler 260 ton/jam. Boiler (ketel uap) berfungsi untuk menghasilkan uap fase panas lanjut untuk memutar sudu sudu turbin. Dengan berputarnya sudu sudu turbin maka akan menyebabkan poros turbin berputar sehingga generator yang seporos dengan turbin otomatis akan ikut berputar. Dari generator inilah listrik dapat dihasilkan. 1

11 Kebutuhan pemanasan awal untuk udara pembakaran pada boiler sekarang ini menjadi suatu keharusan sebagai usaha untuk meningkatkan efisiensi boiler. Air heater tipe rotari pada umumnya sering digunakan pada pemanasan awal pada pembakaran khususnya untuk pembangkit yang berkapasitas besar seperti pada PLTU pembangkitan sektor belawan, pulau sicanang yang juga menggunakan air heater tipe tersebut sebagai penunjang proses pembakaran di boiler. Atas dasar itulah penulis tertarik untuk membahas proses pemanasan awal menggunakan air heater yang berkaitan dengan perpindahan panas pada boiler PLTU Sicanang, dan diwujudkan dalam karya akhir dengan judul Analisa Perpindahan Panas pada Air Heater Boiler PLTU Sicanang dengan Kapasitas 260 ton/jam. B. Perumusan Masalah Topik permasalahan atau permasalahan yang akan dibahas dalam laporan Tugas Akhir ini adalah : 1. Bagaimana mekanisme perpindahan panas? 2. Bagaimana prinsip kerja air heater? 3. Bagaimana perhitungan energi panas yang ada pada air heater? C. Tujuan Tugas Akhir Tujuan laporan ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk mengetahui bagaimana sebenarnya mekanisme perpindahan panas. 2. Untuk mengetahui prinsip kerja pada air heater. 3. Untuk mengetahui dan menganalisa perhitungan energi panas yang ada pada air heater. D. Manfaat Tugas Akhir Laporan tugas akhir ini diharapkan bermanfaat bagi : 1. Manfaat untuk penulis sendiri untuk menambah ilmu pengetahuan dan pengalaman agar dapat diaplikasikan setelah bekerja atau terjun ke lapangan. 2

12 2. Laporan ini diharapkan dapat menjadi bahan referensi tambahan dalam pengembangan pengetahuan mahasiswa/i tentang air heater. E. Teknik Pengumpulan Data Adapun teknik pengumpulan data yang dilakukan oleh penulis untuk memperoleh data dan informasi yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah: 1. Penelitian Lapangan a. Observasi yaitu dengan melakukan studi pengamatan langsung terhadap objek penelitian serta menganalisis data yang berhubungan dengan penelitian. b. Interview yaitu mengadakan wawancara secara langsung kepada staff lapangan yang berkaitan dengan objek penelitian. 2. Penelitian Kepustakaan yaitu pengumpulan informasi mengenai teori-teori Pengambilan data di lakukan pada PLTU Sicanang berupa data spesifikasi yang terdapat pada SOP boiler maintenance room dan control room PLTU Unit 1. F. Sistematika Penulisan Dalam penulisan dan penyusunan tugas akhir ini, maka penulis membuat sistematika penulisan yang diharapkan akan mempermudah dan memahami maksud yang ingin disampaikan kepada pembaca. Adapun isi sistematika penulisan ini adalah: BAB I PENDAHULUAN Bab ini menjelaskan tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan dan manfaat penulisan, teknik pengumpulan data dan sistematika penulisan. BAB 2 LANDASAN TEORI 3

13 Bab ini memberikan penjelasan mengenai teori teori dasar yang diperlukan dalam tugas akhir diantaranya menjelaskan dan menguraikan tentang perpindahan panas. BAB 3 AIR HEATER Pada bab ini menjelaskan dan menguraikan tentang prinsip kerja dari air heater. BAB 4 ANALISA AIR HEATER PADA BOILER DENGAN KAPASITAS 260 TON/JAM Pada bab ini menganalisa air heater pada boiler. BAB 5 PENUTUP Bagian ini berisikan beberapa kesimpulan dan saran dari penulis tugas akhir. 4