ANALISA PERFORMANSI HIGH PRESSURE HEATER UNIT 4 DENGAN LAJU ALIRAN AIR 64,28 kg/s DI PLTU PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMBAGUT SEKTOR PEMBANGKIT BELAWAN LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Oleh RUMIRIS LESTARI RITA SILALAHI 1205051045 JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat dan karunia-nya yang sampai saat ini selalu melimpah terutama selama proses penyusunan hingga tugas akhir ini akhirnya dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik di Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan dengan judul Analisa Performansi High Pressure Heater Unit 4 dengan Laju Aliran Air 64,28 kg/s di PLTU PT PLN (Persero) Pembangkitan Sumbagut Sektor Pembangkit Belawan. Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan dorongan semangat, bimbingan dan pengarahan selama penyusunan laporan tugas akhir ini. Penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. M. Syahruddin, S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan ; 2. Idham Kamil, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan ; 3. Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan ; 4. Ir. Husin Ibrahim, M.T., selaku dosen pembimbing penulis ; 5. Ir. Suprapto, M.T., selaku Wali Kelas EN-6B ; 6. Orang tua penulis Ayahanda Bolas Silalahi, Ibunda Alm. Porman Sianturi, dan Ibunda Merry Aruan atas motivasi, semangat, materi, terutama doa yang tiada henti, dan adik-adik tersayang Riska Rohana Silalahi, Rico Putra Silalahi, Riando Santo Roni Silalahi, Ray Natanael Silalahi, Risella Silalahi, dan Raisa Silalahi, serta Kakek Jumahal Silalahi dan Nenek Nursiah Simanjuntak yang menjadi pendorong dan motivasi yang ampuh bagi penulis ; v
7. Teman sekontrakan penulis yang selama 2 tahun menjadi sahabat sekaligus saudara bagi penulis yaitu Sisca Simanullang, Mesdiani Turnip, Rosario Manurung, Dian Afriani Sinaga, Luvita Silitonga, Kak Rika Manurung, Tabe Napitulu, dan Jusnita Simanullang ; 8. Teman-teman seperjuangan kelas EN-6B angkatan 2012, terutama sahabat penulis Melki Astri Tambunan, Eva Susanti Purba, Rahayu, Ridayu Pratiwi, dan Devi Mei Sari Simarmata atas semangat, hiburan, persahabatan, dan kebersamaan yang selalu ada ; 9. Seluruh staff pengajar dan pegawai administrasi Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan ; 10. Seluruh staf dan pegawai PT PLN (Persero) Sektor Pembangkitan Belawan terutama Bapak Sudarmin, M. Amin Hasibuan dan Rikky Chandra Sihombing. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih terdapat kesalahan dan untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Medan, 6 Agustus 2015 Hormat Penulis, Rumiris Lestari Rita Silalahi NIM 1205051045 vi
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. Tujuan Tugas Akhir 2 C. Manfaat Tugas Akhir 2 D. Batasan Masalah 2 E. Teknik Pengumpulan Data 2 BAB II Landasan Teori 4 A. Sistem PLTU 4 B. Prinsip Kerja PLTU 8 C. Siklus Rankine 8 D. Perpindahan Kalor 11 E. Alat Penukar Kalor 12 F. Konstruksi Alat Penukar Kalor 17 G. Prinsip Perhitungan Performansi Alat Penukar Kalor 17 BAB III SPESIFIKASI HIGH PRESSURE HEATER UNIT 4 PLTU PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMBAGUT SEKTOR PEMBANGKIT BELAWAN 22 A. Pengertian High Pressure Heater 22 B. Pinsip Kerja High Pressure Heater 23 vii
C. Tipe High Pressure Heater 24 D. Prosedur Perhitungan High Pressure Heater 25 BAB IV ANALISA DATA 26 BAB V PENUTUP 34 A. Kesimpulan 34 B. Saran 35 DAFTAR PUSTAKA viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1 Turbin uap PLTU 5 Gambar 2 Generator PLTU 6 Gambar 3 Condensor 7 Gambar 4 Prinsip kerja PLTU secara sederhana 8 Gambar 5 Siklus air dan uap pada PLTU unit 3 & 4 9 Gambar 6 Diagram T-S (Siklus Rankine) 10 Gambar 7 Jenis alat penukar kalor tipe pelat 15 Gambar 8 Jenis alat penukar kalor tipe spiral 15 Gambar 9 High Pressure Heater 22 Gambar 10 Bagian dalam High Pressure Heater 24 ix
DAFTAR LAMPIRAN Data Spesifikasi High Pressure Heater Tabel A-9 Sifat-sifat Air Saturasi x
INTISARI Alat Penukar kalor adalah alat yang berfungsi untuk memindahkan panas dari satu fluida ke fluida yang lain. Alat penukar kalor banyak digunakan di berbagai bidang industri terutama pada pembangkitan listrik. Salah satu contoh alat penukar kalor yang digunakan di PLTU Sicanang Belawan adalah High Pressure Heater (HPH). High Pressure Heater adalah contoh alat penukar kalor dengan konstruksi berbentuk tabung yang di dalamnya terdapat susunan pipa berbentuk U berisi air sementara di bagian tabungnya berisi uap ekstraksi dari turbin uap. High Pressure Heater (HPH) merupakan jenis alat penukar kalor yang umum terdapat pada siklus rankine dengan fungsi sebagai pemanas awal air umpan sebelum masuk ke boiler. Dengan beroperasinya HPH, maka beban boiler akan semakin ringan, karena air yang masuk ke boiler memiliki suhu yang lebih tinggi. Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui koefisien perpindahan panas di sisi tube dan shell serta menganalisa performansi dari High Pressure Heater dengan laju aliran air 64,28 kg/s dan laju aliran uap 4,364 kg/s. Dari hasil analisa, diperoleh nilai koefisien perpindahan panas di sisi shell (ho) 441,18 W/ m, nilai koefisien perpindahan panas di sisi tube (hi) 14018,104 / 2, dan nilai efektifitas High Pressure Heater adalah sebesar 74,10 %. Kata kunci : alat penukar kalor, perpindahan panas, siklus rankine, dan performansi xi
ABSTRACT Heat Exchanger is a device with function to transfer heat from one fluid to another fluid. Heat exchanger are widely used in various industrial fields, especially in power plant. One example of using heat exchanger is High Pressure Heater (HPH). High Pressure Heater is an example of a heat exchanger with a tubular construction and U shaped arrangement of pipes filled with water while the tube containing vapor extraction steam turbine. High Pressure Heater is a kind of heat exchanger which commonly found in the rankine cycle heating the feed water before it enters the boiler. With the operation of High Pressure Heater, the burden of boiler become lighter because the water has a higher temperature. The purpose of this thesis is to know convection coefficients and analyze the performance of High Pressure Heater with the flow rate of air 64,28 kg/s and the flow rate of steam 4,363 kg/s. By the result of analyze, convection coefficient of shell (h o ) is 441,18 /, convection coefficient of tube (h i ) is 14018,104 /m, and effectiveness of High Pressure Heater is 74,10 %. Key word : heat exchanger, heat transfer, rankine cycle, and performance xii
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Kebutuhan energi listrik baik di sektor rumah tangga, gedung perkantoran, maupun industri meningkat tajam seiring dengan tingkat pendapatan masyarakat dan pertumbuhan industri. Peningkatan energi listrik dari sisi pemakaian akan menjadi kendala pada sisi pembangkitan, karena pembangkit-pembangkit tenaga listrik di Indonesia relatif terbatas dan energi listrik yang dibangkitkan belum sebanding dengan kebutuhan listrik masyarakat dan Industri yang terus berkembang secara pesat sehingga suplai tenaga listrik menjadi kebutuhan utama. Energi listrik yang dikonsumsi oleh masyarakat Indonesia dihasilkan oleh berbagai pembangkit dengan daya yang berbeda-beda. Pembangkit tersebut salah satunya adalah pembangkit listrik tenaga uap. Pembangkit listrik tenaga uap merupakan jenis pembangkit yang banyak digunakan di Indonesia karena mudah untuk mendapatkan fluida kerjanya. PLTU dilengkapi dengan beberapa alat bantu yang bertujuan untuk meningkatkan efisiensi dari mesin pembangkit itu sendiri seperti Condensor, Vacuum Tank, Vacuum Pump, Cooling Water Pump, Close Cooling Water Exchanger, Low Pressure Heater, High Pressure Heater, dan lainlain. Salah satu alat bantu tersebut yaitu High Pressure Heater merupakan pemanas air umpan setelah diolah di Feedwater Tank. High Pressure Heater dibutuhkan dalam menaikkan temperatur air sebelum memasuki economiser sehingga kerja economiser menjadi tidak terlalu berat. Turunnya performansi High Pressure Heater berdampak pada turunnya efisiensi turbin sehingga mempengaruhi efisiensi pembangkit. Hal inilah yang menjadi pokok permasalahan yang melatar belakangi penulis untuk memilih judul Analisa Performansi High Pressure Heater Unit 4 dengan Laju Aliran Air 64,28 kg/s di PLTU PT PLN (Persero) Pembangkitan Sumbagut Sektor Pembangkit Belawan. 1
B. Tujuan Tugas Akhir Tujuan dari penyusunan Laporan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk mengetahui besarnya koefisien perpindahan panas di sisi tabung (h i ) 2. Untuk mengetahui besarnya koefisien perpindahan panas di sisi shell (h o ); 3. Untuk mengetahui efektifitas High Pressure Heater dengan data operasi yang diperoleh dari Controll Room PLTU Unit 3 dan 4 PT PLN (Persero) Pembangkitan Sumatera Bagian Utara Sektor Pembangkit Sicanang Belawan. C. Manfaat Tugas Akhir Adapun manfaat Tugas Akhir ini adalah : 1. Untuk menambah pengetahuan dan pengalaman penulis dalam bidang yang dianalisa baik secara teoritis maupun penerapannya ; 2. Sebagai bahan referensi untuk mengembangkan pengetahuan mahasiswa/i tentang High Pressure Heater ; D. Batasan Masalah Permasalahan yang dibahas dalam Laporan Tugas Akhir ini dibatasi pada : 1. siklus air dan uap pada PLTU Unit 3 dan 4 PT PLN (Persero) Pembangkitan Sumatera Bagian Utara Sektor Pembangkit Sicanang Belawan ; 2. prinsip kerja PLTU dan peranan High Pressure Heater di dalamnya ; 3. efektifitas High Pressure Heater. E. Teknik Pengumpulan Data Teknik pengumpulan data yang dilakukan oleh penulis untuk memperoleh data dan informasi yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah : 2
1. Pengamatan Informasi maupun data tentang PLTU dan High Pressure Heater diperoleh melalui pengamatan di PT PLN (Persero) Pembangkitan Sumatera Bagian Utara Sektor Pembangkit Sicanang Belawan ; 2. Studi Literature Untuk menganalisa efektifitas High Pressure Heater diperlukan referensi dari berbagai sumber seperti studi kepustakaan, kajian-kajian dari buku dan tulisan, maupun dari internet ; 3. Metode Diskusi Untuk menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini penulis banyak berdiskusi dengan dosen pembimbing dan teman-teman. 3