ANALISA PERPINDAHAN PANAS PADA KONDENSOR DENGAN KAPASITAS 9.781 m³/ JAM UNIT 4 PLTU SICANANG BELAWAN LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Oleh RIDAYU PRATIWI 1205051043 JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
KATA PENGANTAR Puji dan Syukur Penulis Ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan Rahmat dan Hidayah-Nya sehingga laporan Tugas Akhir ini dapat selesai tepat pada waktunya. Laporan Tugas Akhir ini berjudul Analisa Perpindahan Panas Pada Kondensor dengan Kapasitas 9781m³/jam unit 4 PLTU Sicanang Belawan. Tujuan dan maksud penyusunan Tugas Akhir ini untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan Pendidikan Diploma 3, Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan. Tugas Akhir ini disusun berdasarkan pengamatan dan pengambilan data langsung di PT PLN ( Persero) Pembangkitan Sumatera Bagian Utara ( Sektor Pembangkitan Belawan ) dan juga dari beberapa data penunjang baik data berupa spesifikasi maupun data operasi. Dalam penulisan Tugas Akhir ini penulis menyadari terdapat hambatan dan tantangan, namun berkat bantuan dari berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir Ini. Pada Kesempatan ini Penulis banyak mengucapkan terima kasih kapada : 1. M. Syahruddin, S.T., M.T. Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Idham Kamil, S.T., M.T. Ketua Jurusan Teknik Mesin Politenik Negeri Medan; 3. Aulia Salman, S.T., M.T. Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan; 4. Ir. Abdul Razak, M.T. selaku ketua Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan dan selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan masukan dan bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini; 5. Ir. Suprapto Widodo, M.T. Wali kelas En 6B yang sering memberikan motivasi kepada Mahasiswa/i agar bisa terus semangat; 6. Kedua Orang Tua yang Penulis sangat cintai Ayahanda Anan dan Ibunda kamiseh serta abang tercinta abang gek dan andi yang telah memberikan
begitu banyak dukungan doa, nasehat, moril dan materil yang tiada hentinya; 7. Abang M.Amin Hasibuan dan Rikky Chandra Sihombing selaku pembimbing praktek kerja lapangan juga untuk semua bantuan yang diberikan berupa pengambilan data serta memberikan masukan-masukan tentang kondensor; 8. Teman-teman seperjuangan pada Praktek Kerja Lapangan Melki Astri Tambunan dan Rumiris lestari Rita Silalahi serta Devi Mei Sari Simarmata, Rahayu, imam, eko, randa sebagai sahabat suka duka dan membuat hari-hari lebih berwarna. 9. Keluarga besar FUITEN untuk adik-adik dan abang kakak senior yang sudah memberikan suasana baru serta pengalaman yang luar biasa; 10. Seluruh Rekan-rekan Mahasiswa Teknik Konversi Energi Mekanik angkatan 2012 terkhusus EN 6B atas semua bantuan yang kalian berikan selama mengerjakan Laporan Tugas Akir ini. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini mungkin masih kurang sempurna. Oleh karena itu, Penulis mengharapkan partisipasi pada semua pihak yang menbaca untuk memberiakn koreksi, kritik dan saran yang bersifat membangun, demi kesempurnaan tugas Akhir ini. Akhir kata, Penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat untuk seluruh pihak yang membaca serta dapat membantu bagi yang memerlukannya. Medan, Agustus 2015 Hormat Penulis, RIDAYU PRATIWI NIM. 1205051043
DAFTAR ISI SPESIFIKASI TUGAS AKHIR... ii LEMBAR PERSETUJUAN... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR LAMPIRAN... xii INTISARI... xiii ABSTRACT... xiv BAB I PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang... 1 B. Perumusan Masalah... 2 C. Tujuan Tugas Akhir... 2 D. Manfaat Tugas Akhir... 3 E. Teknik Pengumpulan Data... 3 F. Sistematika Penulisan Laporan... 3 BAB II LANDASAN TEORI... 5 A. Alat Penukar Kalor... 5 B. Klasifikasi Alat Penukar Kalor... 6 1. Klasifikasi Penukar Kalor Berdasarkan Pengaturan aliran Fluida...... 6 2. Klasifikasi Penukar Kalor Berdasarkan Jumlah Laluan... 10 3. Klasifikasi Penukar Kalor Berdasarkan Konstruksi... 10 BAB III KONDENSOR PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP... 23 A. Kondensor... 23
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. aliran parallel flow dan profil temperatur... 7 Gambar 2. aliran counter flow dan profil temperature... 9 Gambar 3. aliran cross flow dan profil temperatur... 10 Gambar 4. Alat penukar kalor laluan 1-1... 11 Gambar 5. Alat penukar kalor laluan 1-2... 12 Gambar 6. Penukar Kalor Pipa Rangkap...... 13 Gambar 7. U tube Heat Exchanger...... 14 Gambar 8. Straight-tube Heat Exchanger (one pass tube-side)..... 14 Gambar 9. Straight-tube Heat Exchanger (two pass tube-side)..... 14 Gambar 10. Penukar Kalor Plate and Frame... 15 Gambar 11. Auxillary Cooling Water Exchanger (ACWE)... 16 Gambar 12. Gland Steam Condensor (GSC)..... 17 Gambar 13. Low Pressure Heater (LPH)... 17 Gambar 14. High Pressure Heater (HPH)... 18 Gambar 15. Fouling Oil Heater (FOH)... 19 Gambar 16. Low Temperature Superheater (LTS)... 19 Gambar 17. High Temperature Superheater (HTS)... 20 Gambar 18. Economiser... 21 Gambar 19. Air Preheater... 21 Gambar 20. Air Reheater... 22 Gambar 21. Siklus Air dan Uap PLTU Unit 1.... 23 Gambar 22. Kondenser... 24 Gambar 23. Skema Pompa Vakum Kondensor.... 25 Gambar 24. Ball Cleaning System Condensor..... 26 Gambar 25. Bola Taproge..... 27 Gambar 26. Diagram T S Siklus PLTU (Siklus Rankine)..... 28 Gambar 27. Perpindahan panas konduksi pada dinding..... 31 Gambar 28. Perpindahan panas konveksi... 32 Gambar 29. Profil suhu aliran lawan arah dalam penukar kalor...... 39
BAB I PENDAHULUAN A.Latar Belakang Kebutuhan listrik di Indonesia merupakan sesuatu yang fital bagi rakyat Indonesia terlebih di zaman globalisasi ini. Indonesia melaksanakan program percepatan pembangkitan listrik sebesar 10.000 MW dengan mendirikan beberapa pembangkit listrik, terutama pembangkit listrik dengan menggunakan tenaga uap. PLTU diprioritaskan sebagai energi listrik Karena menghasilkan daya yang relatif besar dan juga mudah mendapatkan fluida utamanya. Salah satu pembangkit listrik tenaga uap yang didirikan di Medan adalah PLTU PT.PLN Persero Sektor Pembangkitan Belawan berkapasitas 4 x 65 MW. Siklus pembangkit Listrik Tenaga uap memiliki beberapa komponen seperti boiler, turbin, kondensor, dan pompa. Kondensor merupakan salah satu komponen utama pada sistem PLTU yang apabila mengalami masalah maka akan mengakibatkan menurunnya efisiensi pembangkit, hal itu tentu tidak diinginkan karena PLTU yang selalu beroperasi setiap hari secara terus menerus. Kondensor adalah salah satu jenis mesin alat penukar kalor (heat exchanger) yang berfungsi untuk mengkondensasikan fluida kerja. Fungsi kondensor pada PLTU adalah untuk mendinginkan atau mengkondensasikan uap keluaran turbin tekanan rendah dengan menggunakan media air laut sebagai fluida pendinginnya sehingga dapat dipompakan kembali ke boiler. Kondensor yang digunakan pada PLTU PT PLN Persero Sektor Pembangkitan Belawan sebagaimana alat penukar kalor lainnya, yaitu model selongsong dan tabung (shell and tube). Dimana fluida pendingin berupa air laut mengalir pada tabung-tabung, sedangkan fluida kerja sistem (fluida yang didinginkan) yaitu uap keluaran turbin tekanan rendah mengalir melalui selongsong / di luar tabung. Salah satu masalah yang pernah terjadi di kondensor unit 2 adalah terjadi pengotoran pada jalur tube air pendingin yang disebabkan oleh kotoran yang terbawa oleh air pendingin sehingga suplai air pendingin pada kondensor 1
berkurang, hal ini akan mengakibatkan berkurangnya proses perpindahan panas. Sehingga hal yang dilakukan saat melakukan perawatan pada kondensor adalah membersihkan tube air pendingin pada kondensor tersebut agar tidak terjadi pengendapan yang dapat mengganggu laju aliran air pendingin kondensor. Untuk itu penulis tertarik untuk mengambil judul Analisa Perpindahan Panas Pada Kondensor dengan Kapasitas 9781m³/jam unit 4 PLTU Sicanang Belawan untuk mengetahui kondisi kondensor tersebut baik atau tidaknya. B. Perumusan Masalah Topik permasalahan yang akan dibahas dalam laporan Tugas Akhir ini adalah : 1. Apa pengertian dan fungsi utama dari kondensor sebagai Alat penukar Kalor pada PLTU? 2. Bagaimana fungsi komponen utama kondenser sebagai Alat penukar kalor pada PLTU 3. Bagimana prinsip kerja kondensor sebagai Alat Penukar Kalor pada PLTU? 4. Bagaimana perhitungan LMTD, Perpindahan Panas Total dan efektivitas kondensor. C. Tujuan 1. Untuk mengetahui dan memahami pengertian dan fungsi utama kondensor sebagai Alat penukar Kalor pada PLTU. 2. Untuk mengetahui dan memahami komponen utama kondensor sebagai Alat penukar Kalor pada PLTU. 3. Untuk mengetahui dan memahami prinsip kerja kondensor sebagai alat penukar kalor. 4. Untuk mengetahui Perpindahan Panas Total kondensor, LMTD, dan efektivitas kondensor. 2
D. Manfaat 1. Sebagai sarana untuk menambah pengetahuan dan wawasan penulis di Pembangkit Listrik Tenaga Uap khususnya dalam bidang kondensor. 2. Sebagai bahan referensi dalam pengembangan pengetahuan mahasiswa/i tentang perpindahan panas pada kondensor di PLTU. E. Teknik Pengumpulan Data Adapun teknik pengumpulan data yang dilakukan oleh penulis untuk memperoleh data dan informasi yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah: 1. Survei lapangan PLTU PT PLN (Persero) Pulau Sicanang Medan Belawan, berupa peninjauan langsung ke sistem pembangkit tenaga dimana tujuan perencanaan ini dilaksanakan dan pengambilan data-data yang dibutuhkan. 2. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian-kajian dari buku dan tulisan yang terkait dengan perencanaan. 3. Diskusi berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing mengenai masalah yang timbul selama penulisan laporan Tugas Akhir ini. Pengambilan data dilakukan di PLTU PT PLN (Persero) Pembangkitan Sumatera Bagian Utara Sektor Pembangkitan Belawan, berupa data spesifikasi dan data operasi harian kondensor. F. Sistematika Penulisan Laporan Untuk memudahkan penulisan laporan Tugas Akhir ini penulis membuat sistematika penulisan sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang latar belakang penulisan, tujuan tugas akhir, perumusan masalah, teknik pengumpulan data, serta sistematika penulisan laporan tugas akhir. 3
BAB II ALAT PENUKAR KALOR Bab ini berisi tentang Alat Penuakar kalor, Klasifikasi Alat Penukar Kalor dan Alat Penukar kalor di Sicanang. BAB III KONDENSOR PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP Bab ini berisi tentang beberapa penjelasan tentang kondensor,, serta Metode Perhitungan LMTD dan Efektifitas Kondensor. BAB IV ANALISA DATA Bab ini berisi tentang Analisa perhitungan Temperatur Rata rata (Logarithmic Mean Temperature Difference - LMTD), Perpindahan Kalor Total (Q) dan Efektivitas (ε) pada kondensor. BAB V PENUTUP Bab ini berisikan kesimpulan dan saran yang di dapat selama penulis menyelesaikan tugas akhir. 4