1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. LATAR BELAKANG Integrated Steel Mill (ISM) adalah pabrik berskala besar yang menyatukan peleburan besi (iron smelting) dan fasilitas pembuatan baja (steel making), biasanya berbasis Basic Oxygen Furnace (World Steel Asociation, 2012). Proses pembuatan baja pada ISM meliputi 3 tahap dasar (Primary Metal, 2017), salah satunya adalah Coke Making. Coke adalah bahan bakar karbon padat dan sumber karbon yang digunakan untuk meleburkan bijih besi (Primary Metal, 2017), yang didapatkan dengan memanaskan coal dengan temperatur tinggi di dalam Coke Oven. Proses pemanasan tersebut akan menghasilkan produk sampingan gas, yang dinamakan Coke Oven Gas (COG). Berdasarkan Primary Metal (2007), COG merupakan salah satu emisi udara yang dihasilkan dari Coke Oven. Meskipun demikian, menurut Lacey (2011), COG adalah bahan bakar gas yang memiliki nilai kalori yang sedang, sehingga dapat dimanfaatkan kembali untuk bahan bakar di ISM setelah dilakukan treatment terlebih dahulu. Di ISM Krakatau sendiri, COG digunakan untuk beberapa plant yang dibedakan berdasarkan tekanan kerjanya, yaitu low pressure plant dan high pressure plant. Pada low pressure plant, COG yang telah di treatment dapat langsung digunakan. Sedangkan pada high pressure plant tekanan COG harus dinaikan terlebih dahulu untuk dapat sampai ke plant yang dituju dan dapat digunakan. Untuk kebutuhan tersebut digunakanlah COG booster, yang termasuk jenis fan. Fungsi dari fan itu sendiri berdasarkan The Engineering ToolBox (2017) adalah untuk mengalirkan gas dalam jumlah besar dengan sedikit kenaikan pada tekanan nya. Terdapat dua unit booster yang terpasang, di mana pada kondisi normal satu booster beroperasi, sedangkan booster
2 yang lain dalam posisi stand by. Dengan fungsinya tersebut, maka COG booster merupakan salah satu komponen yang penting dan harus beroperasi dengan normal. Salah satu faktor yang mempengaruhi kinerja COG booster adalah temperatur komponen-komponen booster tersebut, di mana harus tetap berada pada batas normalnya. Sehingga untuk memastikan hal tersebut, dipasang suatu penukar panas atau heat exchanger. Definisi dari heat exchanger menurut Kakac (2012) adalah suatu alat yang di mana terjadi aliran perpindahan panas di antara dua fluida atau lebih pada temperatur yang berbeda. Perbedaan temperatur harus terjadi karena berdasarkan hukum termodinamika ke-2, panas mengalir secara spontan dari benda dengan temperatur tinggi ke benda lain dengan temperatur lebih rendah, dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya (Kothandaraman, 2006). Pada COG booster dipasang sebuah heat exchanger dengan tipe shell and tube untuk menurunkan temperatur oli, yang digunakan untuk pelumasan dan pendinginan bearing. Oli yang disirkulasikan dengan pompa dari reservoir mengalir menuju bearing housing, untuk melumasi dan menyerap panas dari bearing tersebut, setelah itu kembali ke reservoir. Karena oli tersebut disirkulasikan kembali, maka pemasangan heat exchanger sangat penting agar oli tersebut dapat terus digunakan untuk menyerap panas dari bearing dan mencegah terjadinya overheat pada bearing tersebut. Kerugian yang terjadi ketika terjadi overheat pada bearing menurut Chmiel (2012) adalah booster akan mengalami trip, dan kemungkinan terjadi kerusakan pada bearing dan komponen lain. Seperti komponen atau mesin yang lain pada umumnya yang memiliki umur pakai, berlaku pula pada heat exchanger. Semakin lama heat exchanger digunakan akan menyebabkan pengotoran (fouling) pada bagian dalam heat exchanger tersebut. Lapisan pengotoran ini menyebabkan penambahan tahanan termal dan menyebabkan laju perpindahan panas pada heat exchanger berkurang (Cengel, 2006), yang pada akhirnya akan berpengaruh pada kinerja dari heat exchanger secara khususnya, dan unit booster pada umumnya. Karena komponen heat exchanger tersebut memegang peranan penting pada operasi booster, maka kinerja dari heat exchanger tersebut harus terus dijaga agar tetap
3 optimal dan berfungsi dengan baik. Oleh karena itu perlu dilakukan analisis terhadap kinerja dan efektivitas heat exchanger, terutama akibat pengaruh pengotoran yang terjadi didalamnya, untuk selanjutnya dilakukan evaluasi akibat pengaruh dari pengotoran tersebut. 1.2. RUMUSAN MASALAH Hal-hal yang menjadi rumusan masalah dalam penelitian ini di antaranya: 1. Timbulnya pengotoran pada bagian dalam heat exchanger seiring dengan lamanya dioperasikan yang dapat mempengaruhi kinerja dan efektivitas heat exchanger, dan secara tidak langsung mempengaruhi kinerja unit booster. 2. Oli dipompakan dan disirkulasikan dari reservoir, kemudian diturunkan temperaturnya terlebih dahulu pada heat exchanger sebelum melumasi dan mendinginkan temperatur bearing. 3. Temperatur bearing harus dicegah agar tidak mencapai overheat karena dapat menyebabkan booster trip dan terjadi kerusakan pada bearing dan komponen lain. 1.3. TUJUAN PENELITIAN Tujuan yang hendak dicapai oleh penulis dalam penelitian ini di antaranya: 1. Melakukan analisis terhadap laju perpindahan panas aktual yang terjadi pada heat exchanger. 2. Melakukan analisis terhadap besarnya pengotoran yang terjadi pada heat exchanger dan pengaruhnya terhadap laju perpindahan panas aktual. 3. Melakukan analisis efektivitas pada heat exchanger yang dipengaruhi oleh besarnya nilai laju perpindahan panas aktual 1.4. BATASAN MASALAH Hal-hal yang dibatasi pada penelitian ini di antaranya: 1. Heat exchanger yang dianalisis terpasang pada sistem COG Booster unit 1 di Integrated Steel Mill Krakatau dengan jenis shell and tube tipe EKM-510-T-CN.
4 2. Fluida yang didinginkan pada shell and tube adalah oli dengan spesifikasi ISO VG46, dengan debit standar sesuai spesifikasi 5 l /min yang mengalir di bagian shell nya. Sedangkan fluida pendinginnya menggunakan air dengan debit standar sesuai spesifikasi 10 l /min yang mengalir di bagian tube. 3. Data yang digunakan untuk analisis menggunakan data instalasi dan operasi, di mana data operasi didapatkan dari hasil pembacaan sensor di Human Machine Interface (HMI) dengan durasi satu tahun setelah booster pertama kali dioperasikan (Januari 2014 Desember 2014), kemudian dipilih waktu ketika terdapat durasi operasi yang cukup lama tanpa terputus. 1.5. SISTEMATIKA PENULISAN Secara garis besar laporan ini terdiri dari 5 (lima) bab dengan beberapa sub bab dan daftar pustaka serta lampiran. Agar mendapat arah dan gambaran yang jelas mengenai hal yang tertulis, berikut dijelaskan sistematika penulisannya secara lengkap. Bab 1 menjelaskan mengenai latar belakang dilakukannya penelitian, rumusan yang menjadi permasalahan penelitian, tujuan yang hendak dicapai dengan penelitian yang dilakukan, batasan dan ruang lingkup dalam pelaksanaan penelitian, serta sistematika penulisan. Pada bab 2 dicantumkan beberapa penelitian yang berhubungan dengan analisis kinerja heat exchanger yang telah dilakukan sebelumnya dan teori dasar yang dijadikan acuan dalam penyelesaian tugas akhir seperti teori mengenai perpindahan panas, teori heat exchanger, dan teori shell and tube. Bab 3 menjelaskan mengenai metodologi dan langkah-langkah yang dilakukan dalam proses penelitian dan penyelesaian masalah. Pada bab ini juga dicantumkan diagram alir penelitian untuk memperjelas proses yang dilakukan. Bab 4 menjelaskan mengenai data-data yang dikumpulkan, beberapa perhitungan yang dilakukan, analisis hasil perhitungan, dan pembahasaan terhadap hasil perhitungan yang didapat. Bab 5 menjelaskan kesimpulan dari hasil analisis yang dilakukan, serta mencantumkan beberapa saran untuk perbaikan penelitian dan pemanfaatan hasil analisis yang telah dilakukan.
5 Daftar Pustaka berisi kumpulan pustaka atau referensi yang digunakan dalam penyelesaian proses penelitian. Kumpulan pustaka tersebut dikumpulkan dari buku, jurnal, laporan tugas akhir, manual book dan katalog produk. Sedangkan lampiran berisi dokumen dokumen pelengkap yang tidak dicantumkan dalam isi laporan, selain itu terdapat pula hasil keseluruhan perhitungan yang dibuat dalam bentuk tabel.