ANALISA SISTEM PENDINGIN KAPASITAS 1.200 GPM PADA MESIN DIESEL DI PLTD TITI KUNING LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK
Oleh RIERDO LABONIA MANALU 1205051044
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas semua hikmat dan rahmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan program pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan. Adapun judul tugas akhir ini adalah “Analisa Sistem Pendingin Kapasitas 1200 GPM pada Mesin Diesel di PLTD Titi Kuning”. Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis dapat banyak bantuan moril maupun material serta bimbingan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Dengan segala ketulusan dan kerendahan hati penulis mengucapkan 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;
3.
Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik;
4.
Faisal Fahmi Hasan, S.T., M.T., selaku Dosen pembimbing penulis yang telah banyak memberikan arahan dalam membimbing penulis menyelesaikan laporan tugas akhir ini;
5.
Ir. Hairanus Tarigan, M.T., selaku Dosen wali kelas EN - 6A;
6.
Seluruh Dosen dan Staf Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik;
7.
Bapak pimpinan PLTD Titi Kuning, yang telah memberikan izin kepada penulis untuk mengambil data dalam melaksanakan tugas akhir ini;
8.
Ayahanda (M.Manalu), Ibunda (M.B.Aritonang) dan kedua saudara penulis (Tomi Manase Manalu dan Eva Maria Manalu) yang tidak henti-hentinya mencurahkan kasih sayang, bimbingan, doa, motivasi maupun dukungan moril dan materil sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini;
vi
9.
Rekan-rekan Mahasiswa Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik angkatan 2012 terutama kelas EN- 6A yang telah menjalin kebersamaan selama tiga tahun demi menempuh pendidikan di Politeknik Negeri Medan. Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan dalam pembuatan
tugas akhir ini yang disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kemampuan penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini. Akhirnya penulis mengucapkan terima kasih atas perhatian pembaca dan semoga bermanfaat bagi pembaca.
Medan, 20 Agustus 2015 Penulis,
Rierdo Labonia Manalu NIM. 1205051044
vii
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ........................................................................
ii
LEMBAR PERSETUJUAN ...............................................................................
iii
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................
iv
PERYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ..................................................
v
KATA PENGANTAR .........................................................................................
vi
DAFTAR ISI ........................................................................................................
viii
DAFTAR GAMBAR ...........................................................................................
xi
DAFTAR TABEL ...............................................................................................
xii
INTISARI ............................................................................................................
xiii
ABSTRACT .........................................................................................................
xiv
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................
1
A. Latar Belakang .............................................................................................
1
B. Rumusan Masalah........................................................................................
1
C. Tujuan ..........................................................................................................
2
D. Manfaat ........................................................................................................
2
E. Teknik Pengumpulan Data ..........................................................................
2
BAB II DASAR TEORI ......................................................................................
4
A. Perpindahan Kalor/Panas .............................................................................
4
1. Umum .....................................................................................................
4
2. Mekanisme Perpindahan Panas...............................................................
5
a. Konduksi (Hantaran) ........................................................................
5
b. Konveksi (Aliran).............................................................................
7
viii
c. Radiasi ..............................................................................................
10
3. Sistem Aliran Penukar Panas ..................................................................
11
4. Alat Penukar Kalor .................................................................................
12
a. Klasifikasi Penukar Panas .................................................................
12
b. Parameter dalam Menghitung Perpindahan Panas ............................
21
B. Mesin Diesel ...............................................................................................
25
1. Pengenalan Mesin Diesel ........................................................................
25
2. Bagian-bagian Mesin Diesel ...................................................................
26
a.
Bagian yang Bergerak ......................................................................
26
b.
Bagian yang Tidak Bergerak ...........................................................
28
3. Prinsip Kerja Mesin Diesel .....................................................................
29
4. Neraca Energi..........................................................................................
32
BAB III SISTEM PENDINGIN PADA PLTD .................................................
33
A. Umum .........................................................................................................
33
1. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel .........................................................
33
2. Sistem Peralatan Pendukung (Auxiliary) PLTD ....................................
34
B. Sistem Pendingin Mesin PLTD ..................................................................
35
C. Peralatan Sistem Pendingin Pada PLTD ....................................................
36
D. Prinsip Kerja Sistem Pendingin pada PLTD ..............................................
41
BAB IV ANALISA DATA ..................................................................................
43
A. Data Operasional Laporan Harian PLTD Titi Kuning ...............................
43
B. Analisa Data Operasional Laporan Harian PLTD Titi Kuning ..................
44
1. Mesin Enterprise 2 ...............................................................................
44
2. Mesin Enterprise 3 ...............................................................................
50
3. Mesin Enterprise 4 ...............................................................................
51
4. Mesin Enterprise 5 ...............................................................................
52
C. Menghitung Perpindahan Panas Konveksi (h) pada Radiator ....................
53
BAB V PENUTUP ...............................................................................................
58
ix
A. Kesimpulan .................................................................................................
58
B. Saran ...........................................................................................................
58
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar
2.1 Skema perpindahan panas konduksi ..........................................
6
Gambar
2.2 Perpindahan panas dari plat panas ............................................
8
Gambar
2.3 Klasifikasi proses perpindahan panas konveksi .........................
9
Gambar
2.4 Perpindahan panas secara radiasi ...............................................
11
Gambar
2.5 Profil temperatur pada aliran co-current ....................................
13
Gambar
2.6 Aliran counter flow.....................................................................
14
Gambar
2.7 Profi temperatur pada aliran co-current .....................................
14
Gambar
2.8 Tipe aliran cross flow .................................................................
15
Gambar
2.9 Double pipe heat exhanger .........................................................
16
Gambar
2.10 Shell and tube heat exhanger .....................................................
17
Gambar
2.11 Plate heat exhanger ....................................................................
17
Gambar
2.12 Coil pipe .....................................................................................
18
Gambar
2.13 Air cooled heat exchanger..........................................................
19
Gambar
2.14 Contoh-contoh konfigurasi compact heat exhanger ..................
20
Gambar
2.15 Mode perpindahan panas ............................................................
23
Gambar
2.16 Piston ..........................................................................................
26
Gambar
2.17 Ring piston..................................................................................
27
Gambar
2.18 Batang torak ...............................................................................
27
Gambar
2.19 Poros engkol ...............................................................................
28
Gambar
2.20 Cylinder block mesin..................................................................
29
Gambar
2.21 Diagram hubungan p-v siklus diesel .........................................
30
Gambar
2.22 Siklus motor diesel 4 langkah ....................................................
31
Gambar
3.1 Bagian sentral PLTD………………………………………… ..
35
Gambar
3.2 Radiator pada PLTD Titi Kuning ...............................................
37
Gambar
3.3 Skema umum sistem air pendingin Enterprise ...........................
41
xi
DAFTAR TABEL
Tabel
2.1 Konduktivitas termal beberapa material .........................................
7
Tabel
2.2 Harga koefisien perpindahan panas konveksi .................................
10
Tabel
2.3 Representase nilai koefisien perpindahan kalor total U pada penukar kalor ...................................................................................
24
Tabel
3.1 Data spesifikasi jacket water circulating pump ..............................
38
Tabel
3.2 Data spesifikasi aftercooler water circulating pump ......................
39
Tabel
3.3 Data Spesifikasi radiator .................................................................
40
Tabel
4.1 Data harian mesin PLTD Titi Kuning.............................................
43
Tabel
4.2 Data harian bahan bakar PLTD Titi Kuning ...................................
43
Tabel
4.3 Persentase distribusi energi pada mesin Enterprise 2 .....................
51
Tabel
4.4 Persentase distribusi energi pada mesin Enterprise 3 .....................
52
Tabel
4.5 Persentase distribusi energi pada mesin Enterprise 4 .....................
53
Tabel
4.6 Persentase distribusi energi pada mesin Enterprise 5 .....................
54
xii
INTISARI
Mesin diesel adalah motor bakar torak yang beroperasi pada tekanan dan suhu yang cukup tinggi. Proses pembakaran di dalam silinder terjadi berulangulang yang menyebabkan dinding silinder, kepala silinder, torak, katup dan beberapa bagian yang lain menjadi panas. Energi kalor yang dihasilkan oleh bahan bakar hanya dapat dimanfaatkan sebanyak (25-40) %. Sisa energi kalor yang lain dibawa oleh gas buang dan yang lainnya harus segera diserap oleh sistem pendingin demi batas suhu toleransi yang diperbolehkan (mencegah terjadinya overheat), agar mesin tetap dapat bekerja dengan optimal. Sistem pendingin yang digunakan pada mesin pembangkit listrik tenaga diesel adalah radiator dengan air sebagai fluida kerjanya. Kemampuan radiator dalam menyerap kalor dari mesin diesel tergantung dari kapasitas aliran air pendingin dan beda temperatur air pendingin yang masuk dan keluar radiator. Dari hasil analisa yang dilakukan terhadap 4 mesin diesel yang beroperasi pada PLTD Titi Kuning, diperoleh laju perpindahan kalor tertinggi yang dapat diserap air pendingin dimiliki oleh radiator pada mesin Enterprise 5 dengan daya serap kalor sebesar 42,17 %, yakni sebanyak 3.890,38 kW dari total energi masuk bahan bakar sebesar 9.223,79 kW.
Kata kunci: Radiator, mesin diesel, energi kalor, PLTD.
xiii
ABSTRACT
The diesel engine is a reciprocating engine that operates in highly pressure and temperature. The combustion process in the cylinder consist in continously which causes the walls of the cylinder, cylinder head, piston, valves and other parts become hot. Heat energy that produced by the fuel can only be used as much (25-40)%. The residue is out by exhaust and the other must be absorbed by the cooling system for the sake of tolerance temperature limit allowed (preventing overheating) keep the machine still work optimally. The cooling system that used in the diesel engine power plant is the radiator with water as the working fluid. Radiator's ability to absorb heat from the diesel engines depends on the capacity of the cooling water flow and temperature difference cooling water which in and out from the radiator. Obtained from the analysis on 4 diesel engines that operated in PLTD Titi Kuning, the highest heat transfer rate that can be absorbed by the cooling water in the engine radiator is owned by Enterprise 5 with absorption of heat by 42.17%, which amounted 3.890,38 kW of total energy produced of 9.223,79 kW fuel.
Keywords: Radiator, diesel engine, heat energy, PLTD.
xiv
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) ialah pembangkit listrik yang menggunakan mesin diesel 4 langkah sebagai penggerak mula (prime mover). Prime mover merupakan peralatan yang mempunyai fungsi menghasilkan energi mekanis yang diperlukan untuk memutar rotor generator. Unit PLTD adalah kesatuan peralatan–peralatan utama dan alat-alat bantu serta perlengkapannya yang tersusun dalam hubungan kerja, membentuk sistem untuk mengubah energi yang terkandung di dalam bahan
bakar minyak
menjadi tenaga mekanis, lalu generator mengubah tenaga mekanis tersebut menjadi tenaga listrik. Sebagai mesin diesel, proses pembakaran di dalam ruang bakar terjadi pada temperatur yang sangat tinggi dan berlangsung secara berulang. Hal tersebut mengakibatkan temperatur dinding silinder, kepala silinder, piston, katup dan beberapa bagian lainnya menjadi naik. Pendinginan mesin akibat proses pembakaran menggunakan radiator, dengan air sebagai fluida pendinginnya. Peran radiator dalam sistem pendingin pada unit pembangkit listrik tenaga diesel, memiliki andil yang sangat besar, karena mempengaruhi kondisi kerja mesin diesel, agar dapat beroperasi dalam kondisi yang optimal. Hal inilah yang mendorong penulis untuk menganalisa kinerja sistem pendingin dengan judul “Analisa Sistem Pendingin Kapasitas 1200 GPM pada Mesin Diesel di PLTD Titi Kuning”.
B. Rumusan Masalah Pada laporan tugas akhir ini, permasalahan yang akan dibahas ialah: 1. Bagaimana prinsip kerja radiator ? 1
2. Bagaimana perhitungan laju perpindahan kalor radiator? 3. Bagaimana hubungan radiator dengan kinerja mesin PLTD?
C. Tujuan Adapun tujuan penulisan laporan tugas akhir ini adalah untuk : 1. Mengetahui prinsip kerja radiator. 2. Mengetahui perhitungan laju perpindahan kalor radiator. 4. Mengetahui hubungan radiator dengan kinerja mesin PLTD.
D. Manfaat Laporan tugas akhir ini diharapkan bermanfaat bagi: 1. Manfaat untuk penulis sendiri untuk menambah khazanah ilmu pengetahuan dan pengalaman agar mampu melakukan kegiatan yang sama kelak setelah bekerja atau ke lapangan. 2. Laporan ini diharapkan dapat menjadi referensi tambahan dalam pengembangan pengetahuan mahasiswa/i tentang sistem pendingin pembangkit listrik menggunakan mesin diesel.
E. Teknik Pengumpulan Data Adapun metode pengumpulan data mengenai analisa tugas akhir ini dengan cara : 1. Studi literatur dengan buku-buku yang ada di perpustakaan, khususnya perpustakaan Politeknik Negeri Medan maupun sumber lain yang berkaitan dengan analisa tersebut. 2. Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing yang bersangkutan maupun
dengan
pihak-pihak
yang
dapat
membantu
dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2
3. Melakukan studi di lapangan dengan meninjau langsung alat yang hendak dianalisa di PLTD Titi Kuning.
3
