BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar belakang Salah satu proses dalam sistem pembangkit tenaga adalah proses pendinginan untuk mendinginkan mesin-mesin pada sistem. Proses pendinginan ini memerlukan beberapa kebutuhan atau syarat temperatur tertentu dalam prosesnya, sehingga sistem dapat berjalan dengan baik. Sementara, di sisi lain, mungkin, terdapat medium yang berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai media pendingin. Jika kasusnya seperti ini, akan diperlukan suatu alat yang dapat memanfaatkan media pendingin yang berpotensi itu untuk kebutuhan proses pendinginan tersebut, yaitu Alat Penukar Kalor (APK). Ada banyak jenis-jenis Alat Penukar Kalor, namun APK jenis cangkang dan tabung (Shell and Tube Heat Exchanger) masih yang terbanyak digunakan di dunia industri dibandingkan dengan jenis lainnya. Salah satu keuntungan APK ini adalah konstruksinya dapat dipisah-pisah, tidak merupakan satu kesatuan. Oleh karena itu APK jenis ini dapat untuk dikembangkan lagi. Salah satu penggunaannya terdapat pada proses pendinginan pada sistem pembangkit tenaga PLTGU unit I dan II PT. PLN (Persero) KITSU sektor Belawan, SicanangMedan. Alat yang digunakan dinamakan Close Cooling Water Heat Exchanger (CCWHE), berupa APK jenis cangkang dan tabung. APK ini digunakan untuk memanfaatkan air laut sebagai pendingin air demin, air demin ini kemudian dimanfaatkan untuk mendinginkan oli mesin, dengan APK yang berbeda yang dinamakan Oil Cooler, sehingga sifat-sifat oli tetap terjaga. Temperatur air demin masuk CCWHE 42,8oC dan temperatur keluar yang diharapkan adalah 38oC.
Oleh karena itu untuk memenuhi kebutuhan temperatur pada proses pendinginan ini, diperlukan suatu APK yang efektif yang dapat diperoleh melalui perancangan yang
dilanjutkan
dengan
pengujian
secara
eksperimental
pada
tingkat
kemampuannya. Dalam pemakaian APK ini, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan untuk memperoleh perpindahan panas yang optimum untuk mendapatkan hasil yang diinginkan, yaitu jenis fluida, laju aliran, suhu, penurunan tekanan, laju perpindahan kalor, dimensi tabung dan cangkang, jarak baffle, baffle cut, susunan tabung, jarak pitch, dan jenis material. Baffle pada APK cangkang tabung adalah sangat penting untuk dibahas dalam memperbaiki atau meningkatkan unjuk kerja termal. Baffle juga diperlukan untuk mendukung keberadaan tabung dan membentuk pola aliran silang disepanjang tabung tersebut. Tunggul [1] mengemukakan bahwa jarak maksimum antara sekat (maximum spacing) adalah diameter dalam cangkang dan minimum 1/5 dari diameter dalam cangkang. Apabila jarak antara sekat itu dibuat terlalu jarang, maka aliran fluida akan aksial sehingga tidak terdapat aliran yang melintang sebaliknya kalau jarak antara sekat dibuat terlalu sempit menimbulkan bocoran yang berlebihan antara sekat dan cangkang. Perubahan pemasangan baffle dengan posisi tegak lurus dari beberapa variasi jarak dengan sendirinya memberi implikasi terhadap bentuk zona aliran maupun pola alirannya yang pada gilirannya akan dapat mempengaruhi unjuk kerja termal dan penurunan tekanan. Dalam penggunaannya pada APK, baffle dengan type segmental yang dipasang tegak lurus terhadap tabung atau arah aksial APK. Sekat (baffle) yang terpasang tegak lurus tabung akan mengakibatkan arah
aliran sebagian fluida dalam cangkang melintas tegak lurus (transversal) terhadap bundle tabung dan kondisi demikian akan meningkatkan efek turbulensi. Aliran tersebut sangatlah komplek, namun demikian dapat memberi dampak perpindahan kalor konveksi yang lebih baik disatu sisi, tetapi kurang baik terhadap penurunan tekanan di sisi lain. Dengan kata lain proses aliran dan perpindahan kalor di sisi tabung sangat bergantung kepada ukuran tabung itu sendiri, jarak pitch, susunan tabung, tipe baffle, jarak baffle, baffle cut, dan celah antara baffle dan shell. Tunggul [2] mengemukakan bahwa besarnya pemotongan sekat berkisar antara 15-45% diameter sekatnya, sebab pada kondisi ini akan terjadi perpindahan panas yang baik serta penurunan tekanan (pressure drop) tidak terlalu besar. Pertimbanganpertimbangan operasi menjadi hal yang sangat penting di dalam memilih baffle cut mana yang akan digunakan. Dari segi operasi dan pemeliharaan suatu APK cangkang tabung, susunan tabung adalah hal yang sangat prinsip karena dapat mempengaruhi besar penurunan tekanan pada aliran fluida. Penurunan tekanan dalam sisi cangkang sangat dipengaruhioleh faktor gesekan dan laju aliran masa fluida. Besarnya faktor gesekan dalam sisi cangkang yang berkorelasi langsung dengan bilangan Reynold. Oleh karena itu dalam sebuah tahap memperkirakan kinerja atau APK, bahwa begitu diketahui konfigurasinya maka akan tampaklah perbedaannya, namun sayangnya tidak selalu mengetahui banyak hal dari sistim tersebut sebelum perencanaannya lengkap. Setiap APK didesain sedemikian rupa agar dapat melakukan pertukaran energi kalor dari suatu media ke media lain atau
perpindahan kalor antara dua atau lebih fluida yang berbeda suhunya, dengan luas permukaan yang minimum dan kondisi operasi yang efektip serta konstruksi yang kokoh, maka pada penelitian ini jenis APK yang direncanakan adalah jenis cangkang tabung yang terdiri satu cangkang atau dengan satu tabung serta dilengkapi dengan beberapa baffle. Pada penelitian ini yang akan diamati dan dianalisa unjuk kerja termal dan penurunan tekanan suatu APK jenis cangkang tabung susunan segiempat yang dipengaruhi oleh pemasangan baffle dalam berbagai variasi baffle cut, dimana pada sisi tabung dialiri fluida dingin yaitu air laut dan pada sisi cangkang dialiri fluida panas yaitu air demin. Dalam hal ini unjuk kerja termal dinyatakan dalam angka koefisien perpindahan kalor menyeluruh dan penurunan tekanan.
1.2. Perumusan dan Batasan Masalah 1.2.1. Perumusan masalah Dalam penelitian ini, penulis membatasi masalah pada analisa koefisien perpindahan kalor menyeluruh dan penurunan tekanan pada APK jenis cangkang dan tabung dengan susunan tabung segiempat dengan variasi nilai baffle cut, Dalam penelitian ini dirumuskan masalah yang ditinjau yaitu berapa baffle cut optimal dan angka koefisien perpindahan panas menyeluruh (overall heat transfer coefficient) dan penurunan tekanan.
1.2.2. Batasan masalah Batasan masalah dalam penelitian ini yaitu pengujian dilakukan dengan rencana awal data yang ditetapkan sebagai berikut : 1.
Dengan 4 (empat) variasi baffle cut yaitu pada 5,31%, 18,22%, 30,37%, 43,28%. Laju aliran massa air demin(fluida panas) adalah 0,2 kg/det dengan rencana suhu masuk 42,80C dan fluida dingin adalah air laut dengan laju aliran massa 0,2kg/det.
2. APK ini merupakan hasil rancang bangun yang didasarkan atas perhitungan teoritis dengan metode trial and error dan sebagai data hasil pengujian yang diamati dan diperoleh berupa suhu air keluar yang diukur dengan menggunakan alat ukur Termo Resistance PT-100 ohm dan perbedaan tekanan pada sisi cangkang diukur menggunakan manometer air pipa U serta variabel lain yang dibutuhkan juga diukur dengan alat-alat ukur standar lainnya.
1.3. Tujuan penelitian Adapun tujuan penelitian pada tugas akhir ini, adalah: a. Menganalisa APK cangkang dan tabung secara eksperimental dengan variasi baffle cut untuk mendapatkan data laju perpindahan kalor dan penurunan tekanan. b. Untuk mendapatkan nilai baffle cut yang optimal pada APK cangkang dan tabung susunan segiempat.
1.4. Manfaat Penelitian Adapun manfaat penelitian pada tugas akhir ini, adalah: a. Menghasilkan informasi nilai baffle cut yang optimal untuk
APK
cangkang dan tabung susunan tabung segiempat yang dapat digunakan untuk perancangan APK. b. Sebagai pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi bidang APK cangkang dan tabung susunan tabung segiempat. c. Sebagai pengembangan wawasan penelitian secara eksperimental pada laboratorium Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
1.5. Metode Pengumpulan Data Adapun metode pengumpulan data dalam tugas akhir ini, dilakukan dengan cara: a. Study Lapangan, dimana penulis melakukan eksperimen dari APK yang dirancang bangun pada Laboratorium Alat Perpindahan Panas Departemen Teknik Mesin USU. b. Study Literatur, dimana penulis melakukan penelaahan dari buku-buku yang berhubungan dengan permasalahan yang dibahas dalam tugas akhir ini. c. Survey Study, dimana penulis melakukan pengamatan langsung di PLN Sicanang Belawan. d. Diskusi.
