ANALISA PERFORMANSI KONDENSOR DENGAN KAPASITAS AIR PENDINGIN 22082 M3/JAM DI PT PLN (PERSERO) SEKTOR PEMBANGKITAN LABUHAN ANGIN
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik
Oleh SUCI OKTAVILIA BR SITEPU 1205052102
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN 2015
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang senantiasa melimpahkan curahan rahmat dan berkat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini tepat pada waktunya. Laporan Tugas Akhir ini berjudul ”Analisa Performansi Kondensor dengan Kapasitas Air Pendingin 22082 m3/jam di PT PLN (PERSERO) Sektor Pembangkitan Labuhan Angin.” Tujuan dan maksud penyusunan Tugas Akhir ini untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan Pendidikan Diploma III, Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan. Tugas akhir ini disusun berdasarkan pengamatan penulis pada PLTU LABUHAN ANGIN, SIBOLGA SUMATERA UTARA. Dalam mewujudkan Tugas Akhir ini, Penulis merasakan dan menyadari sepenuhnya dukungan dari berbagai pihak oleh karena itu dengan segala kerendahan hati, Penulis menyampaikan terima kasih kepada : 1. M.Syahruddin S.T.,M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan ; 2. Idham Kamil S.T.,M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan ; 3. Aulia Salman S.T.,M.T., Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan ; 4. Ir. Abdul Razak M.T., Ketua Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik ; 5. Ir. Husin Ibrahim M.T., Dosen Pembimbing yang memberikan bimbingan kepada Penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ; 6. Ir. Isman Harianda M.T., Wali Kelas EN 6 C ; 7. Seluruh Dosen dan Pegawai Politeknik Negeri Medan terutama Dosen dan Pegawai Jurusan Teknik Mesin Prodi Teknik Konversi Energi Mekanik ; 8. Teristimewa kepada kedua Orang Tua Penulis yaitu Ayahanda Liasta Sitepu, Ibunda Rosmaidah Sembiring S.pd , adik penulis Areka
v
Syahprindo Sitepu dan Rimme Ariesa Sitepu yang telah memberikan banyak doa dan dukungan kepada Penulis baik moril maupun materil ; 9. Abang dan Kakak di PLTU Labuhan Angin Sibolga terutama abang Syalimono, abang Ricky, abang Gugi, yang selalu memberi dukungan dan membantu Penulis dalam pengerjaan Tugas Akhir ; 10. Rekan-rekan Mahasiswa EN 6 C dan seluruh Mahasiswa semester 6 Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik yang penulis sayangi dan banggakan terima kasih atas semua bantuan dan semangat yang telah di berikan selama mengerjakan Laporan Tugas Akhir ini ;
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa menyusun Tugas Akhir ini jauh dari kata sempurna, untuk itu saran serta kritik yang bersifat membangun Penulis harapkan untuk bekal dan kesuksesan dimasa yang akan datang. Akhirnya penulis berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi Penulis dan pembaca.
Medan, 08 Agustus 2015 Hormat Penulis,
Suci Oktavilia Br Sitepu NIM : 1205052102
vi
DAFTAR ISI
JUDUL ...............................................................................................................i SPESIFIKASI TUGAS AKHIR .................................................................... ii LEMBAR PERSETUJUAN .......................................................................... iii LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................iv KATA PENGANTAR ......................................................................................v DAFTAR ISI .................................................................................................. vii DAFTAR GAMBAR .......................................................................................xi INTISARI ..................................................................................................... xiii ABSTRACT ...................................................................................................xiv
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 ............................................................................................................ La tar Belakang Pemilihan Judul ......................................................................1 1.2 ............................................................................................................ Pe rumusan Masalah .........................................................................................2 1.3 ............................................................................................................ Tu juan Kerja Praktik ........................................................................................2 1.4 ............................................................................................................ M anfaat Tugas Akhir .......................................................................................2 1.5 ............................................................................................................ Te knik Pengumpulan Data ...............................................................................3 BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1 Umum ..........................................................................................................4 2.2 Alat Penukar Kalor ......................................................................................4 2.3 Klasifikasi Alat Penukar Kalor ....................................................................4 2.3.1 Alat Penukar Kalor Berdasarkan Fungsinya .........................................5
vii
2.3.1.1 Chiller ..............................................................................................5 2.3.1.2 Kondensor .......................................................................................6 2.3.1.3 Cooler .............................................................................................6 2.3.1.4 Evaporator ......................................................................................7 2.3.1.5 Reboiler ..........................................................................................8 2.3.1.6 Heat exchangerr ..............................................................................8 2.3.1.7 Vaporizer...........................................................................................9 2.3.1.8 Heater .............................................................................................10 2.4 Alat Penukar Kalor Berdasarkan Perpindahan Kalor .................................11 2.4.1 Kondensor Kontak Langsung (Direct Contact) ...................................11 2.4.2 Kondensor Permukaan (Surface Condenser) ........................................12 2.5 Alat Penukar Kalor Berdasarkan Konstruksi ............................................13 2.5.1 Tipe Tabung dan Pipa (Shell and Tube) ...............................................13 2.5.2 Tipe pipa bersirip (Fins and Tube) .......................................................13 2.5.3 Tipe pelat (Plate Heat Exchanger) .......................................................14 2.5.4 Tipe Spiral (Spiral Heat Exchanger) ...................................................14 2.6 Alat Penukar Kalor Berdasarkan Jenis Aliran ..........................................15 2.6.1 Aliran Sejajar (Paralel Flow) ..............................................................15 2.6.2 Aliran Berlawanan (Counter Flow) .....................................................15 2.6.3 Aliran Silang (Cross Flow) ..................................................................16 2.7 Jenis Lintasan pada Alat Penukar Kalor Shell and Tube ............................16 2.7.1 Lintasan Shell .......................................................................................16 2.7.2 Lintasan Tube ........................................................................................16 2.8 Prinsip Perhitungan Performansi Alat Penukar Kalor ...............................16 2.9 Fungsi Utama Kondensor dan Tujuan Kondensasi Uap ............................20 2.10 Fouling .....................................................................................................21
BAB 3 KONDENSOR PADA PLTU LABUHAN ANGIN 3.1 Sistem Air Pendingin pada PLTU ..............................................................22 3.2 Sistem siklus tertutup (close cycle) ............................................................22
viii
3.2.1 Tangki air pendingin bantu (head tank) ..............................................23 3.2.2 Pompa air pendingin Close Cooling Water Pump ..............................24 3.2.3 Pompa air pendingin Open Cooling Water Pump ................................24 3.2.4 Electric Water Filter ............................................................................25 3.2.5 Penukar panas air pendingin bantu (heat exchanger) ..........................25 3.3 Sistem siklus terbuka (open cycle) .............................................................27 3.3.1 Water Intake .........................................................................................27 3.3.2 Trash Crack Cleaner ............................................................................28 3.3.3 Travelling Bar Screen .........................................................................28 3.3.4 Main Cooling Water Pump ..................................................................29 3.3.5 Kondensor ............................................................................................29 3.3.6 Screen Wash Pump ..............................................................................32 3.3.7 Booster Pump .......................................................................................33 3.4 Bagian-bagian utama Kondensor ...............................................................34 3.4.1 Selongsong (Shell) ...............................................................................34 3.4.2 Ruang Air (Water Box) ........................................................................34 3.4.3 Ruang kondensat (hotwell) ..................................................................34 3.5 Alat bantu Kondensor ................................................................................34 3.5.1 Starting Air Ejector ..............................................................................34 3.5.2 Main Air Ejector ..................................................................................35 3.5.3 Ball Cleaning System (Tapporage Ball System) ..................................35
BAB 4 ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data ...........................................................................................................39 4.2 Analisa Data ...............................................................................................40 4.2.1 Perhitungan LMTD ..............................................................................41 4.2.2 Perhitungan Laju Perpindahan Kalor ...................................................42 4.2.3 Perhitungan Koefisien perpindahan panas pada sisi tube ...................42 4.2.4 Perhitungan Koefisien perpindahan panas pada sisi shell ...................43 4.2.5 Perhitungan Perpindahan Panas Menyeluruh ......................................44
ix
4.2.6 Perhitungan Effektivitas pada Kondensor ............................................44 4.2.7 Perhitungan Effektivitas dengan Metode NTU………………………...43
BAB 5 PENUTUP 5.1 Simpulan ....................................................................................................44 5.2 Saran ..........................................................................................................44 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
x
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.3.1.1 Chiller........................................................................................5 Gambar 2.3.1.2 Kondensor .................................................................................6 Gambar 2.3.1.3 Cooler ........................................................................................7 Gambar 2.3.1.4 Evaporator ................................................................................7 Gambar 2.3.1.5 Reboiler .....................................................................................8 Gambar 2.3.1.6 Heat Exchanger .........................................................................9 Gambar 2.3.1.7 a Vaporizer dengan Sirkulasi Paksa Cairan ..............................9 Gambar 2.3.1.7 b Vaporizer dengan Sirkulasi Alamiah Cairan........................10 Gambar 2.3.1.8 Heater .....................................................................................10 Gambar 2.4.2 a Kondensor Lintasan Tunggal ..................................................12 Gambar 2.4.2 b Kondensor Lintasan Ganda .....................................................13 Gambar 2.5.3 Tipe Pelat....................................................................................14 Gambar 2.5.4 Tipe Spiral ..................................................................................14 Gambar 2.6.1 Aliran Sejajar (Paralel Flow) ....................................................15 Gambar 2.6.2 Aliran Berlawanan (Counter Flow)............................................15 Gambar 2.6.3 Aliran Silang (Cross Flow) .......................................................16 Gambar 3.2.1 Tangki air pendingin bantu (Head Tank) ...................................23 Gambar 3.2.2 Close Cooling Water Pump ........................................................24 Gambar 3.2.3 Open Cooling Water Pump ........................................................25 Gambar 3.2.4 Electric Water Filter ..................................................................25 Gambar 3.2.5 Heat Exchanger ..........................................................................26 Gambar 3.3.1 Water Intake ...............................................................................27 Gambar 3.3.2 Trash Rack Cleaner ....................................................................28 Gambar 3.3.3 Travelling Bar Screen ................................................................28 Gambar 3.3.4 Main Cooling Water Pump ........................................................29 Gambar 3.3.5 Kondensor .................................................................................32 Gambar 3.3.6 Screen Wash Pump .....................................................................32 Gambar 3.3.7a Booster Pump ...........................................................................33 Gambar 3.3.7b Bearing Main Cooling Water Pump ........................................33 xi
Gambar 3.5.1 Starting Air Ejector ....................................................................35 Gambar 3.5.2 Main Air Ejector.........................................................................35 Gambar 3.5.3 Pengoperasian Ball Cleaning .....................................................36
xii
INTISARI
PLTU Labuhan Angin – Sibolga adalah sebuah pembangkit listrik dengan tenaga Uap yang menggunakan bahan bakar batubara dengan daya terpasang 2 x 115 MW. PLTU Labuhan Angin ini terdiri dari berbagai komponen utama dan pendukung. Salah satu komponen pendukung yang keberadaannya harus selalu aktif di PLTU adalah Kondensor. Kondensor berfungsi untuk mengkondensasikan uap dari low pressure turbine menjadi air kondensat. Analisa ini bertujuan untuk menganalisa performansi Kondensor di PLTU Labuhan Angin. Dengan mencari perhitungan jumlah kalor yang dibuang ke Kondensor, koefisien perpindahan panas pada sisi tube dan shell serta mencari effektivitas Kondensor. Temperatur air pendingin masuk kondensor adalah 27oC dan temperatur keluar kondensor adalah 43oC. Setelah dianalisa maka diperoleh performansi Kondensor yaitu panas yang dibuang ke Kondensor (Q) 407577,938 kW, LMTD (Logarithmic Mean Temperature Difference) 17oC, koefisien perpindahan panas pada sisi tube (hi) 7498,224 w/m2oC, koefisien perpindahan panas pada sisi shell (ho) 2379,08 w/m2oC, perpindahan panas menyeluruh (U) 1794,28 w/m2oC dan effektivitas Kondensor adalah 65,78 %. Hal ini berarti Kondensor di PLTU Labuhan Angin masih dapat beroperasi dengan optimal. Kata kunci : Kondensor, Effektivitas, Perpindahan Panas
ABSTRACT
PLTU Labuhan Angin – Sibolga is a steam power plants that use coal fuel with an installed power of 2 x 115 MW. PLTU Labuhan Angin consist of various major components. One of the supporting components whose existence must always be active in the power plant is the condenser. The condenser is used to condense steam from the low pressure turbine into condensate water. This task aims to analyze the performance of the Condenser in PLTU Labuhan Angin. By looking for the calculation heat total who throw to the Condenser, the coefisien heat transfer tube side and shell also search the Condenser effectiveness. Cooling water temperature inlet is 27oC outlet temperature is 43 oC. From analysis is gotten total heat must be flowed to Condenser is 407577,938 kW , LMTD (Logarithmic Mean Temperature Difference) is 17oC, tube side heat transfer coefisien is 7498,224 w/m2oC , shell side heat o
transfer coefisien is 2379,08 w/m2 oC, Overall heat transfer coefficient is 1794,28 w/m C
and Condenser effectiveness is 65,78% .This means the condenser in the PLTU Labuhan Angin can still operate optimally. Keyword : Condenser, Effectiveness, Heat transfer
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Pemilihan Judul Dari hasil survei di lapangan, kebutuhan masyarakat akan energi listrik
semakin meningkat dan oleh sebab itu dituntut pula tersedianya pembangkit listrik yang mampu menghasilkan daya listrik relatif besar dan ekonomis. Salah satu pembangkit listrik yang banyak digunakan adalah Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), selain dapat menghasilkan daya listrik relatif besar juga mudah untuk mendapatkan fluida utamanya.Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Sektor Labuhan Angin dibangun dalam usaha penyediaan energi listrik yang handal dan efisien guna memenuhi kebutuhan listrik yang semakin meningkat secara drastis dan signifikan pada sistem kelistrikan Sumatera Utara, Aceh dan Riau.Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Sektor Labuhan Angin terletak kira-kira 20 km arah barat kotamadya Sibolga, desa Labuhan Angin Kabupaten Tapanuli Tengah, Provinsi Sumatera Utara. Secara geografis PLTU sektor Labuhan Angin terletak pada 1° LU dan 98° BT dengan area seluas 50 Ha di tepi pantai Teluk Tapian Nauli. Pembangkit ini menggunakan Turbin bertenaga uap dengan batu bara sebagai bahan bakar utamanya yang memiliki kapasitas 2 x 115 MW. Pada pembangkit listrik tenaga uap dimana uap digunakan sebagai fluida utama yang diperoleh dari air yang dipanaskan pada boiler hingga mencapai kondisi saturasi hingga air berubah fase menjadi uap.Semakin besar kapasitas listrik yang dihasilkan maka semakin besar pula kapasitas uap yang dibutuhkan, kapasitas uap yang banyak berarti membutuhkan pasokan air yang banyak pula.Maka, suatu pembangkit listrik uap tenaga layak didirikan pada tempat yang memiliki persediaan air yang banyak seperti sungai, laut dan danau. Meskipun persediaan air memadai, tetapi uap bekas dari turbin masih dapat dimanfaatkan dengan cara mengubahnya menjadi kondensat dengan suatu peralatan yang disebut dengan kondensor. Kemudian kondensat yang keluar dari kondensor 1
dipompakan untuk mengisi boiler (sebagai air pengumpan boiler). Dengan demikian suplai air ke boiler akan berkurang sekaligus mengurangi biaya operasional pengolahan air untuk pengisian boiler.
1.2
Perumusan Masalah Topik permasalahan atau permasalahan yang akan dibahas dalam laporan Tugas Akhir ini adalah :
1.
Bagaimana perhitungan jumlah panas yang dibuang ke Kondensor, dan perhitungan beda temperatur rata-rata logaritma (LMTD)
2.
Bagaimana perhitungan koefisien perpindahan panas pada sisi tube , pada sisi shell serta perhitungan koefisien perpindahan panas menyeluruh
3.
Bagaimana perhitungan effektivitas pada kondensor di PLTU Labuhan Angin
1.3
Tujuan Tugas Akhir Tujuan Laporan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1.
Untuk mengetahui perhitungan jumlah panas yang dibuang ke Kondensor , dan perhitungan beda temperatur rata-rata logaritma (LMTD)
2.
Untuk mengetahui koefisien perpindahan panas pada sisi tube pada sisi shell serta mengetahui koefisien perpindahan panas menyeluruh
3.
Untuk mengetahui effektivitas pada kondensor di PLTU Labuhan Angin
1.4
Manfaat Tugas Akhir Laporan Tugas Akhir ini diharapkan bermanfaat bagi:
1.
Manfaat untuk penulis sendiri untuk menambah khasanah ilmu pengetahuan dan pengalaman agar mampu melakukan kegiatan yang sama kelak setelah bekerja dan terjun kelapangan.
2.
Laporan ini diharapkan dapat menjadi buku referensi tambahan dalam pembangunan pengetahuan mahasiswa/i tentang perpindahan panas pada kondensor di PLTU.
2
1.5
Teknik Pengumpulan Data Adapun teknik pengumpulan data yang dilakukan oleh penulis untuk memperoleh data dan informasi yang dibutuhkan dalam penelitian adalah:
1.
Survei lapangan ke PT PLN (Persero) Sektor Pembangkitan Labuhan Angin Desa Labuhan Angin Kabupaten Tapanuli Tengah, 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.
3
