ANALISA PERFORMANSI COOLER LUBE OIL DENGAN KAPASITAS 300 TON/JAM PADA UNIT 2 DI PLTU LABUHAN ANGIN
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi
Oleh KEVIN BENEDICT MARPAUNG NIM : 1305051028
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2016
vi
KATA PENGANTAR Puji dan syukur Penulis sampaikan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karunia-Nya yang sampai saat ini selalu melimpah terutama selama proses penyusunan tugas akhir ini hingga dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini merupakan syarat untuk menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi di Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan dengan judul βAnalisa Performansi Cooler Lube Oil dengan Kapasitas 300 Ton/Jam pada Unit 2 di PLTU Labuhan Angin.β Pada kesempatan ini, Penulis ingin menyampaikan ucapa terimakasih kepada semua pihak yang telah memberikan dorongan semangat, bombingan, motivasi, dan pengarahan selama penyusunan laporan tugas akhir ini. Penulis ingin menyampaikan terimaksih 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 Politeknik Negeri Medan; 3. Ir. Abdul Razak,M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan; 4. Ir.Rufinus Nainggolan,M.T., selaku Dosen pembimbing; 5. Ir.Hairanus Tarigan,M.T., selaku Wali Kelas EN-6B; 6. Orangtua Penulis Ir. R. Marpaung dan T. br. Sianturi yang selalu berdoa dan selalu memberi pengertian untuk Penulis tiada henti, dan adik-adik tersayang Reinhart Marpaung dan Chris Conrat Marpaung serta oppung H. Marpaung, L br Siahaan, D. Sianturi, dan E br Panjaitan; yang selalu memberikan dorongan yang luar biasa; 7. Teman-teman seperjuangan kelas EN-6B angkatan 2013, terutama kepada Evelin Marbun, Mulyana Nababan, dan Magdalena br Tamba atas semangat, hiburan, persahabatan, dan kebersamaan; 8. Teman-teman team PKL ke PLTU Labuhan Angin; 9. Seluruh Mahasiswa Program Studi Teknik Konversi Energi;
vi
10. Seluruh staff pengajar dan pegawai administrasi Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan; 11. Seluruh staff dan pegawai PT PLN (Persero) Pembangkitan Sumatera Bagian Utara Sektor Labuhan Angin terutama kepada Bapak Rachmad Sazuli, Sandro Sitanggang, Mario, dan Ramses Siahaan; 12. Kepada seluruh orang yang sudah membantu menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih terdapat kesalahan dan untuk itu Penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Akhir kata, Penulis mengucapkan terimakasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi Pembaca.
Medan,
Agustus 2016
Hormat Penulis
Kevin Benedict Marpaung NIM. 1305051028
vii
DAFTAR ISI Judul Spesifikasi Tugas Akhir Lembar Persetujuan Lembar Pengesahan Lembar Pernyataan Keaslian Tugas Akhir Kata Pengantar ..............................................................................................
vi
Daftar Isi .........................................................................................................
viii
Daftar Gambar ...............................................................................................
xi
Intisari .............................................................................................................
xii
Abstract ...........................................................................................................
xiii
BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...................................................................................
1
1.2 Batasan Masalah ................................................................................
2
1.3 Tujuan Tugas Akhir ..........................................................................
2
1.4 Manfaat Tugas Akhir ........................................................................
2
1.5 Teknik Pengumpulan Data ...............................................................
3
BAB 2. LANDASAN TEORI 2.1 Prinsip dan Teori Singkat Perpindahan Panas ...............................
4
2.2 Transformasi Panas ...........................................................................
4
2.2.1 Mekanisme Transfer Panas ...................................................
4
2.2.2 Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan .........................
11
2.3 Alat Penukar Kalor ............................................................................
13
2.3.1 Jenis Alat Penukar Kalor .......................................................
14
2.3.2 Pembagian Alat Penukar Kalor Jenis Shell and Tube ..Berdasarkan TEMA ...............................................................
17
2.3.3 Komponen-komponen Alat Penukar Kalor .........................
18
2.3.4 Konstruksi Alat Penukar Kalor ............................................
20 viii
2.4 Sistem Pelumasan Turbin ..................................................................
22
2.4.1 Tanki Pelumas .........................................................................
22
2.4.2 Main Oil Pump .........................................................................
23
2.4.3 Auxiliary Oil Pump ..................................................................
23
2.5 Prinsip Perhitungan Performansi Alat Penukar Kalor ..................
25
2.5.1 Bilangan Reynold ....................................................................
25
2.5.2 Diameter Ekivalen (De) ..........................................................
26
2.5.3 Log Mean Temperature Difference (LMTD) .........................
27
2.5.4 Metode NTU-Efektifitas .........................................................
29
2.5.5 Faktor Pengotoran ..................................................................
30
BAB 3. SPESIFIKASI COOLER LUBE OIL PADA UNIT 2 DI PLN (Persero) PEMBANGKITAN SUMATERA UTARA SEKTOR LABUHAN ANGIN 3.1 Sejarah Perusahaan PT PLN (Persero) Pembangkitan Sumatera. .Utara .Sektor Labuhan Angin..........................................................
31
3.2 Pengertian Cooler Lube Oil ..............................................................
32
3.3 Prinsip Kerja Cooler Lube Oil .........................................................
33
3.4 Tipe Cooler Lube Oil .........................................................................
34
3.5 Data pada Name Plate Cooler Lube Oil di PLTU Labuhan Angin..................................................................................
34
3.6 Prosedur Perhitungan Alat Penukar Kalor ...................................
35
BAB 4. PEMBAHASAN COOLER LUBE OIL 4.1 Cooler Lube Oil Tipe Tube and Shell .............................................
36
4.2 Menentukan Sifat-sifat Fluida yang Digunakan Pada .Cooler Lube Oil ............................................................................................
38
4.3 Menentukan Beda Suhu Rata-rata (LMTD)................................
40
4.4 Menentukan bilangan Reynold .....................................................
40
4.5 Faktor Perpindahan Panas ............................................................
42
ix
4.6 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh dan Menentukan Faktor Pengotoran ..........................................................................
44
4.7 Jumlah Kalor yang Dipindahkan ..................................................
44
4.8 Efektifitas Cooler Lube Oil .............................................................
45
BAB 5. PENUTUP 5.1 Kesimpulan ...............................................................................................
46
5.2 Saran .........................................................................................................
46
Daftar Pustaka................................................................................................
47
Lampiran
x
INTISARI Cooler lube oil merupakan suatu alat penukar kalor yang digunakan untuk mendinginkan pelumas dengan media pendingin adalah air demineralisasi. Pelumas yang masuk menuju cooler lube oil ini merupakan pelumas yang berasal dari bearing pada poros turbin. Dimana pelumas ini digunakan untuk mengurangi panas pada bearing akibat gesekan. Jenis alat penukar kalor yang digunakan adalah tipe tube and shell. Dimana air pendingin berada didalam tube dan pelumas berada diluar tube. Cooler lube oil ini memiliki kecepatan aliran massa pelumas yang cukup besar yaitu 75 ton perjam dan aliran massa air adalah 300 ton perjam tiap item. besar koefisien perpindahan panas menyeluruh pada cooler lube oil ini adalah 22 π/π2 β, besar koefisien perpindahan panas di sisi Shell adalah 22,331 π/ π2 β, dan besar koefisien perpindahan panas di sisi Tube adalah 8179,295 π/ π2 β. Efektifitas yang didapat pada cooler lube oil ini adalah 60,12% yaitu effisiensi suatu alat penukar kalor dalam memindahkan sejumlah kalor tertentu. Kata Kunci : Cooler Lube oil, Tube and Shell, pelumas, Efektifitas
xi xii
ABSTRACT Cooler lube oil is a heat exchanger which used to cool the lubricant with demineralised water as a cooling medium. The lubricant enters the cooler lube oil is a lubricant that comes from bearing on the turbine shaft. Where the lubricant is used to reduce the heat on the bearings due to friction. Type of heat exchanger that is used is a type of tube and shell. Where the cooling water is inside the tube and lubricants are outside the tube. Cooler lube oil has a mass flow rate of lubricant which is large enough that 75 tons per hour and the water mass flow rate is 300 ton/hour per unit. Overall heat transfer coefficient on lube oil cooler is 22 π/π2 β, heat transfer coefficient in the shell is 22,331 π/π2 β, and heat transfer coefficient on the tube is 8179,295 π/π2 β. Effectiveness on cooler lube oil is 60.12% that the efficiency of a heat exchanger in a move certain amount of heat. Keywords : Cooler Lube Oil, Tube and Shell, Lubricantm Effectiveness.
xiixiii
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap) merupakan pembangkit tenaga yang
paling
banyak
digunakan
di
Indonesia.
Hal
ini
karena
dalam
pengoperasiannya dapat menggunakan berbagai jenis bahan bakar, usia pakai yang relatif lama, dan dapat menghasilkan daya yang lebih besar. Salah satu PLTU yang beroperasi dan menggunakan bahan bakar batubara sebagai bahan bakar utama adalah PLTU Labuhan Angin dengan kapasitas 2 Γ 115 MW. PT PLN (Persero) Pembangkitan Sumatera Bagian Utara Sektor Labuhan Angin memiliki lima komponen utama yaitu boiler (steam generator), turbin uap (steam turbine), pompa, kondensor, dan generator yang bekerja secara berkaitan untuk menghasilkan energi listrik. Adapun sebagai pendukung pusat listrik tenaga uap ini digunakan beberapa alat bantu (auxiliary equipments) untuk membantu proses siklus turbin uap berjalan dengan baik, seperti: sistem pelumas, sistem bahan bakar, sistem pendingin, dan sistem udara kontrol. Bagi sebuah pembangkit listrik, sistem pelumasan turbin sangat diperlukan. Fungsi utama minyak pelumas adalah sebagai pelumas pada bearing agar tidak terjadi kontak langsung antara bearing dengan poros. Siklus sistem pelumasan pada turbin uap adalah siklus tertutup, yaitu pelumas yang telah digunakan didinginkan kembali menggunakan lube oil cooler sebelum masuk kedalam turbin. Pada kondisi operasional didapatkan bahwa temperatur oli keluar lube oil cooler masih cukup tinggi. Hal ini dapat menyebabkan
turbin
uap
shut
down.
Selain
itu
juga
mengakibatkan
efektivitasperpindahan panas menurun. Hal tersebut bisa diakibatkan oleh adanya fouling maupun desain yang kurang optimum dari lube oil cooler. Pendingin harus disediakan dalam setiap sistem pembangkitan listrik, seperti untuk bearing turbin dan generator, transformer, saluran listrik, dan mungkin kabel-kabel dirumah kita. Hal inilah yang menjadi pokok permasalahan 1
yang melatarbelakangi Penulis untuk memilih judul βAnalisa Performansi Cooler Lube Oil dengan Kapasitas 300Ton/Jam pada Unit 2 di PLTU Labuhan Anginβ.
1.2 Batasan Masalah
Bahasan yang dibahas pada dalam Laporan Tugas Akhir ini dibatasi pada: 1.2.1 Bagaimana prinsip kerja Cooler Lube Oil pada PLTU? 1.2.2 Bagaimana tranformasi panas pada Cooler Lube Oil? 1.2.3 Berapa efektifitas Cooler Lube Oil?
1.3 Tujuan Tugas Akhir
Tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1.3.1 Mengetahui prinsip kerja pada Cooler Lube Oil; 1.3.2 Untuk mengetahui transformasi panas padaCooler Lube Oil; 1.3.3 Untuk mengetahui efektifitas Cooler Lube Oil dengan data operasi yang diperoleh dari Digital Contol System PT PLN (Persero) Pembangkitan Sumatera Bagian Utara Sektor Labuhan Angin.
1.4 Manfaat Tugas Akhir
Adapun manfaat Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1.4.1 Untuk menambah pengetahuan dan pengalaman penulis dalam bidang pendinginan pelumas baik secara teoritis ataupun penerapannya; 1.4.2 Sebagai bahan referensi untuk mengembangkan pengetahuan mahasiswa/i tentang Cooler Lube Oil.
2
1.5 Teknik Pengumpulan Data
Teknik pengumpulan data yang dilakukan oleh Penulis untuk memperoleh data dan informasi yang dibutuhkan dalam Laporan Tugas Akhir ini adalah: 1.5.1 Pengamatan Informasi maupun data tentang PLTU dan Cooler Lube Oil diperoleh dari pengamatan di PT PLN (Persero) Pembangkitan Sumatera Bagian Utara Sektor Labuhan Angin. 1.5.2 Studi Literature Untuk menganalisa performansi Cooler Lube Oil diperlukan referensi dari berbagai sumber seperti studi kepustakaan, kajian-kajian dari buku dan tulisan, maupun dari internet. 1.5.3 Metode Diskusi Untuk menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini Penulis banyak berdiskusi dengan Dosen Pembimbing dan teman-teman.
3
