PERANCANGAN ALAT PENUKAR KALOR (HEAT EXCHANGER) TIPE SHELL AND TUBE 2 PASS UNTUK PENDINGINAN AIR DEMIN KAPASITAS 3, 37 MW
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi
Oleh IRA MUTIARA M. SITUMORANG 1005051024
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2013
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, atas berkat dan kasih-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Tugas akhir ini merupakan syarat dalam menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III (D3) di Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. Tugas akhir ini adalah mata kuliah Alat Penukar Kalor dengan judul “PERANCANGAN ALAT PENUKAR KALOR (HEAT EXCHANGER) TYPE SHELL AND TUBE UNTUK PENDINGINAN AIR DEMIN KAPASITAS 3,37 MW ” . Dalam penyelesaian tugas akhir ini, penulis mendapat banyak bimbingan dan dukungan dalam penyelesaiannya. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih sebesar – besarnya kepada: 1. Bapak M. Syahruddin, S.T., M.T. selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Bapak Ir. Gidion Sembiring, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 3. Bapak Ir.Isman Harianda, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. 4. Bapak Faisal Fahmi Hasan, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing yang telah meluangkan banyak waktu serta menyumbangkan ilmu dan nasehat kepada penulis sepanjang pengerjaan tugas akhir ini hingga selesai. 5. Bapak Ir. Hairanus Tarigan, M.T. selaku wali kelas EN-6A. 6. Bapak Aulia Salman, S. T, M. T. selaku ketua sidang, bapak Ir. Husin Ibrahim, M. T. selaku penguji 1 dan bapak Ir. Abdul Razak, M. T. selaku penguji 2 dalam pelaksanaan sidang yang telah penulis selesaikan. 7. Bapak/Ibu dosen di Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan.
8. Bapak/Ibu staff pegawai di Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. 9. Secara khusus saya ucapkan kepada kedua orang tua tercinta Ayahanda Alm. TR Situmorang dan Ibunda K. br.Sipangkar yang telah berjuang untuk membimbing dan memberi dorongan moril serta buat semua doa-doanya selama ini kepada penulis. 10. Abang dan kakak penulis Bigson Christofel Situmorang, SE; Riko Agustinus Situmorang S.Pd; Christina Apriany Situmorang, A.md; dan Meilina Tora Lusia Situmorang, SE serta seluruh keluarga. 11. Kekasih penulis yang tercinta Matius Leonar Sigiro yang selalu mengerti dan mendukung dalam menyelesaikan perkuliahan. 12. Sahabat-sahabat penulis CACADERS: Chrisna Nissi Silitonga, Desi Natalia Siahaan, Rony K. Silaen, dan Dimas Izzat Hamdany yang selalu bekerja sama dengan penulis selama berkuliah di Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan dan dr. Lopiana Mei Magdalena Napitupulu. 13. Karyawan PT. PLN (Persero) Sektor Belawan khususnya Ricky Chandra Sihombing dan Patuan Heru Siahaan, S.T. 14. Rekan – rekan mahasiswa kelas EN-6A dan semua teman – teman mahasiswa Teknik Konversi Energi 2010. Penulis menyadari tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dalam penyempurnaan tugas akhir ini. Penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat berguna bagi pembaca. Terima kasih.
Medan, Agustus 2013 Penulis,
Ira Mutiara M. Situmorang NIM. 1005051024
DAFTAR ISI SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ................................................................
ii
LEMBAR PERSETUJUAN ......................................................................
iii
LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................
iv
KATA PENGANTAR ................................................................................
v
DAFTAR ISI ..............................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR...................................................................................
ix
DAFTAR LAMPIRAN ..............................................................................
x
INTISARI ...................................................................................................
xi
ABSTRACT ...............................................................................................
xii
BAB I PENDAHULUAN ...........................................................................
1
A. Latar Belakang ...........................................................................
1
B. Batasan Masalah ........................................................................
1
C. Tujuan Penulisan .......................................................................
2
D. Manfaat Tugas Akhir .................................................................
2
E. Teknik Pengumpulan Data..........................................................
3
F. Sistematika Penulisan Laporan ..................................................
3
BAB II LANDASAN TEORI .....................................................................
5
A. Alat Penukar Kalor ....................................................................
5
1. Ukuran Alat Penukar Kalor ...................................................
5
2. Klasifikasi Alat Penukar Kalor ..............................................
7
3. Kriteria Seleksi dari Segi Mekanikal .....................................
11
4. Alat Penukar Kalor Shell and Tube .......................................
16
5. Fluida dalam Shell atau dalam Tube ......................................
19
6. Faktor Pengotoran (Fouling Factor)........................................
21
B. Demineralisasi ...........................................................................
21
1. Pengertian Demineralisasi .....................................................
21
2. Proses Demineralisasi ...........................................................
21
BAB III SPESIFIKASI ALAT PENUKAR KALOR ...............................
23
A. Tipe Closed Cooling Water Exchanger ......................................
23
B. Pemilihan Tube ..........................................................................
23
C. Data Teknis ...............................................................................
23
BAB IV PERANCANGAN CLOSED COOLING WATER EXCHANGER ...........................................................................................
25
A. Selisih Temperatur Sebenarnya (LMTD) ...................................
25
B. Tube ..........................................................................................
27
1. Tube O.D 3ൗ4 in ( Shell I.D 29 in) ...........................................
27
2. Tube O.D 3ൗ4 in ( Shell I.D 25 in) ...........................................
36
3. Tube O.D 1 in ( Shell I.D 29 in) ............................................
46
C. Baffle (Sekat) ............................................................................
56
D. Tie Rod ......................................................................................
57
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................
58
A. Kesimpulan ...............................................................................
58
B. Saran .........................................................................................
58
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Gambar 2.1 Gambar kondensor .........................................................
9
2. Gambar 2.2 Gambar Closed Cooling Water Exchanger ....................
9
3. Gambar 2.3 Susunan tube .................................................................
14
4. Gambar 2.4 Bagian-bagian dari alat penukar kalor berdasarkan standar TEMA ..................................................................................
18
5. Gambar 2.5 Shell and tube heat exchanger two pass .........................
19
6. Gambar 2.6 Proses Demineralisasi ...................................................
22
DAFTAR LAMPIRAN 1. Tabel 1. Sifat-sifat air saturasi 2. Tabel 2. Jumlah tube 3/4" OD, pitch 15/6", susunan segitiga (Δ) 3. Tabel 3. Jumlah Tube 1" OD, pitch 1/4", susunan segitiga (∆) 4. Tabel 4. Data tube untuk penukar kalor dan kondensor 5. Tabel 5. Standar Tebal Sekat TEMA 6. Tabel 6. Faktor Pengotorann fluida 7. Tabel 7. Grafitasi Spesific Air 8. Tabel 8. Tebal Shell dan Tubesheet yang Direkomendasikan untuk Kondensor 9. Tabel 9. Standar Tie Rods TEMA 10. Tabel Thermal Conductivity Elemen Metal 11. Tabel Typical Fouling Factor [W/m2K] 12. Grafik 1. Kurva perpindahan panas air sebelah dalam tube
INTISARI Alat pendingin dirancang untuk mendinginkan air demin. Air demineralisasi yang didinginkan jenis Closed Cooling Water Exchanger (CCWE). Bahan pendingin yang dialirkan adalah air laut pada temperatur 50°C. Air laut dialirkan melalui tabung berbentuk U dengan panjang 4,3 m. Sedangkan air demin mengalir melalui cangkang. Jumlah tabung yang digunakan dalam perancangan ini sebanyak 720 tabung dengan diameter dalam tabung ¾ in. Sedangkan cangkang yang direncanakan berdiameter dalam 29 in. Adapun bahan yang digunakan untuk tabung adalah tembaga, karena memiliki konduktivitas termal yang baik. Sedangkan untuk bahan cangkang menggunakan bahan campuran tembaga dan nikel. Alat penukar kalor ini menghasilkan efektifitas sebesar 53,6% dan penurunan tekanan (∆Pt) sebesar 3597,68 Pa. Kata kunci: pipa U, air demin, Closed Cooling Water Exchanger.
ABSTRACT Cooler is designed to cool demin water. Demineralised water-cooled type of Closed Water Cooling Exchanger (CCWE). Coolant flow is sea water at a temperature of 50 ° C. Sea water flowed through the U-shaped pipe with a length of 4.3 m. While demin water flowing through the shell. Number of tubes used in this design as much as 720 pipes with pipes ¾ in diameter. While the shells are planned in 29 in diameter. The materials used for pipes are copper, because it has good thermal conductivity. As for the shell material using a mixture of copper and nickel. This heat exchanger produces effectiveness of 53,6% and pressure drop of 3597,68 Pa. Keywords: U pipes, demin water, Closed Cooling Water Exchangers.
