Perancangan Kondensor Turbin Uap (St.1.0) Dengan Daya 65 Mw Di Pltgu Blok I PT.PLN (Persero) Pembangkitan Sumatera Bagian Utara Sektor Pembangkit Belawan

44 LAMPIRAN.1

46 LAMPIRAN 3

48 LAMPIRAN.5

50 LAMPIRAN.7

52 Lampiran 9

54 Lampiran 10

56 Lampiran 12

58 Lampiran 14

60 Lampiran 16

62 Lampiran 18

Alat Penukar Kalor Tipe AES

Lampiran 19

Alat Penukar Kalor Tipe CEU

43

DAFTAR PUSTAKA

1. Tubular Exchanger Manufacture Assoaciation (TEMA) 7th. New York.

(1988) Tunggul M. Sitompul, Alat Penukar Kalor, Edisi 1., Cetakan 1, Raja Grafindo Persada, Jakarta, 2003.

2. Cao, Eduardo, Heat Transfer In Process Engineering, McGraw – Hill

Companies, Inc., United States of America, 2010.

3. Y.A. Cengel, Heat Transfer : A Pratical Approach, 2nd ed., McGraw –

Hill Companies, Inc., United States of America, 2003.

4. Holman, Jack Philip, Heat Transfer, International Student Edition,

McGraw – Hill Company, Singapore, 1986.

5. Cengel, Y. A. ( 1997 ). Introductions to Thermodynamics and Heat

Transfer. New York. Mc. Graw Hill.

6. Yildiz bayazitoglu. ( 1988 ). Element of Heat Transfer. New York. Mc.

Graw Hill.

7. Shlyakhin, P., Harahap, Zulkifli.IR Penerjemah ., Turbin Uap Teori dan

Perancangan, Erlangga, Jakarta : 1999.

8. Tunggul M. Sitompul, “Alat Penukar kalor”Edisi 1., Cetakan 1,Raja

Grafindo Persada, Jakarta, 2003

9. Eugene.A.Avallone, Theodore Baumeister III, “Mark’s Standart Hanbook

Mechanical Engineering”, Mc Graw-Hill:New York,1997. 10. Bbc Sulzer, Belawan Steam Power Plant 1988

11. “shell and tube Heat

Exchanger”

12. Bell, K.J Mueller,A,C “Wolverine Enginnering Data Book II”, Reserch and Development Team Wolvrine Tube,Inc,2001.

13. Cavaseno, Vincent., and staf of chemical engginering “procces Heat Exchanger”, McGraw Hill: New York, 1979.

BAB III

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

3.1 Tipe Kondensor

Tipe kondensor Shell and Tube Condensor merupakan alat penukar kalor yang banyak digunakan dalam proses-proses industri. Hal ini disebabkan alat penukar kalor jenis ini dapat dirancang untuk beroperasi pada berbagai tekanan dan temperature pada proses industri. Metode perancangan kondensor sudah ada dan kode-kode mekanis setiap unitnya sudah tersedia serta penggunaanya sudah cukup lama sehingga sangat dipercaya tingkat kelayakanya.

Tipe kondensor ini adalah Outside Horizontal tubes (kondensasi diluar

tubes horizontal). Alasan pemilihan tipe ini adalah:

1. Kapasitas air pendingin kecil karena air berada didalam tubeside

2. Daya pemompaan yang relative kecil

3. Faktor pengotoran yang relative kecil karena pengotoran yang terjadi pada

shellside sangat kecil dan pengotoran yang terjadi pada tubeside bisa dikurangi dengan menaikkan kecepatan aliran air pendingin sampai pada daerah aliran turbulen.

4. Penurunan tekanan yang rendah.

5. Tube dapat dibuat multipass untuk menaikkan kecepatan aliran.

3.2 Tube

Tube yang digunakan pada kondensor shell and tube ini adalah unfired

tube (tube tanpa sirip). Dari data survei bahan yang digunakan adalah Titanium.

Titanium digunakan untuk kondensor yang menggunakan air laut sebagai fluida

pendingin. Bahan ini mempunyai konduktifitas thermal yang tinggi (literatur 10).

3.3 Analisa Siklus Termodinamika

Daya listrik yang dihasilkan power plant ini adalah 65 MW. Siklusnya merupakan siklus tertutup sehingga energy yang dihasilkan semaksimal mungkin

18 dan energi yang terbuang seminimal mungkin. Skema aliran uap pada power plant tersebut dapat dilihat pada gambar 3.1 dibawah.

Gambar 3.1 Siklus uap

Keterangan Gambar:

CPH = Condensate Prehaeter LPSH = Low Pressure Superheater

HPEC = High Pressure economizer

HPE = High Pressure Evaporator HPSH = High Pressur Superheater

Dari temperatur air pengisian ketel t.apk, jumlah ekstraksi, dan temperatur kondensor, dapat ditentukan tekanan-tekanan pada setiap ekstraksi turbin. Dalam perhitungan ini diasumsikan air pengisian ketel dipanaskan dalam derajat yang sama pada semua pemanas air pengisian ketel:

Dimana:

tapk = temperatur air masuk HRSG 210oC

tkon = temperatur kondensat, diandaikan (1-2)oC lebih rendah

dari temperatur jenuh uap buang (dipilih 2oC)

maka t kon = (52-2) = 50oC z = Jumlah ekstraksi

o_C

Temperatur jenuh uap pemanas pada pemanas-pemanas air pengisian ketel dapat diketahui,

20

3.5 Flow chart

Mulai

Asumsi temperatur air keluar Laju perpindahan panas air Temperatur air masuk dan keluar, laju aliran massa air, tekanan uap, temperatur uap masuk dan keluar, laju aliran massa uap

Cari cp pada temperatur rata-rata air pendingin

Temperatur air = asumsi temperatur air

keluar tidak

LMTD

Sifat fluida dalam tabung

Kecepatan fluida dalam tabung = kecepatan yang diperbolehkan

A

fgjmm

T Tidak

Jenis Aliran

Jarak antar sekat dengan standar TEMA kecepatan fluida dalam selongsong sesuai dengan batasan

Faktor pengotoran

Hitung koefisien perpindahan panas

Koefisien perpindahan panas total sesuai dengan koefisien perpindahan panas yang dibutuhkan

Melakukan perancangan

Selesai

A

Hitung luas perpindahan panas

Koefisien perpindahan panas internal, penurunan tekanan internal

Geometri tabung, sifat fluida dalam slongsong

22

BAB IV

PERANCANGAN KONDENSOR

4.1 Beban Panas

Beban panas pada kondensor adalah beban panas kondensasi. Beban panas kondensai adalah panas yang harus dilepas selama kondensasi pada suhu saturasi yaitu dari titik 17 ke titik 1 pada diagram T-S dibawah.

Gambar 4.1 Diagram T-S

Diproleh data oprasional uap keluaran turbin pada sistem pembangkit tenaga tersebut sebagai berikut:

Suhu uap (Th) = 52oC (325)oK

Tekanan Uap (Ph) = 0,1371 bar (13,71 kPa)

Laju aliran massa uap ( h) = 56,95 kg/s

Suhu masuk air pendingin(Tci) = 30oC (303oK)

Maka diperoleh Beban Panas Kondensasi:

Qcd = h (h17 – h1)

=56,95kg/s(2151,313kj/kg–215,219kJ/kg) = 110260,5533 kW

4.2 Laju Aliran Massa Air Pendingin

Kenaikan suhu pendingin dibatasi antara 8-100C. Suhu air masuk

kondensor (Tci) adalah 300C laju aliran massa air pendingin tergantung pada

kenaikan suhu air pendingin, yaitu mempunyai hubungan berbanding terbalik. Berdasarkan kepres No.76 tahun 2000, bahwa suhu air limbah sisa proses

industri/pembangkit yang di buang di batasi pada suhu 380C. Dengan demikian

(Tc.o) di tetapkan pada suhu 380C.

Tco = 30oC +80C = 38oC (311oK)

Sifat air yang mengalir dalam tube, dievaluasi pada suhu rata-rata air pendingin,

Tc =

Tc = = 307o K (34oC)

Dari tabel 4 lampiran sifat-sifat air saturasi pada temperatur 34oC diperoleh:

Cp.c (J/Kg.K) μe (Kg/m.s) ρe (Kg/m3) Ke (W/m.K) Pr

4178 0,0007356 994,4 0,6214 4,948

Tabel 4.1 sifat-sifat air pada temperatur 34oC

Supaya proses kondensasi dapat terjadi, air pendingin harus mampu menyerap panas uap. Beban panas kondensasi sama dengan panas yang harus diserap oleh

air pendingin. Qcd = Qh

Total rata-rata perpindahan panas dihitung dengan persamaan: Qh = . Cpc (TCout - Tcin)

Dimana: Qh = Panas yang harus diserap air (110260,5533 kW)

= Laju aliran massa air pendingin (kg/s)

Cpc = Panas spesifik (4178 Cp.c J/Kg.K)

Maka diperoleh: 110260,5533 kW = . 4178 (311-303)

=

24

4.3Perancangan Kondensor

Untuk mendapatkan rancangan kondensor yang efisien dan ekonomis, maka pemilihan kondensor dari rancangan yang dilakukan berdasarkan pemilihan dari

bahan Tube, yaitu Titanium, tube yang digunakan bahan titanium yaitu BWG

(Birmingham Wire Gage), 22. Rancangan ini divariasikan Pada: 1. Diameter luar tube ¾ in dan Pitch tube 15/16 in

2. Diameter luar ¾ in Pitch tube 1 in

3. Diameter luar 1 in dengan Pitch tube 5/4 in. Tube layout yang digunakan adalah Segitiga. (Literatur 1, Tabel 6 Lampiran)

Tekanan dititik satu p1 13.710

Entalphi dititik satu h1 215.219

Volume dititik satu v1 0.001

Tekanan dititik dua p2 1,200.000

Temperature dititik tiga t3 54.000

Entalphi dititik tiga h3 226.060

Temperature dititik empat t4 71.000

Entalphi dititik empat h4 301.360

Temperature dititik lima t5 146.000

Entalphi dititik lima p5 0.428

Entalphi dititik lima h5 614,942.000

Volume pada titik lima v5 0.001

Entalphi dititik enam p6 8,600.000

Temperature dititik tijuh t7 160.000

Entalphi dititik tujuh h7 678.400

Temperature dititik delapan t8 180.000

Entalphi dititik delapan h8 763.210

Temperature dititik sembilan t9 210.000

Entalphi dititik sembilan h9 897.760

Temperature dititik sepuluh t10 350.000

Entalphi dititik sepuluh h10 1,670.900

Temperature dititik sebelas t11 510.000

Entalphi dititik sebelas p11 86.000

Entropi dititik sebelas s11 6.716

Entalphi dititik sebelas h11 3,428.975

Entalphi dititik duabelas p12 2.2775

Entropi dititik duabelas s12 6.716

Entalphi dititik duabelas h12 3,026.170

Entalphi dititik tigabelas p13 1.525

Entropi dititil tigabelas s13 6.716

Entalphi dititik tigabelas h13 2,947.942

Entalphi dititik empatbelas p14 0.634

Entropi dititik empatbelas s14 6.716

Entalphi hf 689.540

Entalphi gas hfg 2,081.000

volume spesifik sf 1.975

Entropi gas sfg 4.748

Entalphi dititik p15 0.148

Entropi s15 6.716

Entalphi fluida hf 465.300

Entalphi gas hfg 2,227.660

volume spesifik sf 1.429

Entropi gas sfg 5.780

Entalphi dititik enambelas p16 78.786

Entropi s16 6.716

Entalphi fluida hf 389.400

Entalphi gas hfg 2,275.480

volume spesifik sf 1.227

Entropi gas sfg 2,275.480

Entalphi dititik tujuhbelas p17 13.710

Entropi s17 6.716

Entalphi fluida hf 217.139

Entalphi gas hfg 2,378.180

volume spesifik sf 0.728

volume spesifik grafiti sfg 7.317

KE T E R ANGAN SIMBOL HASIL (diperoleh dengan interpolasi tabel ) SAT UAN

Mpa kj/kg o_C kj/kg o_C kj/kg m3 /kg kpa o_C kj/kg o_C kpa kj/kg m3 _/kg

kpa kj/kg o_C kj/kg o_C kj/kg o_C o_C bar kj/kg kj/kg Mpa kj/kg K Kj/kg Mpa kj/kg k kj/kg Mpa kj/kg k kj/kg kj/kg kj/kg kj/kg Mpa kj/kg k kj/kg kj/kg kj/kg kj/kg k Mpa kj/kg k kj/kg kj/kg kj/kg k kj/kg k kpa kj/kg k kj/kg kj/kg kj/kg k kg K

26

KE T E R ANGAN SIMB OL R UMUS HASIL SAT UAN

Entalphi dititik satu h1 215.219 KJ/Kg

Entalphi dititik dua h2 h1 +v1 (p2-p1) 216.422 KJ/Kg

Entalphi dititik tiga h3 226.242 KJ/Kg

Entalphi dititik empat h4 301.360 KJ/Kg

Entalphi dititik lima h5 614.942 KJ/Kg

Entalphi dititik enam h6 h5+v5 (P6-P5) 624.283 KJ/Kg

Entalphi dititik tujuh h7 678.400 KJ/Kg

Entalphi dititik delapan h8 763.210 KJ/Kg

Entalphi dititik sembilan h9 897.760 KJ/Kg

Entalphi dititik sepuluh h10 1,670.900 KJ/Kg

Entalphi dititik sebelas h11 3,428.975 KJ/Kg

Entalphi dititik duabelas h12 3,026.170 KJ/Kg

Entalphi dititik tigabelas h13 2,947.942 KJ/Kg

Persentse Fraksi uap x12 0.9987

Persentse Fraksi uap h14 h14 = hf + x12 .hfg 2,767.75467 kJ/Kg

Persentse Fraksi uap X12 0.9147

Persentse Fraksi uap h15 hf +x12.hfg 2,503.048 kJ/Kg

Persentse Fraksi uap X12 0.002

Entalphi dititik h16 394.889 kJ/Kg

Persentse Fraksi uap X12 0.818

Entalphi dititik satu 215.219 kJ/kg

Entalphi dititik dua 216.422 kJ/kg

Entalphi dititik tiga 226.242 kJ/kg

Entalphi dititik empat 301.360 kJ/kg

Entalphi dititik lima 614.942 kJ/kg

Entalphi dititik enam 624.283 kJ/kg

Entalphi dititik tujuh 678.400 kJ/kg

Entalphi dititik delapan 763.210 kJ/kg

Entalphi dititik sembilan 897.760 kJ/kg

Entalphi dititik sepuluh 1,670.900 kJ/Kg

Entalphi dititik sebelas 3,428.975 kJ/Kg

Entalphi dititik duabelas 3,026.170 kJ/Kg

Entalphi dititik tigabelas 2,947.942 kJ/Kg

Entalphi dititik empatbelas 2,767.755 kJ/Kg

Entalphi dititik limabelas 2,503.048 kJ/Kg

Entalphi dititikenambelas 394.889 kJ/Kg

Entalphi dititik tujuhbelas 2,163.453 kJ/Kg

h13 h14

Maka diperoleh nilai entalphi

h8 h9 h10 h11 h12 h1 h2 h15 h16 h17 h5 h6 h7 h3 h4

28

Laju aliran massa 0.03612

Laju aliran massa 0.02423

Laju aliran massa 0.1195

Laju aliran massa 0.027

Laju aliran massa 0.045

Daya Turbin PT 79,631.978

Kerja Turbin WT 2,189.064

Kerja condensat pump Wcp 0.7911 x (h2-h1) 0.951

Kerja Boiler Feed Pump WBFP h6- h5 9.341

Laju aliran massa = (kg/s) 36.549

Sehingga diperoleh laju aliran massa uap masuk kondensor : (kg/s) 28.910

Suhu uap Th 325 o

K

Tekanan uap Ph 13.71 kpa

Laju aliran massa uap ṁ h 56.95 kg/s

Suhu masuk air pendingin Tci 303

o

K

Suhu keluar air pendingin Tco 311

o

K

Suhu rata-rata air pendingin Tc 34 o

C

Panas spesifik air pendingin cp.c 4178 J/Kg.K

Viskos itas air pendingin μe 0.0007356 kg/m.s

Massa jenis air pendingin ρe 994.4 kg/m.s

3

Konduktifitas termal Ke 0.6214 W/m.K

Bilangan Prandalt Pr 4.948

perancangan pertama:

Diameter luar do 0.01905 m

Tebal dinding tw 0.0007112 m

Diameter dalam di 0.0176276 m

Perbandingan diameter luar dan dalam do/di 1.081

Pitch tube pt 0.0238125 m

Jumlah tube Nt 3527

Diameter shell shell ID 1.524

Massa jenis air ρ1 990.678 kg

perancangan 1

Beban panas Kondensasi Qcd h (h17- h1) 110,951.9169

Suhu rata-rata air pendingin Tc 307 K

Laju aliran massa air pendingin Qh/(Cp.c (Tcout - Tcin) 3,319.528 kg/s

Bilangan Reynold Re 89,967.6317

Bilangan Nusselt Nu 400.65

Koefisien perpindahan panas dalam tube hc 14,123.65 W/m2.K

Diameter ekivalen De 0.0118 m

C 0.0047625 m

B m

As 0.2322576 m2

Koefisien perpindahan panas cangkang 572.191 W/m2.K

Koefisien perpindahan panas kondensasi ho

Suhu dinding tube Tt 36.15 O_C

Suhu film Tf 44.074 O_C

Koefisien perpindahan panas kondensasi hi 1,697.72 w/M2k

30

Beda suhu rata-rata logaritma LMTD 17.6997 K

Suhu film Tf 43 OC

Koefisien perpindahan panas menyeluruh Uo 1156.18 W/m2K

Beban panas diserap air Qh

Luas Penampang luar tube Ao 1,698.53798 m2

Panjang tube L 8.051 m

Fluida minimum C min 13,868,989.61 W/K

Number of Transfer Unit NTU 0.1415976000

Efektifitas kondensor ε 13.22 %

Penurunan tekanan pada tube Δ Pt 14.754 psi

Suhu uap Th 325 o

K

Tekanan uap Ph 13.71 kpa

Laju aliran massa uap ṁ h 56.95 kg/s

Suhu masuk air pendingin Tci 303

o

K

Suhu keluar air pendingin Tco 311

o

K

Suhu rata-rata air pendingin Tc 34 o

C

Panas spesifik air pendingin cp.c 4178 J/Kg.K

Viskos itas air pendingin μe 0.0007356 kg/m.s

Massa jenis air pendingin ρe 994.4 kg/m.s

3

Konduktifitas termal Ke 0.6214 W/m.K

Bilangan Prandalt Pr 4.948

perancangan kedua:

Diameter luar do 0.01905 m

Tebal dinding tw 0.0007112 m

Diameter dalam di 0.0176276 m

Perbandingan diameter luar dan dalam do/di 1.081

Pitch tube pt 0.0254 m

Jumlah tube Nt 3095

Diameter shell shell ID 1.524

halaman 40

Massa jenis air ρ1 990.678 kg

perancangan 2

Beban panas Kondensasi Qcd h (h17- h1) 110,951.9169

Suhu rata-rata air pendingin Tc 307 K

Laju aliran massa air pendingin Qh/(Cp.c (Tcout - Tcin) 3,319.528 kg/s

Bilangan Reynold Re 102,525.3108

Bilangan Nusselt Nu 444.80

Koefisien perpindahan panas dalam tube hc 15,679.88 W/m2.K

Diameter ekivalen De 0.01803 m

C 0.00635 m

B

As 0.290322 m2

Koefisien perpindahan panas cangkang 1681.860 W/m2.K

Koefisien perpindahan panas kondensasi ho

Suhu dinding tube Tt 39.68 O

C

Suhu film Tf 45.842 O

C

Koefisien perpindahan panas kondensasi hi 1,681.86 w/M2k

Beda suhu rata-rata logaritma LMTD 17.6997 K

32

Suhu film Tf 43 OC

Koefisien perpindahan panas menyeluruh Uo 1168.42 W/m2K

Beban panas diserap air Qh

Luas Penampang luar tube Ao 1,680.7446 m2

Panjang tube L 9.079 m

Fluida minimum C min 13,868,989.61 W/K

Number of Transfer Unit NTU 0.14159760000

Efektifitas kondensor ε 13.20 %

Penurunan tekanan pada tube Δ Pt 25.761 psi

Suhu uap Th 325 o K

Tekanan uap Ph 13.71 kpa

Laju aliran massa uap m_̇ h 56.95 kg/s

Suhu masuk air pendingin Tci 303 oK

Suhu keluar air pendingin Tco 311 oK

Suhu rata-rata air pendingin Tc 34 o

C

Panas spesifik air pendingin cp.c 4178 J/Kg.K

Viskos itas air pendingin μe 0.0007356 kg/m.s

Massa jenis air pendingin ρe 994.4 kg/m.s

3

Konduktifitas termal Ke 0.6214 W/m.K

Bilangan Prandalt Pr 4.948

perancangan ketiga

Diameter luar do 0.0254 m

Tebal dinding tw 0.0007112 m

Diameter dalam di 0.0239776 m

Perbandingan diameter luar dan dalam do/di 1.059

Pitch tube pt 0.03175 m

Jumlah tube Nt 1964

Diameter shell shell ID 1.524

halaman 53

Massa jenis air ρ1 990.678 kg

perancangan 3

Beban panas Kondensasi Qcd h (h17- h1) 110,951.9169

Suhu rata-rata air pendingin Tc 307 K

Laju aliran massa air pendingin Qh/(Cp.c (Tcout - Tcin) 3,319.528 kg/s

Bilangan Reynold Re 118,778.4738

Bilangan Nusselt Nu 500.37

Koefisien perpindahan panas dalam tube hc 12,967.48 W/m2.K

Diameter ekivalen De 0.01806 m

C 0.00635 m

B

As 0.2322576 m2

Koefisien perpindahan panas cangkang 830.894 W/m2.K

Koefisien perpindahan panas kondensasi ho

Suhu dinding tube Tt 37.40 O

C

Suhu film Tf 44.698 O

C

Koefisien perpindahan panas kondensasi hi 1,681.86 w/M2k

Beda suhu rata-rata logaritma LMTD 17.6997 K

34

Suhu film Tf 43 O

C

Koefisien perpindahan panas menyeluruh Uo 1,051.853 W/m2K

Beban panas diserap air Qh

Luas Penampang luar tube Ao 1,867.0058 m2

Panjang tube L 11.919 m

Fluida minimum C min 13,868,989.61 W/K

Number of Transfer Unit NTU 0.14159760000

Efektifitas kondensor ε 13.20 %

Penurunan tekanan pada tube Δ Pt 94.843 psi

Penurunan tekanan pada tube

Suhu uap Th 325 o_K

Tekanan uap Ph 13.71 kpa

Laju aliran massa uap ṁ h 56.95 kg/s

Suhu masuk air pendingin Tci 303

o_K

Suhu keluar air pendingin Tco 311

o_K

Suhu rata-rata air pendingin Tc 34 o_C

Panas spesifik air pendingin cp.c 4178 J/Kg.K

Viskositas air pendingin μe 0.0007356 kg/m.s

Mas sa jenis air pendingin ρe 994.4 kg/m.s3

Konduktifitas termal Ke 0.6214 W/m.K

Bilangan Prandalt Pr 4.948

KONDENSOP PADA PLTGU

Diameter luar do 0.025 m

Tebal dinding tw 0.0002 m

Diameter dalam di 0.0248 m

Perbandingan diameter luar dan dalam do/di 1.009

Pitch tube pt 0.05369 m

Jumlah tube Nt 6825

Diameter shell shell ID 1.75 m

halaman 63

Massa jenis air ρ1 990.678 kg

PLTGU

Beban panas Kondensas i Qcd h (h17- h1) 110,951.9169

Suhu rata-rata air pendingin Tc 307 K

Laju aliran massa air pendingin Qh/(Cp.c(Tcout - Tcin) 3,319.528 kg/s

Bilangan Reynold Re 33,046.8903

Bilangan Nusselt Nu 179.81

Koe fisien perpindahan panas dalam tube hc

4,505.30 W/m2.K Diameter ekivalen De

0.13290 m C 0.02869 m B As 0.712574316 m2 Koefisien perpindahan panas cangkang

Koe fisien perpindahan panas kondensas i ho 830.894 W/m2.K

Suhu dinding tube Tt 43.77 O_C

Suhu film Tf 47.887 O_C

Koe fisien perpindahan panas kondensas i hi 1,697.72 w/M2k

Beda suhu rata-rata logaritma LMTD 17.6997 K

SATUAN

36

Suhu film Tf 43 O_C

Koe fisien perpindahan panas menye luruh Uo 1,081.697 W/m2K

Beban panas diserap air Qh

Luas Penampang luar tube Ao 1,815.4950 m2

Panjang tube L 5.50 m

Fluida minimum C min 13,868,989.61 W/K

Number of Transfer Unit NTU 0.14159760000

Efektifitas kondensor ε 13.20 %

Penurunan tekanan pada tube Δ Pt 3.804 psi

4.5 Sekat (Buffle)

Jarak antara sekat sangat dipengaruhi buffle cut. Jarak optimal adalah (40-60)%. Pada perancangan ini ditetapkan jarak antar sekat adalah 50% dari diameter shell.

Bs= 50% x 60 in = 30 in

Dan jarak antara baffle cut yang direkomendasikan adalah 25%-35%. Menurut (Literature 1) untuk diameter shell 39-60 in dengan jarak antar sekat adalah 3/8 in

(9,525 mm) dengan bahan baja karbon rendah SA-285C. Buffel cut yang dipilih

yaitu 25% dari diameter shell, yaitu:

Bc= 25% x 1,524 m = 0,381 m = 381 mm

Menurut (literature 12) diameter sekat (baffle) adalah: Db = ds-Lsb

Lsb adalah bocoran antara diameter dalam shell dengan diameter sekat, Lsb untuk

diameter shell yang besar adalah, Lsb= 1,6 + 0,004 ds

= 1,6 + 0,004 (1524) = 7,696 mm

Db = 1524 - 7,696 = 1516,2 mm

4.6 Tie Rod

Menurut (Literatur 1) jumlah tie rod untuk diameter shell 49-60 in minimal 10 buah dengan diameter 0,5 in. tie rod dipasangkan dengan spacer untuk mempertahankan jarak antara sekat dan memudahkan penyetelan dan

pemasukan tube pada buffle. Sepacer adalah tube yang dipotong-potong dan

diletakkan diantara sekat lalu Tie rod dimasukkan, pada kedua ujungnya diikat dengan baut. Bahan Tie rod adalah baja karbon rendah SA-285 C sama dengan tube.

38

4.7 Shell dan Pelat Tube

Dari segi pembuatanya, shell dikelompokkan sebagai:

1. Shell dibubt dari pipa (pipe shell)

2. Shell dibuat dari plat (plate shell)

Untuk shell yang besar dibuat dari pelat yang diroll dan dilas, sedangkan

untuk ukuran yang kecil dibuat dari pipa standar. Shell pada perancangan ini tergolong besar, jadi dibuat dari pelat. Bahan pelat yang digunakan adalah baja paduan tinggi SA-240.310s. untuk menentukan tebal shell dapat digunakan perinsip bejana bertekanan sesuai dengan setandar ASME section VIII menurut (Literatur 1) tebal shell silinder adalah,

t =

Dimana:

P : Tekanan oprasional = 0,1371 bar r : Jari-jari dalam shell = 30 in

: Tekanan ijin maksimum

(125,6oF). Tebal A-14 18239,2 psi

E : joint efficiencies(efisiensi sambung). Tipe sambungan pengelasan yang di

gunakan adalah single and double butt joint. Sesuai dengan standarASME, E

= 1.

t=

=0,00327 in =0,083 mm

Tebal pelat sangat tipis hal ini disebabkan tekanan dalam shell sangat rendah

yaitu 13,71 kPa. Sedangkan dari (Literatur 3), tebal shall dan tube yang

direkomendasikan untuk kondensor untuk luas permukaan tubesheet sebesar,

Ats= = 602 = 2827,43 in2

Diproleh : tebal shell : 0,875 in =22,225 mm

Tebal tubesheet : 1,5 in = 38,1 mm

40

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1Kesimpulan

Perancangan kondensor ini bertujuan untuk mengkondensasikan uap keluaran turbin PLTGU pada steam turbin (turbin uap) pada instalasi pembangkit listrik dengan daya turbin 65 MW. Hasil perancangan kondensor diatas yang dipilih adalah rancangan pertama.

1. Spesifikasi rancangan

a. Diameter Shell (ds) : 60 in

b. Susunan Tube :Segitiga

c. Tube Pitch :15/16 in (0,0238125 m)

d. Jumlah Tube :3527

e. Panjang :8,051 m

f. Fluida Panas :Uap Campuran 52oC

g. Fluida Dingin :Air Laut 30oC

h. Beban Panas :110260,5533 kW

i. Laju aliran massa air pendingin :110260,5533 kW110260,5533 kW

2. Tube

a. Bahan : Titanium

b. Diameter luar : ¾ in (19,05mm)

c. Diameter dalam : 17,6276 mm

e. Jumlahnya : 3527

f. Panjang : 26656 mm

3. shell

a. Bahan : Baja Paduan Tinggi, SA -240.310s

b. Diameter Dalam : 1524 mm

c. Tebal : 0, 875 in (22,225 mm)

4.Skat

a. a.Jenis : segmental baffle

b. b.Bahan : Baja karbon rendah, SA-285C

c. c. Diameter : 1516,3 0,04 mm

d. Jumlah :34

e. Tebal : 9,525 mm

f. Jarak antar skat : 762 mm

g. Bafflecut : 381 mm

5. Tie rods dan spacer

a. Bahan Tie rods : Baja karbon rendah, SA-285C

b. Bahan spacer : Titanium

c. Diameter rods : ½ in (12,7 mm)

6. Plat tube (tubesheet)

a. Bahan : Baja paduan tinggi, SA-240.310s

42

5.2 Saran

1. Untuk mahasiswa yang tertarik membahas perancangan kondensor

disarankan untuk membuat rancangan yang spesifik dengan menggunakan software.

2. Untuk meningkatkat efisiensi kondensor di PLTGU sicanang maka sangat

perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut ini:

a. Jumlah aliran air pendingin

b. Kebersihan pipa – pipa kondensor dan tube plate

c. Kerja unit pembuang udara/gas (vakum pump)

d. Kebocoran udara

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengantar Umum

Heat exchanger atau dalam bahasa Indonesia disebut sebagai penukar panas merupakan alat yang digunakan untuk menghasilkan proses pepindahan panas antara dua fluida yang memiliki beda temperatur. Panas berpindah dari fluida yang lebih panas ke fluida yang lebih dingin. Jenis penukar panas yang paling sederhana adalah sebuah wadah dimana fluida yang panas dan fluida yang dingin dicampur secara langsung. Dalam sistem demikian kedua fluida akan mencapai temperatur akhir yang sama, dan jumlah panas yang berpindah dapat diperkirakan dengan mempersamakan energi yang dilepas oleh fluida yang lebih panas dengan energi yang diterima oleh fluida yang lebih dingin. Jenis heat exchanger yang lebih umum dipakai adalah heat exchanger dimana satu fluida terpisah dari fluida lainnya oleh satu dinding atau sekat yang dilalui oleh panas. Heat exchanger jenis ini disebut rekuperator.

2.2 Klasifikasi Alat Penukar Kalor

Melihat begitu banyaknya jenis alat penukar kalor, maka dapat diklasifikasikan berdasarkan bermacam – macam pertimbangan yaitu:

2.2.1 Klasifikasi Berdasarkan Proses Perpindahan Panas

a. Jenis kontak tidak langsung

1) Jenis dari satu fase

2) Jenis dari banyak fase

3) Jenis yang ditimbun (storage tipe)

4) Jenis fluidized bed

b. Jenis kontak langsung

1) Immiscible fluids

2) Gas liquid

6

2.2.2 Klasifikasi Berdasarkan Jumlah Fluida yang Mengalir

a. Dua jenis fluida

b. Tiga jenis fluida

c. Empat jenis fluida

2.2.3 Klasifikasi Berdasarkan Kompaknya Permukaan

a. Jenis penukar kalor yang kompak,

density luas permukaannya > 700 m2/m3

b. Jenis penukar kalor yang tidak kompak,

density luas permukaannya < 700 m2/m3

2.2.4 Klasifikasi Berdasarkan Mekanisme Perpindahan Panas

a. Dengan cara konveksi, satu fase pada kedua sisi alirannya

b. Dengan cara konveksi pada satu sisi aliran dan pada sisi yang lainnya

terdapat cara konveksi 2 aliran

c. Dengan cara konveksi pada kedua sisi alirannya serta terdapat 2 pass

aliran masing – masing

d. Kombinasi cara konveksi dan radiasi

2.2.5 Klasifikasi Berdasarkan Konstruksi

a. Konstruksi turbular (shell and tube)

1) Tube ganda (double tube)

2) Konstruksi shell and tube

a) Sekat plat (plate baffle)

b) Sekat batang (rod baffle)

b. Konstruksi Jenis pelat

1) Jenis pelat

2) Jenis lamella

3) Jenis spiral

4) Jenis pelat coil

c. Konstruksi dengan luas permukaan diperluas (extended surface)

1) Sirip pelat (plate fin)

2) Sirip tube (tube fin)

a) Heat pipe wall

b) Ordinary separating wall

d. Regenerative

1) Jenis rotary

2) Jenis disk

3) Jenis drum

4) Jenis matrik tetap

2.2.6 Klasifikasi Berdasarkan Pengaturan Aliran

a. Aliran dengan satu pass

1) Aliran berlawanan

2) Aliran pararel

3) Aliran melintang

4) Aliran split

5) Aliran yang dibagi (divided)

b. Aliran multipass

1) Permukaan yang diperbesar (extended surface)

a) Aliran berlawanan menyilang

b) Aliran sejajar menyilang

c) Aliran campur

8

a) Aliran pararel yang berlawanan (1 laluan pada shell dan 2

laluan pada tube)

b) Aliran split

c) Aliran dibagi ( divided )

2.3 Pembagian Alat Penukar Kalor Jenis Shell and Tube Berdasarkan TEMA

Begitu banyaknya jenis dari alat penukar kalor shell and tube yang dipergunakan pada dunia industri. Untuk membuat pembagiannya secara pasti adalah sangat sulit.

Tetapi oleh Standard of Turbular Exchanger Manufactures Association (Ir. Tunggul M. Sitompul, S.E., M.Sc., 1993) dikelompokkan berdasarkan pemakaian dari heat exchanger itu menjadi 3 kelompok yaitu:

a. Alat Penukar Kalor Kelas “R”, yang dipergunakan pada industri minyak

dan peralatan yang berhubungan proses tersebut.

b. Alat Penukar Kalor Kelas “C”, yang dipergunakan pada keperluan

komersial atau general purpose dengan didasarkan pada segi ekonomis dan ukuran kecil.

c. Alat Penukar Kalor Kelas “B” yang banyak dipergunakan pada proses

kimia.

Alat penukar kalor kelas “R”, kelas “C”, dan kelas “B” ini, semuanya adalah alat penukar kalor yang tidak dibakar (unfired Shell and tube), tidak sama dengan ketel uap. Berikut contoh dari beberapa jenis alat penukar kalor standar TEMA seperti gambar berikut ini.

2.4 Komponen – Komponen Alat Penukar Kalor

Dalam penguraian – penguraian komponen – komponen alat penukar kalor jenis shell and tube akan dibahas beberapa komponen yang sangat berpengaruh pada konstruksi alat penukar kalor. Untuk lebih jelasnya disini akan dibahas beberapa komponen dari alat penukar kalor jenis shell and tube.

2.4.1 Shell

Konstruksi shell sangat ditentukan oleh kapasitas dan keadaan

tubes yang akan ditempatkan didalamnya. Shell ini dapat dibuat dari pipa yang berukuran besar atau pelat baja yang dirol. Shell merupakan badan dari alat penukar kalor, dimana terdapat tube bundle. Untuk temperature kerja yang

tinggi kadang – kadang shell dibagi dua sambungan dengan sambungan

ekspansi. Pada gambar dibawah ini dapat dilihat rancangan atau design untuk alat penukar kalor shell and tube sesuai dengan standar TEMA.

10 Gambar 2.1 Rancangan Alat Penukar Kalor Shell and Tube (Literatur 1)

2.4.2 Tube

Tube merupakan bidang pemisah antara dua fluida yang mengalir, dan sekaligus sebagai bidang perpindahan panas. Pada umumnya flow fluida yang mengalir di dalam tube lebih kecil dibandingkan dengan flow fluida yang mengalir di dalam shell. Ketebalan dan material tube harus dipilih berdasarkan tekanan operasi dan jenis fluidanya. Agar tidak mudah bocor dan korosi akibat aliran fluida yang mengalir di dalam tube. Adapun tipe susunan tube berdasarkan TEMA seperti gambar berikut ini.

Gambar 2.2 Tipe Susunan Tube Alat Penukar Kalor (Literatur 1)

Susunan tube segitiga sangat popular dan sangat baik dipakai

melayani fluida kotor/berlumpur atau yang bersih. Pembersihan tube dilakukan dengan cara kimia (chemical cleansing). Koefisien perpindahan panasnya lebih baik dibandingkan susunan pipa bujur (in – line square pitch). Susunan tube segitiga banyak dipergunakan dan menghasilkan perpindahan panas yang baik per satu satuan penurunan tekanan (per unit pressure drop), disamping itu letaknya lebih kompak.

Susunan tube bujur sangkar membentuk 900 (in – line square pitch)

12

a. Apabila penurunan tekanan (pressure drop) yang terjadi pada alat penukar

kalor itu sangat kecil.

b. Apabila pembersihan yang dilakukan pada bagian luar tube adalah dengan

cara pembersihan mekanik (mechanical cleansing). Sebab pada susunan seperti ini terdapat celah antara tube yang dipergunakan untuk pembersihannya.

c. Susunan ini memberikan perilaku yang baik, bila terjadi aliran turbulen,

tetapi untuk aliran laminar akan memberikan hasil yang kurang baik.

Susunan tube yang membentuk 450 atau susunan belah ketupat

(diamond square pitch) baik dipergunakan pada kondisi operasi yang penurunan tekanan kecil, tetapi lebih besar dari penurunan tekanan jenis bujur sangkar. Selain itu susunan tube ini relatif lebih baik dibanding susunan tube

yang membentuk 300 terhadap aliran.

2.4.3 Baffle

Baffles atau sekat – sekat yang dipasang pada alat penukar kalor mempunyai beberapa fungsi, yaitu :

1. Struktur untuk menahan tube bundle

2. Damper untuk menahan atau mencegah terjadinya getaran pada

btube

3. Sebagai alat untuk mengontrol dan mengarahkan aliran fluida yang

mengalir di luar tube (shell side)

Ditinjau dari segi konstruksi, sekat itu dapat diklasifikasikan dalam 4 kelompok yaitu:

1. Sekat pelat berbentuk segment (segmental baffle plate)

2. Sekat batang (rod baffle)

3. Sekat mendatar atau longitudinal baffle

2.5 Kondensor

Kondensor merupakan jenis mesin penukar kalor (heat exchanger) yang berfungsi untuk mengkondensasikan fluida kerja dan mengembalikan exhaust steam dari turbin ke fase cairnya agar dapat dipompakan ke boiler untuk digunakan kembali. Selain itu, kondensor juga berfungsi untuk menciptakan back pressure yang rendah pada exhaust turbine sehingga efisiensi siklus dan kerja turbin akan meningkat.

Untuk meningkatkan efisiensi siklus dan kerja turbin pada PLTU, maka exhaust uap bekas yang keluar dari turbin (kondensor) harus dalam kondisi vacum.

Gambar 2.3 Kondensor tipe permukaan (surface condenser) (google serch”kondensor”)

14 Gambar 2.4 Condensor ST 1.0 Sisi A PLTGU

Tujuan pengkondisian vakum pada kondensor tersebut yaitu sebagai berikut:

1. Untuk menurunkan titik didih uap LP turbin agar bisa terkondensasi

menjadi air (konsep mesin Carnot: Panas masuk dan panas keluar menghasilkan kerja)

Reservoir Energi Termal

T2 Mesin ( Turbin )

T1 PANAS input

PANAS dibuang

Reservoir penyedot panas ( Kondensor )

Output KERJA 4 1 3 2

KERJA masuk KERJA keluar

PANAS masuk PANAS keluar T1 T2 Temperatur PANAS terbuang Kerja

Semakin rendah temperatur air Kondensat, menunjukkan bahwa semakin besar panas yang digunakan untuk memutar turbin.

2. Untuk menarik uap dan mempercepat laju uap dari LP turbin ke Kondensor

sehingga menghindari terjadinya kondensasi di sudu LP turbin terakhir yang dapat mengakibatkan rusaknya blade turbin.

TURBIN

KONDENSOR Pengkondisian

Vacuum Main Steam

Ejector

Aliran Uap

Gambar 2.6 Pengkondisian Vacuum Kondensor (google serch”kondensor”)

Semakin tinggi beban yang di pikul pembangkit maka pembangkit akan mensuplai daya yang semakin besar pula, diikuti dengan konsumsi uap yang semakin besar untuk memutar rotor turbin.

3. Mencegah tekanan balik (Back pressure) ke LP turbin, karena uap yg

mengalir memutar sudu stage terakhir LP turbin memiliki tekanan yg

rendah. Back pressure tersebut akan menekan sudu turbin ke arah

berlawanan dengan arah putaran sehingga akan menyebabkan turunnya efisiensi keseluruhan sistem (MW generator bisa turun), Juga berpotensi merusak sudu turbin.

16

Exiter Generator

Kondensor

Pengkondisian Vacuum

Aliran Uap

Turbin

Gambar 2.7 Aliran Uap pada Sudu Turbin (google serch”kondensor”)

2.6 Metode Pengumpulan Data

Proses pengumpulan data- data tentang spesifikasi dan data-data pada saat kondensor beroperasi dilakukan dengan melakukan peninjauan langsung ke PLTGU blok I PT.PLN (PERSERO) sektor pembangkit belawan .

Pengumpulan data dilakukan dengan cara tanya jawab langsung dengan pegawai bidang operasi dan pemeliharaan, menelaah dari manual handbook dan mencatat data-data sebagai penunjang diperlukannya langkah-langkah kerja yaitu:

1. Mengetahui cara pengoperasian Kondensor

2. Mencari dan mengumpulkan refrensi-refrensi kondensor dan

perhitungan yang berhubungan.

3. Menganalisa data-data tersebut untuk mendapat perhitungan dan

BAB I PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) merupakan salah satu jenis pembangkit listrik yang digunakan untuk memenuhi persediaan listrik di Indonesia. Kebutuhan Listrik yang terus meningkat mendorong tersedianya pembangkit listrik yang mampu menghasilkan kapasitas yang besar.

Dalam operasinya, Hasil buangan Turbin Gas dimanfaatkan untuk

memanaskan Heat Recovery Steam Generator (HRSG) untuk menghasilkan uap

kering yang digunakan untuk memutar turbin uap. Sama halnya dengan Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) di PT PLN (Persero) pembangkitan Sumatra Bagian Utara Sektor Pembangkit Belawan. Pada PLTGU, air keluaran kondensor sangat bermanfaat untuk air umpan Heat Recovery Steam Generator (HRSG). Air keluar kondensor sangat diperhatikan, oleh karena itu agar uap terkondensasi dengan sempurna maka kevakuman kondensor harus dijaga dengan menggunakan pompa vakum, karena pompa bekerja dengan menghisap udara pada kondensor. Dengan tekanan yang lebih rendah di kondensor, maka uap akan bisa turun bergerak dengan mudah dari turbin menuju kondensor.

Untuk mengubah uap menjadi air (air kondensat) digunakan Kondensor, walaupun kondensor dapat mengubah uap menjadi air, keberadaan persediaan air seperti sungai, laut, dan danau tetap diperlukan karena kebutuhan air pendingin, dan uap yang diubah kondensor tidak seluruhnya menjadi air hal ini disebabkan

adanya loses (kerugian) sehingga uap terbuang ke atmosfer, hal ini terjadi karena

adanya kebocoran sepanjang sistem perpipaan, katup-katup, alat pemanas dan peralatan lainya.

Namun perlu juga diperhitungkan suhu air pendingin yang dibuang kembali. Ini dikarenakan isu lingkungan hidup yang semakin disoroti akhir-akhir ini.

2 Berdasarkan uraian di atas, penulis merasa tertarik untuk membahas dan ingin mengetahui lebih banyak lagi tentang hal-hal yang berkaitan dengan proses pada kondensor dalam kondensasi uap tersebut, dimana data-data yang penulis pergunakan untuk penyusunan tugas akhir ini diambil dari data-data selama penulis melaksanakan Kerja Praktek (KP) di PT PLN (Persero) pembangkitan Sumatra Bagian Utara Sektor Pembangkit Belawan tanggal 11 Maret 2013 – 11 April 2013.

1.1Batasan Masalah

Dalam penulisan laporan ini, dibuat batasan masalah sebagai berikut :

1. Perancangan Kondensor pada PLTGU Blok I

2. Perhitungan dengan daya 65 MW

3. Pemilihan rancangan berdasarkan efektifitas dan ekonomis

1.2 Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengkondensasikan uap keluaran turbin dengan pemanfaatan air laut sebagai media pendingin dengan sistem tertutup.

1.3 Manfaat

1. Bagi penulis sendiri untuk menambah wawasan dan pengetahuan tantang kondensor agar nantinya setelah terjun ke lapangan dapat dijadikan sebagai pedoman atau buku petunjuk.

2. Sebagai bahan perbandingan bagi mahasiswa lain yang akan membahas hal sama.

3. Membandingkan antara teori yang diperoleh dari bangku perkuliahan dengan yang ada di lapangan.

1.4 Metode Pengumpulan Data

Dalam menyusun laporan ini, penulis melakukan beberapa metode dalam pengumpulan data, diantaranya :

1. Observasi langsung ke lapangan.

2. Konsultasi dengan pembimbing lapangan dan pembimbing di

perkuliahan.

3. Studi literatur, yaitu mempelajari buku-buku referensi dalam

melengkapi teori-teori yang berhubungan dengan kondensor.

1.5 Sistematika Penulisan

Penyusunan skripsi dibuat dengan sistematika penulisan sebagai berikut:

Bagian awal yang berisi tentang halaman judul, halaman pengesahan, kata pengantar, daftar isi dan daftar lampiran.

Bagian kedua adalah merupakan bagian utama atau isi dari penulisan skripsi ini, yang terdiri dari lima bab:

1. Bab I: Pendahuluan, meliputi latar belakang masalah, rumusan masalah,

batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, sistematika penulisan.

2. Bab II: Berisikan dasar-dasar teori yang didasarkan dari hasil studi

literature yang berhubungan dengan judul skripsi. Teori-teori yang disajikan berupa pengertian kemudian dilanjutkan dengan rumus-rumus yang akan dihitung nantinya. Teori-teori tersebut diambil dari berbagai

sumber seperti buku bacaan, survei lapangan dan dari internet.

Bahan-bahan tersebut akan digabung menjadi sebuah tulisan yang menjadi dasar teori dari judul skripsi yang memperkuat skripsi tersebut dengan data-data yang ada.

3. Bab III: Pada bab 3 ini menjelaskan metodologi yang meliputi metode

pengumpulan data, bahan dan spesifikasi karena skripsi ini adalah analisa maka harus dilakukan survei atau penelitian. Pada bab ini akan dibahas tentang cara yang dilakukan untuk mendapatkan data-data pendukung

4 seperti spesifikasi dan juga disertai dengan teknik dan metode yang digunakan untuk menyelesaikan skripsi ini.

4. Bab IV: Analisa data dan Perancangan. Pada bab ini akan diuraikan

tentang proses perhitungan dari data-data yang sudah didapatkan perhitungan dilakukan berdasarkan landasan teori dimana rumus-rumus tersebut akan digunakan untuk mendapatkan data-data hasil yang diinginkan peroses perhitungan dan pembahasan akan disajikan secara teratur dan terangkai dengan baik

5. Bab V: Kesimpulan Dan Saran Pada bab ini berisikan tentang intisari

ataupun kesimpulan yang didapatkan dalam proses penyusunan skripsi dan hasil yang didapatkan. Bab ini akan menguraikan secara singkat hal-hal yang sangat penting tentang hasil yang diperoleh.

ABSTRAK

PLTGU Belawan memiliki 2 unit kondensor. Dalam perancangan kondensor PLTGU yang dibahas perancangan didasarkan dari pemilihan diameter tube, dan jarak antara tube, serta jumlah tube, adapun perancangan yang dihitung

adalah diameter luar tube ¾ in, dan pitch tube 15/16 in, diameter luar ¾ in pitch

tube 1 in, diameter luar 1 in dengan pitch tube 5/4 in. Dari hasil perhitungan yang dilakukan pada perancangan ini diperoleh efektivitas kondensor 13.22 % dan, berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan maka diperoleh koefisien

perpindahan panas menyeluruh (Uo) pada perancangan pertama adalah 1156,18

W/m2K, pada perancangan kedua adalah 1168,42 W/m2K, dan rancangan ketiga

adalah 1051,853 W/m2K sedangkan untuk panjang (L) tubenya adalah 8.05m,

9.07 m, 11.91 m. Hasil perancangan ini dipilih berdasarkan tingkat effisiensi dan ekonomisnya maka perancangan yang dipilih adalah perancangan pertama yaitu

Diameter luar tube ¾ in, dan Pitch tube 15/16 in, dengan (Uo) 1165,18 W/m2K,

dan (L) 8,05 m.

xii

ABSTRACT

PLTGU Belawan has 2 condenser. In the design of the steam power plant condenser are discussed based on the selection of tube diameter, pich tube distance between the tube, and tube number, which is calculated as for the design of the outside diameter of the tube is ¾ in, and Pitch tube 15/16 in, outside diameter tube ¾ in, pitch tube 1 in, outside diameter of tube 1 in, and Pitch tube 5/4 in. From the results of the calculations are done on the design of the condenser effectiveness obtained 13.22 %, and based on the results of the calculations have been done then obtained a thorough heat transfer coefficient ( Uo ) the first design is 1156.18 W/m2K, the second design is 1168.42 W/m2K, and the third is 1051.853 W/m2K. Length each tube design are 8.05 m, 9.07 m, 11.91 m. The result of this design is based on the level of economic and efficiency the selected design is the first design of the outside diameter of the tube is ¾ in, and pitch tube 15/16 in, with ( Uo ) 1165.18 W/m2K, and Length ( L ) 8.05 m. Keywords : Condenser, design, heat transfer coefficient.

PERANCANGAN KONDENSOR TURBIN UAP (ST.1.0)

DENGAN DAYA 65 MW DI PLTGU BLOK I PT.PLN

(PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA

SEKTOR PEMBANGKIT BELAWAN

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ALEXANDER SEBAYANG

NIM : 110421006

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas Berkat dan Karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Skripsi ini dengan baik.

Skripsi ini berjudul “PERANCANGAN KONDENSOR TURBIN UAP (ST.1.0)

DENGAN DAYA 65 MW DI PLTGU BLOK I PT.PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR

PEMBANGKIT BELAWAN” Dimaksutkan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Kondensor merupakan Alat Penukar Kalor yang mengubah uap jenuh bekas turbin menjadi air kondensat. Dengan penggunaan kondensor ini maka dapat menghemet air pengisian ketel/Heat Recovery Steam Generator (HRSG).

Dalam menyelesaikan tugas sarjana ini, penulis banyak mendapat dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan trimakasih sebesar-besarnya kepada

Prof. Dr. Ir. Bustami Syam M.T, Dekan Fakultas Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara ;

1. Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik

mesin Universitas Sumatera Utara;

2. Ir.M.Syahril Gultom,MT. selaku Dosen Pembimbing Skripsi ini yang

telah banyak membantu dengan memberikan bimbingan, pengarahan penyusunan laporan skrippsi ini;

3. Bapak dan ibuk staf pengajar dan pegawai di Departemen Teknik

Mesin USU.

4. Teristimewa kepada Kedua Orangtua tercinta B.Sebayang dan C.br

Tarigan yang telah memberikan doa, motifasi, dukungan moril, dan materil kepada penulis

ii

5. Kakak dan abang tercinta Anna Br sebayang, Yusneni Br Sebayang,

Evi Emilia Br Sebayang, Alberta Br Sebayang, dan abang saya Oktavianus Sebayang dan istri Sylvia Dora Br Sembiring.

6. Kekasih tercinta Injilia Febrinasari Br Tarigan yang slalu memberi

dukungan dan semangat.

7. Seluruh teman-teman Teknik Mesin angkatan 2011 dan abang Suheri

Susanto angkatan 2010. Dan Abang Andi Setiawan Ginting, dan Abang Ahmad A.G tim fortex, dan jupri surbakti, Yudika DKK.

8. Abang Dohamsal Siahaan selaku pembimbing kami HAR.

Pemeliharaan turbin uap PLTGU;

9. Abang Patuan Hero Siahaan selaku pembimbing kami HAR.

Pemeliharaan turbin uap PLTGU;

10. Seluruh Staff dan Karyawan/Karyawati PT. PLN (Persero) Pembangkitan Sumatera Utara Sektor Belawan.

Penulis Menyadari bahwa masih banyak terdapat kekurangan dalam penulisan tugas sarjana ini. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari berbagai pihak untuk menyempurnakan laporan skripsi ini. Semoga Laporan skripsi ini bermanfaat Bagi semua pihak yang membaca.

Medan, Januari 2014 Penulis,

Alexander Sebayang NIM.110421006

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR NOTASI ... viii

ABSTRAK ... xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Batasan Masalah ... 2

1.3 Manfaat ... 2

1.4 Metode Pengumpulan Data ... 2

1.5 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II LANDASAN TEORI ... 5

2.1 Pengantar Umum ... 5

2.2 Klasifikasi Heat Exchanger ... 5

2.3 Pembagian alat penukar kalor jenis shell and tube TEMA ... 8

2.4 Komponen-komponen alat penukar kalor ... 9

2.5 Kondensor ... 13

2.6 Metode Pengumpulan Data ... 16

BAB III ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ... 17

3.1 Tipe Kondensor ... 17

3.2 Tube ... 17

3.3 Analisa Siklus Termodinamika ... 17

iv

BAB IV PERANCANGAN KONDENSOR ... 22

4.1 Beban Panas ... 22

4.2 Laju aliran massa Air pendingin ... 23

4.3Perancangan kondensor ... 24

4.4 Perhitungan perancangan melalui MS. EXCEL, ... 25

4.5 Sekat (buffle) ... 37

4.6 Tie Rodd ... 37

4.7 Shell dan Plat Tube ... 38

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 40

5.1 Kesimpulan ... 40

5.2 Saran... 41 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Ranacangan alat penukar kalor menurut TEMA ... 10

Gambar 2.2 Susunan tipe alat penukar kalor ... 11

Gambar 2.3 Kondensor tipe permukaan (surface condenser)... 13

Gambar 2.4 Kondensor ST 1.0 Sisi A PLTGU ... 14

Gambar 2.5 Konsep Mesin Karnot ... 14

Gambar 2.6 Pengkondisian Vacuum Kondensor ... 15

Gambar 2.7 Aliran Uap pada Sudu Turbin ... 16

Gambar 3.1 Siklus uap ... 18

Gambar 3.2 flow chart ... 20

vi

DAFTAR TABEL

DAFTAR NOTASI

Notasi Arti Satuan

A Ao Bc Bs cpc cpl db di do ds dsb E g h ho hc k kc kl l Luas Penampang

Luas Penampang luar tube Buffle cut (potongan sekat) Buffle space (jarak sekat) Panas spesifik air pendingin

Panas spesifik cairan pada suhu film Diameter Buffle

Diameter dalam tube Diameter luar tube Diameter shell

Diameter antara shell dengan buffle Efisiensi sambungan

Gaya grafitasi Entalpi

Koefisien perpindahan panas kondensasi Koefisien perpindahan panas dalam tube Konduktifitas termal

Konduktifitas termal air pendingin

Konduktifitas termal cairan pada suhu film Panjang tube m2 m2 m m J/kg.K J/kg.K m m m m m -

9,81 m/s2

KJ/kg

W/m2K

W/m2K

W/m2K

W/m2K

W/m2K

viii LMTD Ng Np Nt Nu NTU P Ph Pr Pt Qcd Qh r Re Rfi Rw s s.g T Tc

Beda suhu rata-rata logaritma Laju aliran massa

Laju aliran massa air pendingin Laju aliran massa uap

Gaya generator Jumlah Pass tube Jumlah Tube Bilangan Nusselt

Number of Transfer Unit Tekanan

Tekanan uap Bilangan Prandalt Jarak antara Pusat Tube Beban panas Kondensasi Beban panas diserap air Jari-jari shell

Bilangan Reynold

Faktor Pengotoran Dalam tube Tahanan Termal dinding tube Entropi

Grafitasi Spesifik Suhu

Suhu rata-rata air pendingin

K Kg/s Kg/s Kg/s W - - - - pa pa - m W W M -

m2K/W

m2K/W

m2K/W

- o

C,K o

Tco Tci Tf Th Tsat Tt Uo V v Wt Wcp WBFP x

Suhu keluar air pendingin Suhu masuk air pendingin Suhu film

Suhu Uap Suhu saturasi Suhu dinding tube

Koefisien perpindahan panas menyeluruh Volume

Volume spesifik Daya Turbin

Daya pompa kondensat Daya pompa air pengisi ketel Persentase fraksi uap

o C,K o C,K o C,K o C,K o C,K o C,K

W/m2K

m3 m3/kg W W W %

x

SIMBOL YUNANI

NOTASI KETERANGAN SATUAN

Kenaikan suhu air pendingin oC,K

Penurunan tekanan pada tube Pa

g Efisiensi generator -

μc Viskositas air pendingin kg/ms

μl Viskositas cairan pada suhu film kg/ms

ρc Massa jenis air pendingin kg/m3

ρl Massa jenis cairan pada suhu film kg/m3

ρv Massa jenis uap pada suhu film kg/m3

ρhl Massa jenis fluida panas bentuk cairan kg/m3

σ tekanan izin maksimum Pa, Psi

ABSTRAK

PLTGU Belawan memiliki 2 unit kondensor. Dalam perancangan kondensor PLTGU yang dibahas perancangan didasarkan dari pemilihan diameter tube, dan jarak antara tube, serta jumlah tube, adapun perancangan yang dihitung

adalah diameter luar tube ¾ in, dan pitch tube 15/16 in, diameter luar ¾ in pitch

tube 1 in, diameter luar 1 in dengan pitch tube 5/4 in. Dari hasil perhitungan yang dilakukan pada perancangan ini diperoleh efektivitas kondensor 13.22 % dan, berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan maka diperoleh koefisien

perpindahan panas menyeluruh (Uo) pada perancangan pertama adalah 1156,18

W/m2K, pada perancangan kedua adalah 1168,42 W/m2K, dan rancangan ketiga

adalah 1051,853 W/m2K sedangkan untuk panjang (L) tubenya adalah 8.05m,

9.07 m, 11.91 m. Hasil perancangan ini dipilih berdasarkan tingkat effisiensi dan ekonomisnya maka perancangan yang dipilih adalah perancangan pertama yaitu

Diameter luar tube ¾ in, dan Pitch tube 15/16 in, dengan (Uo) 1165,18 W/m2K,

dan (L) 8,05 m.

xii

ABSTRACT

PLTGU Belawan has 2 condenser. In the design of the steam power plant condenser are discussed based on the selection of tube diameter, pich tube distance between the tube, and tube number, which is calculated as for the design of the outside diameter of the tube is ¾ in, and Pitch tube 15/16 in, outside diameter tube ¾ in, pitch tube 1 in, outside diameter of tube 1 in, and Pitch tube 5/4 in. From the results of the calculations are done on the design of the condenser effectiveness obtained 13.22 %, and based on the results of the calculations have been done then obtained a thorough heat transfer coefficient ( Uo ) the first design is 1156.18 W/m2K, the second design is 1168.42 W/m2K, and the third is 1051.853 W/m2K. Length each tube design are 8.05 m, 9.07 m, 11.91 m. The result of this design is based on the level of economic and efficiency the selected design is the first design of the outside diameter of the tube is ¾ in, and pitch tube 15/16 in, with ( Uo ) 1165.18 W/m2K, and Length ( L ) 8.05 m. Keywords : Condenser, design, heat transfer coefficient.

vii

DAFTAR NOTASI

Notasi Arti Satuan

A Ao Bc Bs cpc cpl db di do ds dsb E g h ho hc k kc kl l Luas Penampang

Luas Penampang luar tube Buffle cut (potongan sekat) Buffle space (jarak sekat) Panas spesifik air pendingin

Panas spesifik cairan pada suhu film Diameter Buffle

Diameter dalam tube Diameter luar tube Diameter shell

Diameter antara shell dengan buffle Efisiensi sambungan

Gaya grafitasi Entalpi

Koefisien perpindahan panas kondensasi Koefisien perpindahan panas dalam tube Konduktifitas termal

Konduktifitas termal air pendingin

Konduktifitas termal cairan pada suhu film Panjang tube

m2 m2 m m J/kg.K J/kg.K m m m m m -

9,81 m/s2 KJ/kg W/m2K W/m2K W/m2K W/m2K W/m2K M

LMTD Ng Np Nt Nu NTU P Ph Pr Pt Qcd Qh r Re Rfi Rw s s.g T Tc

Beda suhu rata-rata logaritma Laju aliran massa

Laju aliran massa air pendingin Laju aliran massa uap

Gaya generator Jumlah Pass tube Jumlah Tube Bilangan Nusselt

Number of Transfer Unit Tekanan

Tekanan uap Bilangan Prandalt Jarak antara Pusat Tube Beban panas Kondensasi Beban panas diserap air Jari-jari shell

Bilangan Reynold

Faktor Pengotoran Dalam tube Tahanan Termal dinding tube Entropi

Grafitasi Spesifik Suhu

Suhu rata-rata air pendingin

K Kg/s Kg/s Kg/s W - - - - pa pa - m W W M - m2K/W m2K/W m2K/W -

o

C,K

o

ix Tco

Tci

Tf

Th

Tsat

Tt

Uo

V v Wt

Wcp

WBFP

x

Suhu keluar air pendingin Suhu masuk air pendingin Suhu film

Suhu Uap Suhu saturasi Suhu dinding tube

Koefisien perpindahan panas menyeluruh Volume

Volume spesifik Daya Turbin

Daya pompa kondensat Daya pompa air pengisi ketel Persentase fraksi uap

o

C,K

o

C,K

o

C,K

o

C,K

o

C,K

o

C,K W/m2K m3 m3/kg W W W %

SIMBOL YUNANI

NOTASI KETERANGAN SATUAN

Kenaikan suhu air pendingin oC,K

Penurunan tekanan pada tube Pa

g Efisiensi generator -

μc Viskositas air pendingin kg/ms

μl Viskositas cairan pada suhu film kg/ms

ρc Massa jenis air pendingin kg/m3

ρl Massa jenis cairan pada suhu film kg/m3

ρv Massa jenis uap pada suhu film kg/m3

ρhl Massa jenis fluida panas bentuk cairan kg/m3

σ tekanan izin maksimum Pa, Psi

xi

ABSTRAK

PLTGU Belawan memiliki 2 unit kondensor. Dalam perancangan kondensor PLTGU yang dibahas perancangan didasarkan dari pemilihan diameter tube, dan jarak antara tube, serta jumlah tube, adapun perancangan yang dihitung adalah diameter luar tube ¾ in, dan pitch tube 15/16 in, diameter luar ¾ in pitch tube 1 in, diameter luar 1 in dengan pitch tube 5/4 in. Dari hasil perhitungan yang dilakukan pada perancangan ini diperoleh efektivitas kondensor 13.22 % dan, berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan maka diperoleh koefisien perpindahan panas menyeluruh (Uo) pada perancangan pertama adalah 1156,18

W/m2K, pada perancangan kedua adalah 1168,42 W/m2K, dan rancangan ketiga adalah 1051,853 W/m2K sedangkan untuk panjang (L) tubenya adalah 8.05m, 9.07 m, 11.91 m. Hasil perancangan ini dipilih berdasarkan tingkat effisiensi dan ekonomisnya maka perancangan yang dipilih adalah perancangan pertama yaitu Diameter luar tube ¾ in, dan Pitch tube 15/16 in, dengan (Uo) 1165,18 W/m2K,

dan (L) 8,05 m.

Kata Kunci : Kondensor, Perancangan, koefisien perpindahan panas.

ABSTRACT

PLTGU Belawan has 2 condenser. In the design of the steam power plant condenser are discussed based on the selection of tube diameter, pich tube distance between the tube, and tube number, which is calculated as for the design of the outside diameter of the tube is ¾ in, and Pitch tube 15/16 in, outside diameter tube ¾ in, pitch tube 1 in, outside diameter of tube 1 in, and Pitch tube 5/4 in. From the results of the calculations are done on the design of the condenser effectiveness obtained 13.22 %, and based on the results of the calculations have been done then obtained a thorough heat transfer coefficient ( Uo ) the first design is 1156.18 W/m2K, the second design is 1168.42 W/m2K, and the third is 1051.853 W/m2K. Length each tube design are 8.05 m, 9.07 m, 11.91 m. The result of this design is based on the level of economic and efficiency the selected design is the first design of the outside diameter of the tube is ¾ in, and pitch tube 15/16 in, with ( Uo ) 1165.18 W/m2K, and Length ( L ) 8.05 m. Keywords : Condenser, design, heat transfer coefficient.