Analisa Heat Exchanger Untuk Pendinginan Sistem Hidrolik Damper HRSG 22
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
PLTGU ( Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap) terdiri dari PLTG, Boiler
(HRSG) dan Steam Turbin generator. Operasional PLTGU dengan cara
memanfaatkan gas buang dari PLTG untuk memanaskan boiler (HRSG) yang
menghasilkan uap panas untuk menggerakan turbin dan genarator. Dalam operasi
PLTGU pengoperasian HRSG terpisah dengan pengoperasian PLTG sehingga
waktu pengoperasian PLTG dan HRSG tidak dilakukan bersamaan atau
pengoperasian HRSG dapat dilakukan apabila PLTG telah lebih dulu beroperasi
normal.
Konfigurasi 1 blok PLTGU dapat disusun sebagai berikut :
1PLTG + 1HRSG + 1Turbin Genarator
2PLTG + 2HRSG + 1Turbin Genarator
3PLTG + 3HRSG + 1Turbin Genarator
2.1 Diverter
Diverter (pengalih) berfungsi untuk mengatur arah aliran gas buang dari turbin gas
apakah dialirkan ke ruang boiler HRSG atau langsung dibuang ke udara luar
melalui cerobong pintas bypass stack, sehingga unit turbin gas masih dapat
dioperasikan walaupun unit boiler HRSGnya perlu untuk distop. Diverter juga
berfungsi untuk mengalihkan perlahan-lahan dan mengatur aliran gas buang dari
by-pass stack ke ruang boiler HRSG pada saat mulai menjalankan (start-up)
HRSG, atau sebaliknya pada saat stop operasi (shutdown) HRSG.Diverter harus
benar-benar menutup rapat atau mengisolasi aliran gas buang sehingga tidak ada
kebocoran gas panas ke by-pass stack saat HRSG beroperasi agar dicapai efisiensi
maksimal; atau tidak ada kebocoran gas panas ke ruang boiler HRSG saat stop
agar tidak merusak dan membahayakan HRSG.
36
Universitas Sumatera Utara
HRSG
Exhaust
Stack
Bypass Stack
exaust
silincer
Diverter
Damperr
HRSG
Exhaust
diffuser
Expansion Joint
Gas Turbin
Inlet air
casing
Intake Struckture
Sumber : Literatur teori HRSG Pusdiklat Suralaya,2013
Gambar 2.1. Instalasi Damper HRSG
Di dalam diverter damper terdapat flap damper yang berfungsi untuk mengubah
arah buangan gas turbin. Cara kerja flap damper dengan membuka dan menutup
pada arah yang menuju HRSG atau menuju bypass stack. Untuk PLTGU operasi
dalam kondisi open cycle atau hanya PLTG yang beroperasi sedangkan HRSG
tidak beroperasi, posisi flap damper menutup arah ke HRSG dan membuka ke
bypass stack. Namun bila PLTGU operasi dalam kondisi combine cycle PLTG
37
Universitas Sumatera Utara
dan HRSG keduanya beroperasi dengan posisi flap damper membuka ke arah
HRSG dan menutup ke bypass stack. Untuk lebih jelas mengenai posisi dari flap
damper pada saat sebelum dan sesudah beroperasi HRSG seperti pada gambar
dibawah ini.
OUT GAS
BYPASS STACK
HRSG
Gas bua ga
turbi
Flap Da per
Posisi flap
e utup ke
HRSG
Gambar 2.2 Posisi pembukaan flap damper pada operasi open cycle
38
Universitas Sumatera Utara
BYPASS STACK
HRSG
Gas bua ga
turbi
Flap Da per
Gambar 2.3 Posisi pembukaan flap damper pada operasi combine cycle
Sumber : Literatur teori HRSG Pusdiklat Suralaya,2013
39
Universitas Sumatera Utara
Gambar. 2.2 Flap Damper
Flap damper yang berfungsi sebagai komponen dari diverter damper untuk
mengubah arah aliran gas buang turbin, flap damper digerakan dengan
menggunakan poros yang diputar oleh piston hidrolik. Mekanisme kerja piston
hidrolik ini diatur oleh sistem oli hidrolik yang menggunakan tekanan kerja 200
bar.
2.2 Hidraulik Damper
Hidraulik damper adalah sistem hidrolik yang menggunakan tekanan
tinggi untuk menggerakan piston yang akan memutar shaft/poros flap damper.
Sistem hidrolik damper ini memiliki 3 unit komponen utama, yaitu unit tenaga,
unit penggerak/ actuator dan unit pengatur.
Gambar 2.5 Instalasi hidrolik damper
2.2.1
Unit Tenaga ( Power Unit )
40
Universitas Sumatera Utara
Berfungsi sebagai sumber tenaga dengan menggunakan fluida kerja oli
hidrolik. Pada sistem ini terdiri dari beberapa komponen :
a. Pompa Hidrolik berfungsi untuk memompa fluida hidrolik pada
tekanan tertentu yang dibutuhkan sistem.Pompa ini digerakkan dengan
motor listrik dan akan menghasilkan tekanan tinggi dengan debit aliran
yang rendah.
b. Reservoir berfungsi sebagai tempat tangki penyimpanan oli/minyak
hidrolik untuk mengakumulasi perubahan volume fluida pada saat
sistem bekerja.
c. Akumulator berfungsi sebagai penyimpan energi tekanan pada fluida
hidrolik dengan menggunakan gas. Fungsi penyimpanan energi
tekanan tersebut adalah untuk menstabilkan tekanan fluida apabila
terjadi
penurunan
tekanan
tiba-tiba
yang
sesaat,
agar
tidak
mengganggu aktuator yang sedang bekerja.
d. Fluida hidrolik yaitu minyak oli yang khusus hidrolik sebagai fluida
kerja dan juga berfungsi sebagai pelumas pada komponen-komponen
sistem hidrolik.
e. Filter berfungsi sebagai penyaring kotoran (biasanya berupa metal)
pada fluida hidrolik yang muncul setiap sistem bekerja, agar tidak ikut
bersikulasi yang menyebabkan kavitasi akibat sumbatan kotoran dan
merusak komponen lainnya.
Gambar 2.6. Filter Hidrolik
41
Universitas Sumatera Utara
f. Pipa berfungsi sebagai tempat aliran fluida bersikulasi pada saat
sistem bekerja dan material pipa memiliki ketahanan terhadap panas
dan tekanan tertentu.
2.2.2
Unit Penggerak
Berfungsi untuk mengubah tenaga fluida menjadi tenaga mekanik.
Hidrolik actuator dapat dibedakan menjadi dua macam :
a. Penggerak lurus ( linier actuator )
b. Penggerak putar : motor hidrolik ( rotary actuator )
Gambar 2.7. Silinder Hidrolik
Komponen actuator menggunakan silinder hidrolik yang berupa
aktuator mekanik yang menghasilkan gaya searah melalui gerakan stroke
yang searah. Alat ini menjadi salah satu bagian dari sistem hidrolik selain
pompa dan motor hidrolik. Jika motor hidrolik mengubah tekanan fluida
hidrolik menjadi gerakan putar, maka silinder hidrolik menghasilkan
42
Universitas Sumatera Utara
gerakan stroke yang searah. Silinder hidrolik mendapatkan gaya dari fluida
hidrolik bertekanan.
2.2.3
Unit Pengatur ( Control Unit )
Berfungsi sebagai pengatur gerak sistem hidrolik. Unit ini biasanya
Diwujudkan dalam bentuk katup atau valve. Valve kontrol pada sebuah
sistem hidrolik, selain berfungsi untuk mengatur besar tekanan yang
digunakan, juga berfungsi sebagai pengatur arah aliran fluida hidrolik.
2.2.4 Cara kerja sistem hidrolik diverter damper
Cara kerja sistem hidrolik diverter damper seperti gambar pada dibawah
ini berupa diagram line komponen hidrolik damper.
43
Universitas Sumatera Utara
Sumber: Hidrolik-Scribd.www.scribd.com
Gambar 2.8. Diagram line komponen sistem hidrolik
Cara kerja :
1. Tekanan hidrolik menggunakan sebuah pompa ( gear piston No. 4)
didalam tangki hidrolik atau reservoir yang digerakkan oleh sebuah
motor yang terpasang vertikal diatas tangki hidrolik.
2. Minyak hidrolik didorong oleh radial piston pump (No.4) melalui
sebuah check valve (No.9) yang berfungsi agar minyak hidrolik
tidak kembali ke pompa penghisap menuju pressure control valve/
relief valve (No.7) melalui four way 2 ball valve-manifold block
(No.5).
3. Minyak hidrolik yang berada di dalam pressure control valve dapat
diatur secara manual oleh sebuah hand control valve (No.6) ini
berfungsi mengatur dengan tangan terdapa posisi hidrolik silinder
maju dan mundur apabila sistem otomatis tidak bisa bekera lagi
atau rusak.
4. Tekanan minyak dalam pressure control valve (No.7) digabung
dengan sebuah solenoid Unloading valve (No.8) yang dipasang
diatas manifold block (No.5) mendapat perintah dari Amplifier
Card ( Relay Control) untuk membuka katupnya pada saat beban
screw press turun, sehingga sumbu silinder dapat maju mundur
sesuai dengan yang disetting di relay control yang dapat mendeteksi
ampere screw press melalui CT yang terpasang di dalam kotak
starter.
5. Silinder Hidrolik mempunyai dua jalur sambungan, satu didepan
dan satu dibelakang. Tekanan minyak yang masuk ke jalur depan,
sumbu silinder hidroliknya mundur, dan yang masuk ke jalur
belakang sumbu hidroliknya maju.
44
Universitas Sumatera Utara
6. Minyak hidrolik dapat disirkulasi secara otomatis dan teratur oleh
pompa hidrolik de dalam tangki hidrolik, didinginkan melalui
sebuah Integral Oil Cooler (No.17), kemudia disaring oleh Return
Line Filter (No.12). Minyak hidrolik harus tetap bersih dan tidak
berkurang.
7. Untuk menambah (atau berkurang) tekanan hidrolik dapat dibuka
dengan cara memutar baut yang terdapat di Pressure Control Valve
(No.7) secara perlahan-lahan hingga mencapai tekanan yang
dibutuhkan. Untuk mengetahui besarnya tekanan minyak dapat
dilihat dari indikator Pressure Gauge (No.11). PCV dan Solenoid
Unloading Valve (No.11) berfungsi mengatur arus tekanan ke
hidrolik silinder, dan Shut off valve (No.10) yang berfungsi untuk
menutup tekanan hidrolik ke Pressure Gauge.
8. Ketinggian level dan suhu minyak dapat dilihat pada level dan
temperature indikator.
9. Sebuah Pressure Switch dipasang untuk mengatur agar Elektro
Motor Hidrolik (No.2) dpat berhenti (Unloading) kembali apabila
tekanan kerja berkurang.
10. Untuk menstabilkan tekanan kerja agar tetap apabila elektro motor
berhenti, harus dipasang akumulator.
2.3 Pompa Hidrolik
Pompa hidrolik adalah komponen utama dalam sistem hidrolik yang
berfungsi mensuplai tekanan dalam sistem. Energi mekanik dari pompa
dihasilkan dari putaran motor sebagai daya input. Ada banyak jenis pompa
hidrolik yang digunakan seperti bagan klasifikasi pompa hidrolik dibawah
ini.
45
Universitas Sumatera Utara
Pumps
Non Positive Displacement
Pumps
Positive Displacement
Pumps
Rotary
Reciprocating
Axial
Piston
Screw
Vane
Gear
Inline
Centrifugal
Axial
Flow
Radial
Flow
Radial
Piston
Ben Axis Cylinder Block
Sumber : Buku Pratical Hydraulic Systems
Gambar 2.9. Klasifikasi Pompa hidrolik
Rumus parameter pompa :
Volumetric diplacement,
=
(
-
).L .....................................................................Lit1.1
Theoretical Flow rate pump,
Q=
xN..................................................................................... Lit1.2
Efisiensi volumetrik,
Vt =
x 100%............................... Lit1.3
Efisiensi mekanik,
46
Universitas Sumatera Utara
x 100%............................ Lit1.3
Vm =
Vm =
(Hp) atau
x 100%
x 100 % , Torque
Vm =
=
x 100%
(HP)
=
Overall efisiensi (Vo) =
Dimana :
-
P : Tekanan keluaran (Bar)
-
Qt adalah flow aliran (
-
,
)
adalah torque (N.m)
(rpm)/ (rad/s)
Tabel jenis dari faktor performansi pompa hidrolik
Pressure Rating
Speed
Overall
Hp/lb
Flow
(Bar)
(rpm)
Efficiency
Ratio
(lpm)
130-200
1200-2500
80-90
2
5-550
35-135
1200-2500
70-85
2
5-750
Vane pump
70-135
1200-1800
80-95
2
5-300
Axial pump
135-800
1200-3000
90-98
4
5-750
Radial piston
200-800
1200-1800
85-95
3
5-750
Pump Types
Eksternal gear
pump
Internal gear
pump
47
Universitas Sumatera Utara
pump
Sumber: Buku practical hydraulic systems
2.4 Alat Penukar Kalor
Alat penukar kalor merupakan suatu peralatan dimana terjadi perpindahan
panas dari suatu fluida yang bertemperatur tinggi ke fluida yang bertemperatur
lebih rendah. APK berfungsi sebagai perantara dari fluida kerja dalam proses
perpindahan energi dari panas ke dingin atau juga sebaliknya. Dimana terdapat
dua fluida kerja yang masuk melalui APK sehingga terjadi perpindahan panas.
Proses perpindahan panas ini biasanya terjadi dari fase cair ke cair atau dari
cair ke uap dan proses perpindahan panas pada fluida tersebut dapat secara
langsung maupun tidak langsung.
2.4.1 Klasifikasi Alat Penukar Kalor
Ada beberapa jenis alat penukar kalor yang dapat digunakan berdasarkan
beberapa keadaan,yaitu :
a. Klasifikasi berdasarkan proses perpindahan panas
-
Tipe kontak tidak langsung :
1. Satu fasa
2. Dua fasa
3. Yang ditimbun (Strorage Type)
-
Tipe kontak langsung
1. Gas dengan cairan
2. Cairan dengan uap
b. Klasifikasi berdasarkan jumlah fluida yang mengalir
-
Dua jenis fluida
48
Universitas Sumatera Utara
-
Tiga jenis fluida
-
N-jenis fluida
c. Klasifikasi berdasarkan konstruksi
-
Tubular(Shell and Tube) :
-
Tipe plat (Plate Type)
-
Konstruksi dengan luas permukaan diperluas (extended
surface):
1. Sirip plat (plate fin)
2. Sirip Pipa (Tube fin)
d. Klasifikasi berdasarkan aliran
-
Aliran dengan satu pass :
1. Aliran berlawanan
2. Aliran paralel
3. Aliran melintang
4. Aliran dibagi (divided)
-
Aliran multi pass :
1. Permukaan diperbesar :
Aliran berlawanan menyilang
Aliran paralel menyilang
2. Shell and tube
Aliran paralel berlawanan (M pass pada shell dan N
pass pada tube)
Aliran dibagi (divided)
3. Multipass plat
2.4.2 APLIKASI APK PADA INDUSTRI
1. Boiler
4. Lube Oil Cooler
7. Cooling Tower
49
Universitas Sumatera Utara
2. Kondensor
5. Heater
8. Chiller
3. Radiator
6. Evaporator
9. Ekonomizer
2.4.3 APK JENIS AIR COOLER
Alat penukar kalor ini banyak digunakan untuk pendinginan atau
memanaskan suatu fluida. Fluida cair dengan suhu tinggi atau panas
masuk melalui pipa coil sedangkan fluida udara
mengalir melalui
permukaan luar pipa. Pada aliran dalam pipa dapat dibedakan menjadi 2,
aliran laminar dan aliran turbulen yang ditentukan dari besaran bilangan
Reynold pada aliran fluida sepanjang pipa.
Bagian-bagian komponen :
1. Finned Tube atau Coil Heater
2. Finned Tube Sheet atau plat penyangga pipa
3. Air Inlet Filter
4. Air Propeller
5. Motor Penggerak Propeller :
a. Direct Drive
b. Belt Drive
Gambar 2.10. Air Cooler Heat Exchanger
50
Universitas Sumatera Utara
Keuntungan Tipe Air Cooler dalam fungsi pada HI damper
HRSG 22 dibandingkan tipe Shell and Tube
a. Perawatan lebih mudah dilakukan dikarenakan apk memiliki
konstruksi yang lebih besar.
b. Waktu perawatan tidak lama. meliputi :
1. Perbersihan fouling pada pipa coil
2. Pembersihan filter udara inlet
c. Sistem pendinginan disumplai langsung dari udara sekitar tampa
membutuhkan sistem perpipaan tambahan.
d. Lebih efisien karena tidak menggunakan air demin
e. Dapat menghidari gangguan tekanan supplai fluida pendingin
dibanding menggunakan air pendingin.
Lintasan Aliran Fluida APK
Adalah banyak lintasan yang dilalui fluida pada heat exchanger. Pada
jenis air cooler lintasan fluida ini terbagi atas lintasan dalam tube dan
lintasan luar tube. Untuk lintasan dalam, adalah banyaknya lintasan
yang dilalui oli melalui diameter dalam pipa yang dipengaruhi oleh
jumlah pipa sedangkan pada lintasan luar adalah lintasan fluida udara
melewati pipa-pipa coil (Tube Bank) pada diamter luar pipa
dipengaruhi susunan tabung.
51
Universitas Sumatera Utara
Sumber: Heat Transfer Yunus.A.Cengel
Gambar 2.11. Susunan Pipa in-line dan Staggered
2.4.3 Rumus Alat Penukar Kalor
1. Metode LMTD, (
) nilai tengah beda temperatur rata-rata
perpindahan panas pada fluida dicari untuk menghitung perpindahan panas
menyeluruh pada suatu alat penukar kalor.
LMTD (
)=
LMTD (
........................... Lit2.1
) = U.As.F. Tlm CF , dengan As (luas) =
L
52
Universitas Sumatera Utara
2. Perpindahan panas pada fluida tertentu.
̇ = ( ̇ x Cp x
T ) ..............................................Lit2.2
̇ = ( ̇ x Cp x
T )fluida panas = (m x Cp x
T )fluida dingin
̇ = ̇ x ρ = ....Kg/s (laju aliran fluida panas/dingin)
3. Metode NTU (number of transfer unit) adalah metode untuk
menentukan perpindahan panas dengan menggunakan efektivitas.
= Merupakan kapasitas panas fluida dingin =
NTU =
= Merupakan kapasitas panas fluida panas =
efektivitas , ̇
̇ x Cph
̇ x Cph
Lit2.3
= ....................................................Lit2.4
53
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
PLTGU ( Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap) terdiri dari PLTG, Boiler
(HRSG) dan Steam Turbin generator. Operasional PLTGU dengan cara
memanfaatkan gas buang dari PLTG untuk memanaskan boiler (HRSG) yang
menghasilkan uap panas untuk menggerakan turbin dan genarator. Dalam operasi
PLTGU pengoperasian HRSG terpisah dengan pengoperasian PLTG sehingga
waktu pengoperasian PLTG dan HRSG tidak dilakukan bersamaan atau
pengoperasian HRSG dapat dilakukan apabila PLTG telah lebih dulu beroperasi
normal.
Konfigurasi 1 blok PLTGU dapat disusun sebagai berikut :
1PLTG + 1HRSG + 1Turbin Genarator
2PLTG + 2HRSG + 1Turbin Genarator
3PLTG + 3HRSG + 1Turbin Genarator
2.1 Diverter
Diverter (pengalih) berfungsi untuk mengatur arah aliran gas buang dari turbin gas
apakah dialirkan ke ruang boiler HRSG atau langsung dibuang ke udara luar
melalui cerobong pintas bypass stack, sehingga unit turbin gas masih dapat
dioperasikan walaupun unit boiler HRSGnya perlu untuk distop. Diverter juga
berfungsi untuk mengalihkan perlahan-lahan dan mengatur aliran gas buang dari
by-pass stack ke ruang boiler HRSG pada saat mulai menjalankan (start-up)
HRSG, atau sebaliknya pada saat stop operasi (shutdown) HRSG.Diverter harus
benar-benar menutup rapat atau mengisolasi aliran gas buang sehingga tidak ada
kebocoran gas panas ke by-pass stack saat HRSG beroperasi agar dicapai efisiensi
maksimal; atau tidak ada kebocoran gas panas ke ruang boiler HRSG saat stop
agar tidak merusak dan membahayakan HRSG.
36
Universitas Sumatera Utara
HRSG
Exhaust
Stack
Bypass Stack
exaust
silincer
Diverter
Damperr
HRSG
Exhaust
diffuser
Expansion Joint
Gas Turbin
Inlet air
casing
Intake Struckture
Sumber : Literatur teori HRSG Pusdiklat Suralaya,2013
Gambar 2.1. Instalasi Damper HRSG
Di dalam diverter damper terdapat flap damper yang berfungsi untuk mengubah
arah buangan gas turbin. Cara kerja flap damper dengan membuka dan menutup
pada arah yang menuju HRSG atau menuju bypass stack. Untuk PLTGU operasi
dalam kondisi open cycle atau hanya PLTG yang beroperasi sedangkan HRSG
tidak beroperasi, posisi flap damper menutup arah ke HRSG dan membuka ke
bypass stack. Namun bila PLTGU operasi dalam kondisi combine cycle PLTG
37
Universitas Sumatera Utara
dan HRSG keduanya beroperasi dengan posisi flap damper membuka ke arah
HRSG dan menutup ke bypass stack. Untuk lebih jelas mengenai posisi dari flap
damper pada saat sebelum dan sesudah beroperasi HRSG seperti pada gambar
dibawah ini.
OUT GAS
BYPASS STACK
HRSG
Gas bua ga
turbi
Flap Da per
Posisi flap
e utup ke
HRSG
Gambar 2.2 Posisi pembukaan flap damper pada operasi open cycle
38
Universitas Sumatera Utara
BYPASS STACK
HRSG
Gas bua ga
turbi
Flap Da per
Gambar 2.3 Posisi pembukaan flap damper pada operasi combine cycle
Sumber : Literatur teori HRSG Pusdiklat Suralaya,2013
39
Universitas Sumatera Utara
Gambar. 2.2 Flap Damper
Flap damper yang berfungsi sebagai komponen dari diverter damper untuk
mengubah arah aliran gas buang turbin, flap damper digerakan dengan
menggunakan poros yang diputar oleh piston hidrolik. Mekanisme kerja piston
hidrolik ini diatur oleh sistem oli hidrolik yang menggunakan tekanan kerja 200
bar.
2.2 Hidraulik Damper
Hidraulik damper adalah sistem hidrolik yang menggunakan tekanan
tinggi untuk menggerakan piston yang akan memutar shaft/poros flap damper.
Sistem hidrolik damper ini memiliki 3 unit komponen utama, yaitu unit tenaga,
unit penggerak/ actuator dan unit pengatur.
Gambar 2.5 Instalasi hidrolik damper
2.2.1
Unit Tenaga ( Power Unit )
40
Universitas Sumatera Utara
Berfungsi sebagai sumber tenaga dengan menggunakan fluida kerja oli
hidrolik. Pada sistem ini terdiri dari beberapa komponen :
a. Pompa Hidrolik berfungsi untuk memompa fluida hidrolik pada
tekanan tertentu yang dibutuhkan sistem.Pompa ini digerakkan dengan
motor listrik dan akan menghasilkan tekanan tinggi dengan debit aliran
yang rendah.
b. Reservoir berfungsi sebagai tempat tangki penyimpanan oli/minyak
hidrolik untuk mengakumulasi perubahan volume fluida pada saat
sistem bekerja.
c. Akumulator berfungsi sebagai penyimpan energi tekanan pada fluida
hidrolik dengan menggunakan gas. Fungsi penyimpanan energi
tekanan tersebut adalah untuk menstabilkan tekanan fluida apabila
terjadi
penurunan
tekanan
tiba-tiba
yang
sesaat,
agar
tidak
mengganggu aktuator yang sedang bekerja.
d. Fluida hidrolik yaitu minyak oli yang khusus hidrolik sebagai fluida
kerja dan juga berfungsi sebagai pelumas pada komponen-komponen
sistem hidrolik.
e. Filter berfungsi sebagai penyaring kotoran (biasanya berupa metal)
pada fluida hidrolik yang muncul setiap sistem bekerja, agar tidak ikut
bersikulasi yang menyebabkan kavitasi akibat sumbatan kotoran dan
merusak komponen lainnya.
Gambar 2.6. Filter Hidrolik
41
Universitas Sumatera Utara
f. Pipa berfungsi sebagai tempat aliran fluida bersikulasi pada saat
sistem bekerja dan material pipa memiliki ketahanan terhadap panas
dan tekanan tertentu.
2.2.2
Unit Penggerak
Berfungsi untuk mengubah tenaga fluida menjadi tenaga mekanik.
Hidrolik actuator dapat dibedakan menjadi dua macam :
a. Penggerak lurus ( linier actuator )
b. Penggerak putar : motor hidrolik ( rotary actuator )
Gambar 2.7. Silinder Hidrolik
Komponen actuator menggunakan silinder hidrolik yang berupa
aktuator mekanik yang menghasilkan gaya searah melalui gerakan stroke
yang searah. Alat ini menjadi salah satu bagian dari sistem hidrolik selain
pompa dan motor hidrolik. Jika motor hidrolik mengubah tekanan fluida
hidrolik menjadi gerakan putar, maka silinder hidrolik menghasilkan
42
Universitas Sumatera Utara
gerakan stroke yang searah. Silinder hidrolik mendapatkan gaya dari fluida
hidrolik bertekanan.
2.2.3
Unit Pengatur ( Control Unit )
Berfungsi sebagai pengatur gerak sistem hidrolik. Unit ini biasanya
Diwujudkan dalam bentuk katup atau valve. Valve kontrol pada sebuah
sistem hidrolik, selain berfungsi untuk mengatur besar tekanan yang
digunakan, juga berfungsi sebagai pengatur arah aliran fluida hidrolik.
2.2.4 Cara kerja sistem hidrolik diverter damper
Cara kerja sistem hidrolik diverter damper seperti gambar pada dibawah
ini berupa diagram line komponen hidrolik damper.
43
Universitas Sumatera Utara
Sumber: Hidrolik-Scribd.www.scribd.com
Gambar 2.8. Diagram line komponen sistem hidrolik
Cara kerja :
1. Tekanan hidrolik menggunakan sebuah pompa ( gear piston No. 4)
didalam tangki hidrolik atau reservoir yang digerakkan oleh sebuah
motor yang terpasang vertikal diatas tangki hidrolik.
2. Minyak hidrolik didorong oleh radial piston pump (No.4) melalui
sebuah check valve (No.9) yang berfungsi agar minyak hidrolik
tidak kembali ke pompa penghisap menuju pressure control valve/
relief valve (No.7) melalui four way 2 ball valve-manifold block
(No.5).
3. Minyak hidrolik yang berada di dalam pressure control valve dapat
diatur secara manual oleh sebuah hand control valve (No.6) ini
berfungsi mengatur dengan tangan terdapa posisi hidrolik silinder
maju dan mundur apabila sistem otomatis tidak bisa bekera lagi
atau rusak.
4. Tekanan minyak dalam pressure control valve (No.7) digabung
dengan sebuah solenoid Unloading valve (No.8) yang dipasang
diatas manifold block (No.5) mendapat perintah dari Amplifier
Card ( Relay Control) untuk membuka katupnya pada saat beban
screw press turun, sehingga sumbu silinder dapat maju mundur
sesuai dengan yang disetting di relay control yang dapat mendeteksi
ampere screw press melalui CT yang terpasang di dalam kotak
starter.
5. Silinder Hidrolik mempunyai dua jalur sambungan, satu didepan
dan satu dibelakang. Tekanan minyak yang masuk ke jalur depan,
sumbu silinder hidroliknya mundur, dan yang masuk ke jalur
belakang sumbu hidroliknya maju.
44
Universitas Sumatera Utara
6. Minyak hidrolik dapat disirkulasi secara otomatis dan teratur oleh
pompa hidrolik de dalam tangki hidrolik, didinginkan melalui
sebuah Integral Oil Cooler (No.17), kemudia disaring oleh Return
Line Filter (No.12). Minyak hidrolik harus tetap bersih dan tidak
berkurang.
7. Untuk menambah (atau berkurang) tekanan hidrolik dapat dibuka
dengan cara memutar baut yang terdapat di Pressure Control Valve
(No.7) secara perlahan-lahan hingga mencapai tekanan yang
dibutuhkan. Untuk mengetahui besarnya tekanan minyak dapat
dilihat dari indikator Pressure Gauge (No.11). PCV dan Solenoid
Unloading Valve (No.11) berfungsi mengatur arus tekanan ke
hidrolik silinder, dan Shut off valve (No.10) yang berfungsi untuk
menutup tekanan hidrolik ke Pressure Gauge.
8. Ketinggian level dan suhu minyak dapat dilihat pada level dan
temperature indikator.
9. Sebuah Pressure Switch dipasang untuk mengatur agar Elektro
Motor Hidrolik (No.2) dpat berhenti (Unloading) kembali apabila
tekanan kerja berkurang.
10. Untuk menstabilkan tekanan kerja agar tetap apabila elektro motor
berhenti, harus dipasang akumulator.
2.3 Pompa Hidrolik
Pompa hidrolik adalah komponen utama dalam sistem hidrolik yang
berfungsi mensuplai tekanan dalam sistem. Energi mekanik dari pompa
dihasilkan dari putaran motor sebagai daya input. Ada banyak jenis pompa
hidrolik yang digunakan seperti bagan klasifikasi pompa hidrolik dibawah
ini.
45
Universitas Sumatera Utara
Pumps
Non Positive Displacement
Pumps
Positive Displacement
Pumps
Rotary
Reciprocating
Axial
Piston
Screw
Vane
Gear
Inline
Centrifugal
Axial
Flow
Radial
Flow
Radial
Piston
Ben Axis Cylinder Block
Sumber : Buku Pratical Hydraulic Systems
Gambar 2.9. Klasifikasi Pompa hidrolik
Rumus parameter pompa :
Volumetric diplacement,
=
(
-
).L .....................................................................Lit1.1
Theoretical Flow rate pump,
Q=
xN..................................................................................... Lit1.2
Efisiensi volumetrik,
Vt =
x 100%............................... Lit1.3
Efisiensi mekanik,
46
Universitas Sumatera Utara
x 100%............................ Lit1.3
Vm =
Vm =
(Hp) atau
x 100%
x 100 % , Torque
Vm =
=
x 100%
(HP)
=
Overall efisiensi (Vo) =
Dimana :
-
P : Tekanan keluaran (Bar)
-
Qt adalah flow aliran (
-
,
)
adalah torque (N.m)
(rpm)/ (rad/s)
Tabel jenis dari faktor performansi pompa hidrolik
Pressure Rating
Speed
Overall
Hp/lb
Flow
(Bar)
(rpm)
Efficiency
Ratio
(lpm)
130-200
1200-2500
80-90
2
5-550
35-135
1200-2500
70-85
2
5-750
Vane pump
70-135
1200-1800
80-95
2
5-300
Axial pump
135-800
1200-3000
90-98
4
5-750
Radial piston
200-800
1200-1800
85-95
3
5-750
Pump Types
Eksternal gear
pump
Internal gear
pump
47
Universitas Sumatera Utara
pump
Sumber: Buku practical hydraulic systems
2.4 Alat Penukar Kalor
Alat penukar kalor merupakan suatu peralatan dimana terjadi perpindahan
panas dari suatu fluida yang bertemperatur tinggi ke fluida yang bertemperatur
lebih rendah. APK berfungsi sebagai perantara dari fluida kerja dalam proses
perpindahan energi dari panas ke dingin atau juga sebaliknya. Dimana terdapat
dua fluida kerja yang masuk melalui APK sehingga terjadi perpindahan panas.
Proses perpindahan panas ini biasanya terjadi dari fase cair ke cair atau dari
cair ke uap dan proses perpindahan panas pada fluida tersebut dapat secara
langsung maupun tidak langsung.
2.4.1 Klasifikasi Alat Penukar Kalor
Ada beberapa jenis alat penukar kalor yang dapat digunakan berdasarkan
beberapa keadaan,yaitu :
a. Klasifikasi berdasarkan proses perpindahan panas
-
Tipe kontak tidak langsung :
1. Satu fasa
2. Dua fasa
3. Yang ditimbun (Strorage Type)
-
Tipe kontak langsung
1. Gas dengan cairan
2. Cairan dengan uap
b. Klasifikasi berdasarkan jumlah fluida yang mengalir
-
Dua jenis fluida
48
Universitas Sumatera Utara
-
Tiga jenis fluida
-
N-jenis fluida
c. Klasifikasi berdasarkan konstruksi
-
Tubular(Shell and Tube) :
-
Tipe plat (Plate Type)
-
Konstruksi dengan luas permukaan diperluas (extended
surface):
1. Sirip plat (plate fin)
2. Sirip Pipa (Tube fin)
d. Klasifikasi berdasarkan aliran
-
Aliran dengan satu pass :
1. Aliran berlawanan
2. Aliran paralel
3. Aliran melintang
4. Aliran dibagi (divided)
-
Aliran multi pass :
1. Permukaan diperbesar :
Aliran berlawanan menyilang
Aliran paralel menyilang
2. Shell and tube
Aliran paralel berlawanan (M pass pada shell dan N
pass pada tube)
Aliran dibagi (divided)
3. Multipass plat
2.4.2 APLIKASI APK PADA INDUSTRI
1. Boiler
4. Lube Oil Cooler
7. Cooling Tower
49
Universitas Sumatera Utara
2. Kondensor
5. Heater
8. Chiller
3. Radiator
6. Evaporator
9. Ekonomizer
2.4.3 APK JENIS AIR COOLER
Alat penukar kalor ini banyak digunakan untuk pendinginan atau
memanaskan suatu fluida. Fluida cair dengan suhu tinggi atau panas
masuk melalui pipa coil sedangkan fluida udara
mengalir melalui
permukaan luar pipa. Pada aliran dalam pipa dapat dibedakan menjadi 2,
aliran laminar dan aliran turbulen yang ditentukan dari besaran bilangan
Reynold pada aliran fluida sepanjang pipa.
Bagian-bagian komponen :
1. Finned Tube atau Coil Heater
2. Finned Tube Sheet atau plat penyangga pipa
3. Air Inlet Filter
4. Air Propeller
5. Motor Penggerak Propeller :
a. Direct Drive
b. Belt Drive
Gambar 2.10. Air Cooler Heat Exchanger
50
Universitas Sumatera Utara
Keuntungan Tipe Air Cooler dalam fungsi pada HI damper
HRSG 22 dibandingkan tipe Shell and Tube
a. Perawatan lebih mudah dilakukan dikarenakan apk memiliki
konstruksi yang lebih besar.
b. Waktu perawatan tidak lama. meliputi :
1. Perbersihan fouling pada pipa coil
2. Pembersihan filter udara inlet
c. Sistem pendinginan disumplai langsung dari udara sekitar tampa
membutuhkan sistem perpipaan tambahan.
d. Lebih efisien karena tidak menggunakan air demin
e. Dapat menghidari gangguan tekanan supplai fluida pendingin
dibanding menggunakan air pendingin.
Lintasan Aliran Fluida APK
Adalah banyak lintasan yang dilalui fluida pada heat exchanger. Pada
jenis air cooler lintasan fluida ini terbagi atas lintasan dalam tube dan
lintasan luar tube. Untuk lintasan dalam, adalah banyaknya lintasan
yang dilalui oli melalui diameter dalam pipa yang dipengaruhi oleh
jumlah pipa sedangkan pada lintasan luar adalah lintasan fluida udara
melewati pipa-pipa coil (Tube Bank) pada diamter luar pipa
dipengaruhi susunan tabung.
51
Universitas Sumatera Utara
Sumber: Heat Transfer Yunus.A.Cengel
Gambar 2.11. Susunan Pipa in-line dan Staggered
2.4.3 Rumus Alat Penukar Kalor
1. Metode LMTD, (
) nilai tengah beda temperatur rata-rata
perpindahan panas pada fluida dicari untuk menghitung perpindahan panas
menyeluruh pada suatu alat penukar kalor.
LMTD (
)=
LMTD (
........................... Lit2.1
) = U.As.F. Tlm CF , dengan As (luas) =
L
52
Universitas Sumatera Utara
2. Perpindahan panas pada fluida tertentu.
̇ = ( ̇ x Cp x
T ) ..............................................Lit2.2
̇ = ( ̇ x Cp x
T )fluida panas = (m x Cp x
T )fluida dingin
̇ = ̇ x ρ = ....Kg/s (laju aliran fluida panas/dingin)
3. Metode NTU (number of transfer unit) adalah metode untuk
menentukan perpindahan panas dengan menggunakan efektivitas.
= Merupakan kapasitas panas fluida dingin =
NTU =
= Merupakan kapasitas panas fluida panas =
efektivitas , ̇
̇ x Cph
̇ x Cph
Lit2.3
= ....................................................Lit2.4
53
Universitas Sumatera Utara