Gambar 2.3. Alat Penukar Kalor Aliran Menyilang
2.4 Jumlah Laluan Pada Heat Exchanger
Ada dua jenis laluan pada heat exchanger yaitu: 1.
Shell Pass atau lintasan shell Yang dimaksud dengan pass shell adalah laluan yang dilakukan fluida mulai
dari saluran masuk, melewati bahagian dalam shell dan mengelilingi tabung dan keluar dari tabung. Apabila laluan ini dilakukan satu kali maka disebut 1
pass shell. 2.
Tube Pass atau lintasan tube Yang dimaksud tube pass atau lintasan tube adalah laluan yang dilakukan
fluida mulai dari saluran masuk dan keluar melalui pipa tube disebut 1 pass tube. Apabila fluida itu membelok lagi kedalam tube sehingga terjadi dua kali
laluan fluida dalam tube maka disebut 2 pass tube. Biasanya pass shell itu lebih sedikit bila dibandingkan dengan pass tube, beberapa
contoh dari jumlah laluan heat exchanger dapat dilihat di bawah ini: Laluan 1-1
Yang dimaksud laluan 1-1 adalah aliran fluida panas dalam kondisi 1 pass shell dan tube dalam kondisi 1 pass tube. Secara sederhana konstruksinya dapat
dilihat pada gambar 2.4 dibawah ini:
Gambar 2.4 Alat penukar kalor 1-1 pass Aliran fluida sebelah shell akan berbelok-belok mengikuti sekat-sekat yang ada,
Jumlah sekat yang dipasang akan mempengaruhi perpindahan panas yang terjadi. Laluan 1-2
Yang dimaksud laluan 1-2 adalah aliran didalam shell 1 pass, dan aliran fluida pada sisi tube 2 pass. Untuk memperoleh laluan 2 pass pada sisi tube
dipergunakan floating heat seperti gambar di bawah ini:
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.5 Alat penukar kalor 1-2 pass Selain laluan 1-1, 1-2 masih ada juga laluan 1-4 pass, 1-6 pass dan 1-8
pass. Pada dasarnya, prinsip yang digunakan sama dengan laluan 1-1, 1-2 pass dan semua jenis ini hampir sering di pakai oleh pabrik-pabrik.
2.5 Konstruksi Alat Penukar Kalor Shell dan Tube
Shell dan tube merupakan jenis alat penukar kalor yang paling banyak digunakan dalam proses industri berkisar 60 dari semua alat penukar kalor,
alasan penggunaan paling banyak ini karena alat penukar kalor shell dan tube ini paling dapat dirancang untuk beroperasi pada range tekanan dan temperatur yang
besar dalam proses industri dan keuntungan lain dari alat penukar kalor shell dan tube juga dapat dibuat dari berbagai material, sehingga lebih effisien, ekonomis,
dan aman. Ditinjau dari segi konstruksi alat penukar kalor shell dan tube, maka secara
umum konstruksinya terdiri dari empat bahagian utama yaitu: 1.
Bahagian depan yang tetap atau Stationary Head 2.
Badan alat penukar kalor atau Shell 3.
Bahagian ujung belakang atau Bear Head 4.
Berkas tube atau Tube Bundle Didalam Tubular Exchanger Manufacture Association TEMA Amerika
Serikat merupkan standar masing-masing bahagian tersebut kecuali no 4 telah diberi kode dengan menggunakan huruf. Bahagian depan yang tetap terdiri dari
empat tipe yaitu: A, B, C dan D, sedangkan shell terdiri dari enam tipe yaitu: tipe E, F, G, H ,I, J dan K, sedangkan bahagian ujung belakang alat penukar kalor ada
delapan tipe yaitu: tupe L, M, N, S, P, T, U dan W. Bahagian yang keempat yaitu berkas tube pada umumnya adalah sama,
dimana pada kedua ujung dirol pada tube shell, berkas ini dikenal pada dua tipe yaitu:
1. Tipe bundel yang lurus, dengan dua buah tube shell
2. Tipe bundel berbentuk U, dengan satu buah tube shell
Universitas Sumatera Utara
Maka bahagian-bahagian yang telah dibagi di atas, dikombinasikan pada setiap jenis huruf yang satu dengan huruf lain dari masing-masing kelompok seperti
pada tabel di bawah ini: Tabel 2.1 Tipe Konstruksi Alat Penukar Kalor
TIPE STATIONARY HEAD
SHELL BEAR
HEAD AES
A E
S BEM
B E
M AEP
A E
P CFU
C F
U AKT
A K
T AJW
A J
W Sumber: Tunggul Sitompul, ”Alat Penukar Kalor”, Jakarta, 1993
Dari tipe konstruksi diatas bahagian utama dan gambar pada lampiran D-2 dan D-3 maka dipilih tipe AEP, adapun dasar pemilihannya adalah:
1. Memilih stationary head tipe A, karena tipe A memiliki saluran yang
penutupnya dapat digerakkan terbuka dan tertutup. Hal ini sangat diperlukan guna perawatan alat penukar kalor seperti pembersihan secara
berkala pada bahagian dalam tube, mengganti bundle, mengeluarkan bundle dari tube. Selain faktor maintenence, harga pembelian dan
perawatan relatif lebih murah dari tipe stationary head jenis lain. 2.
Memilih tipe E karena fluida yang mengalir sesuai perancangan melalui shell hanya satu kali 1 pass, dan untuk aliran 1 pass ini hanya dimiliki
oleh shell tipe E. 3.
Memilih tipe P outside packed floating head karena alat penukar kalor ini mampu menampung ekspansi tube yang berbeda.
Pada perancangan ini, penulis memilih alat penukar kalor shell dan tube dengan satu shell dan dua laluan pass dimana uap sebagai fluida panas
melintasi shell satu kali sementara fluida dingin dalam hal ini air laut, mengalir dalam tube sebanyak dua kali. Pemilihan dua laluan ini karena jika
hanya satu laluan, memerlukan pipa yang sangat panjang dan menyebabkan
Universitas Sumatera Utara
pemeliharaan yang rumit karena banyaknya laluan mesti dibersihkan secara berkala dari benda-benda asing yang melekat pada pipa-pipa.
2.5.1 Tube
Kemampuan melepas atau menerima panas dari suatu alat penukar kalor dipengaruhi oleh besarnya luas permukaan heating surface, besarnya luas
permukaan tersebut bergantung dari panjang, ukuran, dan jumlah tube pada alat penukar kalor tersebut. penentuan susunan pipa-pipa tube pada alat penukar
kalorsangat prinsip sekali ditinjau dari segi pengoperasian dan segi pemeliharaan. Adapun beberapa persyaratan yang harus dipenuhi oleh tube diantaranya:
a. Kemampuan memindahkan panas yang tinggi
b. Daya tahan terhadap panas
c. Daya tahan terhadap korosi
d. Mampu dibentuk dengan proses panas dan dingin
e. Mempunyai sifat plastis yang baik
Jenis dari bahan yang digunakan untuk tube antara lain: baja karbon, tembaga, baja campuran rendah dan campuran tinggi, danlain-lain.
Dibawah ini, gambar susunan tube alat penukar kalor untuk perancangan dipilih susunan tube segitiga triangular. Susunan segitiga ini sangat populer dan
baik dipakai untuk melayani fluida kotor dan bersih, Pembersihan tube dilakukan dengan proses kimiawi chemical cleansing. Koefisien perpindahan panas lebih
baik dibandingkan dengan bujur sangkar in-line square pitch disamping itu letak tube lebih kompak balance
Gambar 2.6 Tipe susunan pipa a susunan bujur sangkar b susunan tube diamond c susunan tube segitiga d susunan tube segitiga diputar 30
o
Universitas Sumatera Utara
2.5.2 Shell
Shell adalah bahagian tengah alat penukar kalor dan merupakan rumah untuk tube bundle, diantara shell dan tube bundle terdapat fluida yang menerima
atau melepaskan panas sesuai dengan proses yang terjadi. Jenis shell yang banyak dipergunakan adalah jenis shell 1 pass, sedangkan jenis shell 2 pass digunakan
apabila kondisi temperatur pada sisi shell dan tube tidak dapat diatasi pada jenis shell 1 pass.
Pertimbangan dilakukan untuk memilih aliran yang dibelah dan aliran yang dibagi untuk mengurangi penurunan tekanan pada sisi shell disebabkan
penurunan tekanan, merupakan faktor kontrol dalam perencanaan dan operasi alat penukar kalor. Dari segi pembuatannya, shell dapat dikelompokkan sebagai
berikut: 1.
Shell yang dibuat dari pipa pipe shell 2.
Shell yang dibuat dari pelat plate shell Shell yang berukuran besar dibuat dari pelat yang dirol dan dilas, sedangkan untuk
ukuran yang kecil dibuat dari pipa standar. Untuk menentukan tebal dari shell dapat diperoleh dengan perhitungan elemen mesin.
2.5.3 Tube Sheet
Tube sheet pelat tube merupakan tempat-tempat untuk mengikat tube yang dilubangi dengan diameter lebih besar dari diameter luar tube, tube
dimasukkan kedalam lubang tersebut, lalu diikat. Ada bermacam cara pengikatan yang digunakan seperti: pengikatan rol, las, dan lain-lain. Pengikatan ini pada
umumnya digunakan adalah pengikatan pengerolan. Biasanya tube sheet dari satu pelat saja, tetapi untuk pelat-pelat yang berbahaya dan bersifat korosi seperti
chlorin, hydrogen klorida, sulfur dioxide, dan lain-lain. Dimana bisa terjadi campuran-campuran akibat kebocoran dari shell ke sisi lainnya atau sebaliknya
yang dapat menimbulkan bahaya, maka tube sheet sering dibuat pelat ganda double sheet, seperti pada gambar dibawah ini :
Universitas Sumatera Utara
Susunan tube pada pelat berhubungan erat dengan susunan tube pada baffle, dari bentuk dan susunan lubang pada pelat tube sheet dapat diketahui
berapa lintasan yang terjadi pada sisi pipa penukar kalor. Disamping itu, susunan tube yang jumlah passnya berbeda maka akan berbeda pula bentuknya. Pada
gambar 2.8 diperlihatkan dua jenis pelat yang sering digunakan menurut Sitompul M, Tunggul, 1993 yaitu:
a. Pelat segmen atau pie
b. Pelat tube ribbon atau pelat berbentuk pita ribbon
Gambar 2.8 Tube Sheet
2.5.4 Buffle Buffle atau sekat dipasang pada alat pemindah kalor, memiliki beberapa
fungsi yaitu: a.
Struktur untuk tube bundle b.
Damper untuk menahan atau mencegah terjadinya getaran pada tube c.
Alat untuk mengontrol dan mengarahkan aliran fluida yang mengalir diluar tube
Fungsi-fungsi diatas merupakan satu kesatuan dalam setiap pemasangan baffle, ada kalanya satu sama lain harus diperketat persyaratannya demi tujuan-tujuan
khusus. Kadang-kadang para perancang sering melupakan adanya getaran atau vibrasi yang terjadi pada tube bundle, hal ini diakibatkan kondidi aktual kerusakan
akibat dari getaran ini sedikit sekali. Bila ditinjau dari segi konstruksinya, sekat ini dapat diklasifikasikan menjadi empat kelompok menurut Sitompul M,
Tunggul. 1993 yaitu: a.
Sekat pelat berbentuk segmen b.
Sekat batang
Universitas Sumatera Utara
c. Sekat mendatar atau longitudinal baffle
d. Sekat impingement
Berikut ini konstruksi dari masing-masing sekat atau baffle akan dijelaskan satu persatu guna untuk lebih mengetahui bentuk masing-masing konstruksi.
1. Sekat Pelat Berbentuk Segmen Sekat jenis ini merupakan jenis sekat yang paling umum digunakan, jenis
ini dipasang dengan posisi tegak lurus terhadap tube. Selain membelokkan arah aliran, sekat ini juga berfungsi sebagai penyangga tube agar tidak terjadi getaran
tube yang diakibatkan aliran yang ada diluar tube. Konstruksi sekat ini terdiri dari bahan pelat yang dilubangi untuk memasukkan tube kedalamnya. Pada
pemakaiannya, untuk setiap alat penukar kalor dipergunakan lebih dari satu sekat dengan kata lain beberapa jenis sekat pelat yang sering digunakan yaitu: sekaat
segmen tunggal, sekat segmen ganda, sekat segmen triple, sekat cakram dan orifis.
Gambar 2.9 Sekat Pelat Berbentuk Segmen 2. Sekat Batang Rod Baffle
Sekat batang ini merupakan kombinasi sekat pelat dan rod, konstruksinya terbuat dari rod dan pelat yang merupakan cincin sekat dimana satu dengan
lainnya dipadukan dengan skid bar seperti dapat dilihat pada gambar 2.9. Pada tipe ini, tube tersebut ditahan pada empat sisi sehingga susunan batang dapat
berbentuk bujur sangkar dan bentuk segitiga. Banyaknya aliran fluida pada sisi shell atau diluar tube adalah sangat bergantung pada luas antara tube dengan
sekatnya. Untuk itulah maka sekat atau penahan tube dibuat berselang-seling.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10 Sekat Batang a
Empat buah sekat penahan rod b Empat buah pipa yang ditahan rod c Susunan pipa berbentuk bujur sangkar d Susunan pipa
berbentuk segi tiga 3. Sekat Mendatar Atau Longitudinal Baffle
Sekat mendatar terlihat pada alat penukar kalor tipe CFU yang dipasang paralel dengan susunan tube, sekat ini mempengaruhi aliran pada sisi sebelah luar
tube atau shell pass. Agar dapat lebih jelas lagi dapat dilihat pada gambar 2.10, sekat jenis ini dipasang pada shell tipe F, G dan H sehingga aliran pada sisi shell
menjadi dua pass apabila digunakam longitudinal baffle. Sementara untuk shell tipe G akan terdapat aliran yang terpisah pada shell, sedangkan untuk shell tipe H
akan terdapat shell split flow. Konstruksi dibuat dari pelat dengan tebal
1 4
untuk ferro
1 8
”
untuk non-ferro yang dipasang secara bebas pada sebelah shell. Pada gambar 2.11 diperlihatkan sekat longitudinal untuk aliran fluida sebelah sisi shell
2 pass untuk fluida 4 pass. Sekat atau baffle ini harus di setel dengan baik terhadap bahagian shell untuk mencegah terjadinya aliran langsung.
Gambar 2.11 Sekat Longitudinal 4. Sekat Impingment
Sekat ini berbeda dari sekat-sekat sebelumnya, sekat ini akan secara langsung mengenai fluida yang masuk kedalam alat penukar kalor. Sekat ini
dipasang pada aliran masuk fluida kedalam shell dengan tujuan untuk mencegah kecepatan yang tinggi dari aliran fluida masuk ke sisi shell, disamping keuntungan
diatas dengan adanya sekat impingment ini akan didistribusikan aliran fluida di sekeliling tube bundle. Warren M. Rohsenow mengklasifikasikan sekat jenis ini
menjadi empat jenis, yaitu: a.
Impingment Plate Baffle
Universitas Sumatera Utara
b. Impingment Rods Baffle
c. Nozle Impingment Baffle
d. Annular Impingment Baffle
Gambar 2.12 Jenis dari Impingment Baffle
2.6 Perpindahan Panas Pada Heat Exchanger
Proses perpindahan panas yang terjadi pada kondensor terjadi dalam dua bentuk yaitu konveksi-konduksi, proses perpindahan panas ini hanya terjadi bila
terdapat perbedaan temperatur didalam atau antara media. 2.6.1 Perpindahan panas konveksi-konduksi
Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas yang dilakukan oleh molekul-molekul fluida cair atau gas, molekul-molekul tersebut membawa
sejumlah panas pada saat molekul-molekul tersebut menyentuh bidang yang akan dipanaskan. Maka sebahagian panas akan diserap dan sebahagian lagi akan
dipantulkan seperti dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 2.13 Perpindahan panas konveksi-konduksi Panas yang diserap secara konveksi adalah:
Q
konv
= h.A T
A
– T
1
2.1 Dimana:
Q
konv
= Panas yang diserap secara konveksi Watt
h = Koefisien perpindahan panas konveksi
Wattm
2
.K
Universitas Sumatera Utara
A = Luas bidang yang dipanaskan
m
2
T
A
= Temperatur fluida
o
K T
1
= Temperatur permukaan dinding
o
K Sedangkan perpindahan panas konduksi adalah perpindahan panas yang terjadi
dari satu bagian benda padat ke bahagian lain benda padat tersebut. Perpindahan panas konduksi juga dapat terjadi dari satu benda padat ke benda padat yang lain
jika ada kontak fisik bersinggungan, tetapi molekul benda padat yang satu tidak berpindah ke benda padat yang lain. Jumlah panas yang merambat melalui benda
padat adalah: Q
kond
= K.A dtdx 2.2
Dimana: Q
kond
= Panas yang diserap secara konduksi Watt
K = Koefisien perpindahan panas konduksi
Watt m
2
.K A
= Luas bidang yang dipanaskan m
2
dtdx = Gradien suhu
Universitas Sumatera Utara
BAB III PENETAPAN SPESIFIKASI
III.1 Perencanaan Daya
PT. PLN Persero Pulau Secanang Medan memiliki produksi sebesar 148,25 Ton jam uap. Didalam perencanaan ini diperlukan sebuah instalasi
pembangkit listrik tenaga uap untuk menghasilkan daya output generator sebesar 61 MW. Perencanaan daya ini sendiri mengacu pada kebutuhan masyarakat di
salah satu Kecamatan Kota Medan, adapun acuan perencanaan daya tersebut dapat dilihat pada tabel pemakaian daya listrik power consumption dibawah ini:
Tabel 3.1 Pemakaian daya listrik power consumption No.
Unit Power Consumption
1. Kebutuhan Masyarakat
16 MW 2.
Kebutuhan Sekolah 3 MW
3. Kebutuhan Rumah Sakit
2 MW 4.
Kebutuhan Puskesmas 1 MW
5. Kebutuhan Tempat Ibadah
2,5 MW 6.
Kebutuhan Hotel dan Losmen 6 MW
7. Kebutuhan Tempat-tempat Hiburan
2 MW 8.
Kebutuhan Industri Besar dan Kecil 4 MW
9. Kebutuhan bengkel
2 MW 10.
Kebutuhan Tempat-tempat Pasar 1 MW
11. Kebutuhan Rumah Makan Besar dan Kecil
12 MW 12.
Kebutuhan Universitas 3 MW
13. Kebutuhan Lampu Jalan
6,5 MW 14.
JUMLAH 61 MW
Sumber: Badan Pusat Statistik BPS Kota Medan. Dari hasil survei lapangan, peningkatan kebutuhan listrik tiap tahun meningkat
sekitar 5. Dari pantauan BPS dengan meningkatnya jumlah penduduk dan pembangunan sarana seperti lampu-lampu jalan, perkantoran, perhotelan, plaza
dan lain-lain maka pihak PT. PLN Persero Pulau Sicanang Medan harus mulai melakukan peningkatan sumber energi listrik.
Universitas Sumatera Utara