Analisa Heat Exchanger Untuk Pendinginan Sistem Hidrolik Damper HRSG 22

LAMPIRAN

LAMPIRAN 1 TABEL HASIL PERHITUNGAN KENAIKAN SUHU OLI

LAMPIRAN 2 TABEL SIFAT AIR

LAMPIRAN 3 TABEL JENIS MATERIAL LAMPIRAN 4 TABEL SIFAT OLI

LAMPIRAN 5 TABEL SIFAT UDARA

LAMPIRAN 6 GAMBAR LAYOUT SISTEM HIDROLIK DAMPER HRSG

LAMPIRAN 7 GAMBAR DIMENSI HIDROLIK POWER UNIT HRSG

LAMPIRAN 8 GAMBAR DIMENSI FAN TYPE C

LAMPIRAN 9 TABEL KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS

MENYELURUH AIR COOLER HEAT

EXCHANGER (TUBE BARE)

LAMPIRAN 10 LITERATUR RUMUS PENDINGINAN HIDROLIK

LAMPIRAN 11 DATA PERHITUNGAN BIAYA KERUGIAN

EMERGENCY SHUTDOWN HRSG 22 LAMPIRAN 12 DATA TRIP UNIT PLTGU

LAMPIRAN 13 KATALOG AXIAL PISTON PUMP (POMPA HIDROLIK)

DAFTAR PUSTAKA

1. Ambarita, Himsar (2010).“Analisis dan Desain Alat Penukar Kalor” 2. Arief, Muhammad “Penggunaan Fan pada Sistim Ventilasi lokal”,

mata kuliah :Ventilasi Industri-IKK.356. Universitas Esa Unggul. 3. Bishop,J,Cengel,2002, Perpindahan Panas, Jakarta , Erlangga

4. Burton, Jeff D (2010). “Useful Equations Practical Applications of Math Related to Ventilation”,Handout No.3. ISBN 1 -883992-30-3.PP.1-38. Printed in the United States of America.

5. Cengel.A.Yunus,2006, Thermodinamics, Edisi V, jakarta, Erlangga. 6. “Complete oil / air cooler system with axial fan for industrial

applications”

Oil/Air Cooler Units Standard series : EL Type. Hydac SA design and manufacture.PP.1-11.

7. Doddannavar Ravi, Barnard Andries (2005). Practical Hydraulic System, Operation and Troubleshooting for Engineer and Technicians. Netherland: Copyright IDC Technologies.

8. Ginzel.F (2003), Application of Theodorsen’s Theory to Propeller Design.

9. Ginzel.F (1943), National Advisory Comitte for Aeronautics.

10.“Heat Recovery Steam Generator” Materi Elearning, Cilegon : Pusdiklat Suralaya.

11.Khan, W, Culham, J.R, Yovanovich, M.M, “Optimal Design of Tube Banks in Crossflow Using Entropy Generation Minimization Method”,Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol. 21, No. 2, April–June 2007. University of Waterloo, Waterloo N2L 3G1, Canada. 12.Koestoer, Raldi artono.2002 , Perpindahan Kalor untuk Mahasiswa

Teknik. Edisi Pertama. Jakarta : Salemba Teknika.

13.Literatur teori HRSG Pusdiklat Suralaya, 2013. 14.“Manual Book Hydraulic DamperHRSG”. PT.PLN Sektor Belawan.

15.Maryono, Agus. 2003. Hidrolika Terapan, Jakarta : PT.Pradnya Paramita

16.Sitompul, Tunggul M. 1993. Alat Penukar Kalor (Heat Exchanger).Edisi Pertama. Cetakan Pertama. Jakarta : PT.RajaGrafindo Persada.

17.www.bowman.com, Instalation, Operation & Maintenance guide, diakses pada tanggal 21 mei 2015.

18.www.coolair.com , Type C Propeller Fans, diakses tanggal 21 mei 2015.

BAB III

KAJIAN DATA PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Lokasi penelitian bertempat di kantor PT. PLN (Persero) Sektor Belawan Pembangkitan Sumatera bagian Utara dan waktu penenelitian dari bulan Desember 2014 sampai dengan Februari 2015

Sumber: PLN Sektor Belawan

Gambar 3.1. PT PLN (Persero) Sektor Belawan

3.2 Objek Penelitian

Objek penelitian adalah Hidrolik Unit HYD-U Diverter Damp type HYDAC dengan kapasitas pressure 200 Bar. Operating medium HLP-VG 46 dengan aliran 23 liter/menit.

3.4 Pengumpulan Data berdasarkan Manual Book

 Data Spesifikasi Hidrolik Damper

- Kapasitas tangki : 400 liter

- Jenis Pompa : Aksial Piston Vickers Pump - Accumulator : 103 Bar

- Filter kapasitas : 10 µm  Data Elektrik :

- Voltage Motor : 380 V- 50 Hz - Kapasitas Motor : 11 Kw

- Rev : 1450 rpm

- Voltage Solenoid : 24 V

- Voltage heater : 380 V - 50 Hz Tabel 1. Spesifikasi Oil HI Damper Din 51524 HLP

No. Hydraulic Medium Mineral oil to din 51524( HL,HLP) Phosphate Ester ( HFD-R)

1. Fluid Temperature Range (°C) -20..+70 2. Viscosity Range ( ) 28..380

3. Stroke Speed (m/s) ...0,5(Related to Port Size) 4. Weight (kg) m(kg) = (x+y)Stroke(mm)

Sumber : Data Sheet fluida hidrolik mineral oil

Gambar 3.3. Viscosity chart oil hidraulik Jenis oli yang digunakan : HLP Shell Tellus VG 46

 Data Lapangan dan Manual Book Cooler Hidrolik Oil :

Hi Cooler merk Bowman EC140-1425-4 Bolt Size M6 dan Torque 8 Nm

Standar material : Cupro Nikel tubes, Cast Alumunium Shell

Sumber: PLN Sektor Belawan

Gambar 3.4. Name plate cooler HRSG 22

Type Tube Stack 785-4TN1A

Standar Range Three Pass tube stack / 3 laluan

Gambar 3.5. Dimensi Heat exchanger Cooler HRSG 22 A : 444 mm , B : 324 mm , C :288 mm dan D : ¾ in

Data Sheel Cooler :

- Diameter luar shell : 86 mm - Diameter dalam shell : 80 mm

- Jumlah baffle : 5 - Jarak antar baffle : -

- Jenis fluida : air demin Data Tube Cooler :

- Diameter luar (ODS) : 6,35 mm / 0,00635 m ( BWG 22 ) - Diameter dalam (ID) : 4,9276 mm

- Pitch : 1.25 x DO = 7,9375 mm / 0,0079375 m - Tebal tube : 0,028 in / 0,7112 mm

- Jumlah tube : 61

- Jenis fluida : Oil VG 46

Spesifikasi Cooler Bowmen

Maximum oil flow : 80 liter /min Maximum sea water flow : 30 liter /min Maximum fresh water flow : 50 liter /min Internal oil volume : 0.97

Internal water volume : 0.71 Maksimal working pressure : 14 Bar Maksimum working temperatur : Berat total oil cooler : 4.8 kg

Orifice diameter sea water flow : 3 bar/8.5 kw, 7 bar/6.8 , 10 bar /6.3 kw

3.5 Parameter Kerja Pompa Hidrolik

Dalam pengoperasian sistem hidrolik damper dibutuhkan fluida dengan tekanan kerja yang disumplai dari pompa hidrolik. Secara teoritis perubahan suhu yang meningkat akan mempengaruhi head fluida, sehingga perlu dihitung performa pompa untuk mengetahui penurunan tekanan hidrolik.

 Batasan parameter kerja sirkulasi Oli Hidrolik (PLC Limit Switch Damper Unit) :

Batasan suhu sirkulasi oli hidrolik : 45 - Indikasi oli temperatur tinggi :

Indikasi oli temperatur rendah : Indikasi shutdown kelebihan Temperatur : Indikasi tekanan hidrolik rendah : 190 Bar Indikasi tekanan hidrolik sangat rendah : 180 Bar Indikasi shutdown tekanan hidrolik : 170 Bar Indikasi level minimum : < min

Indikasi beda tekananfilter : 35 Bar  Perhitungan

Qt = xN = 57,4 /r x 1450 rpm = 83,23 = 0,0014 m3/s Q = xN = 26

Efisiensi volumetrik,

Vt =

x 100% =

x 100%

Vt = 31,23 %

Efisiensi mekanik,

Vm =

x 100%

pompa = = = = 27,74 Kw pompa = =

= 8,6 Kw (N.M) = P x Vd x 1/62,8 =

= 57,1 N.m . N (rad/s) = 151,77 rad/s

Vm =

x 100% =

Overall efisiensi (Vo) = Vm x Vt = 31% x 31,23% = 9,69 100 100

Sumber: Manual book vickers pump

Gambar 3.6. Grafik performa vickers hidrolik pompa

 Pengujian lab hidrometer Oli VG 46

Pengujian ini dilakukan untuk menentukan nilai massa jenis oli dengan variasi suhu, sehingga didapat parameter aktual hidrolik.

Tabel 3.2 Pengujian Lab Hidrometer Oli ISO VG 46

No. Jenis oli Suhu Uji

Massa Jenis,

Viskositas Water Content

01. ISO ST VG 46 30,3 879 47,48 0,0032

02. ISO ST VG 46 31,7 878 46,48 0,0034

03. ISO ST VG 46 32,8 878 46,19 0,0046

04. ISO ST VG 46 35,6 877 47,72 0,0061

05. ISO ST VG 46 37,2 877 46,94 0,0107

06. ISO ST VG 46 38 875 48,17 0,3033

07. ISO ST VG 46 40 873 47,20 0,0195

08. ISO ST VG 46 40,3 872 45,44 0,0363

09. ISO ST VG 46 50,5 866 45,20 0,0295

10. ISO ST VG 46 54,7 864 44,23 0,0195

11. ISO ST VG 46 60 862 43,8 0,0195

12. ISO ST VG 46 64 861 43,21 0,0195

13. ISO ST VG 46 67 860 42,90 0,0195

14. ISO ST VG 46 68 860 41,4 0,0195

15. ISO ST VG 46 70 859 40,44 0,0195

Berdasarkan data manual book dengan menggunakan oli ISO VG 46 untuk rata-rata operasi kerja tekanan kerja 200 Bar, massa jenis oli hidrolik sebesar 875 kg/ . Dengan pengujian oli pada suhu tertentu didapat perubahan massa jenis dan setelah dihitung kembali didapat grafik perubahan performa dari hidrolik pompa seperti pada grafik dibawah ini.

Grafik 3.8 Hubungan perubahan suhu oli dengan tekanan pompa

3.6Perhitungan Performa APK Pendingin Hidrolik

Perhitungan ini bertujuan untuk mengetahui nilai kapasitas perpindahan panas panas cooler. Untuk menentukan parameter pada APK , sebelumnya dilakukan pengujian suhu masing-masing fluida dengan menggunakan alat IR Temperature yang diukur pada pipa masuk dan keluar.

15 26.3 32 40.3 50 60 0 10 20 30 40 50 60 70

875 857 848 845 834 829

Density Suhu

T°C

(kg/m3) 182 184 186 188 190 192 194 196 198 200 202

875 857 848 845 834 829

ISO ST VG46

 Pengujian IR Temperatur Fluida APK

Gambar 3.9. Suhu yang diukur fluida oli shell and tube

Data pengujian yang didapat berdasarkan suhu lingkungan C Oil in : C

Oil out : C Water in : C Water out : C

 Perhitungan Performa APK Dari data sebelumnya didapat :



Laju Aliran Oli (Q) : 64 l/min =0.001066667 /s



Density : 875 kg/



Thermal Conductivity : 0.130 W/m.k



Spesific Heat (Cp) : 1.90 KJ/ C



API Gravity : 28,9



Laju Aliran Air : 32 l/min

Keterangan gambar :

- Pada sisi tube dilalui air demin dengan 3 laluan - Pada sisi cangkang/shell dilalui minyak hidrolik

t2 = 30 T1 = 38 T2 =34

t1 = 28 Gambar 3.12. Diagram aliran fluida pada APK

Keterangan Gambar :



Aliran Demin



Aliran Oli Hidrolik

LMTD ( logaritmic Mean Temperature Difference ) dapat dihitung dengan cara berikut :

Ditentukan dari gambar merupakan aliran berlawanan maka rumus LMTD adalah: LMTD = (T1– t2) – (T2-t2)

Ln (T2–t2)

=

=

=

= C

Dari harga LMTD diatas kita dapat menentukan ∆Tc atau nilai LMTD sebenarnya dengan mengalikan faktor koreksi

Faktor koreksi (Ft) , maka rumus LMTD sebenarnya.

∆Tc

=

LMTD xFt

Ft ( faktor koreksi) dicari dengan menggunakan rumus agar lebih teliti nilainya

Ft =

√

√ √

Gambar 3.14. Correction factor tidak campur Untuk R

=

=

= 2

Untuk S

=

=

= 0,2

Maka dengan diketahui nilai R = 2 dan S = 0,2 kita dapat menhitung faktor koreksi.

Ft

=

√

√ √

Ft

=

√

√ _√

=

√

=

√

Ft = 1,62

Maka nilai ∆Tc

dapat dicari :

∆Tc

=

LMTD x Ft = 7,1 x 1,62 = 11,502

Dengan tabel Fc, maka didapat :



=

=

=

=

1,333



dalam shell / cangkang = (38-30) = =



API Gravity ISO VG 46 = 28,9

Dari data diatas dapat ditentukan harga Fc dan Kc dari Grafik (hal 209)



Untuk harga Kc dengan menggunakan data shell = dengan API Gravity 28,9 maka diperoleh dari grafik Kc = 0,26



Untuk harga Fc, dari data Kc = dengan harga

= 1,333 , maka diperoleh nilai Fc = 0,49

Dengan harga Kc dan Fc maka kita dapat menentukan temperatur kalori untuk minyak dan demin (

)

.

=

+

Fc

=

+

Fc

=

34

+

0,5

= 28

+

0,5

= ( Minyak ) = (Air Demin )

Dengan temperatur maka kita dapat menentukan sifat-sifat air demin (Saturasi) dari tabel sifat air saturasi.

1. Cp = 4178,2 J/ C

2. Dengan interpolasi maka didapat :

o Thermal conductivity, k = 0,6134 W/

o Viscosity dynamic,  = 0,8166. Kg/m.s Dengan diketahui sifat-fisik air demin dapat dihitung laju aliran air demin , dengan diketahui debit aliran 32 liter/menit. Konversi satuan :

- 1,92 / h - ̇ = ρ x

= 1,92 x 996,2

= 1912,7 Kg/h ̇= 0,53 Kg/s ( laju aliran massa air demin ) Maka perpindahan panas/ kalor yang diserap oleh demin

 _̇ = ̇x Cp x demin

=

0,53

Kg/s

x 4178,2

J/ C

x 2

= 4428,892 J/s (Laju perpindahan panas) = 4428,892 watt = 4,42 Kw

Bilangan Reynold  Re = ̇

=

= 2749,7 Re >1000 = Aliran Turbulen

Bilangan Nusselt (Nu)

 Nu = 0,023 . untuk bilangan Prandtl didapat dari tabe sifat air saturasi. Pr = 5,243 , maka nilai Nu

Nu = 0,023. . . = 25,177.

hc = =

.

= 3133,4

 Koefisien perpindahan panas Cangkang/shell

= 0,36 .

,

De = diameter ekivalen

De = = = De =

= 1,71. m  Re =

Gs = ̇ = ̇

Dimana : C = PT-do = (0,0079375-0,00635)m = 1,5875. m B = 0,5Ds = 0,5(0,08m) = 0,04 m

̇= ρ x = 875 kg/ x 0.001066667 /s = 0,93 Kg/s

Maka, Gs = ̇

=

= 1,458 Kg/ .s Re =

= 1,018.  Bilangan Prandtl Oli (Pr)

Pr =

Q = 4428,892 J/s = ̇x Cp x oli

Pr =



= 0,36 .

ho = 87,72 x 0,0064 x 55,52 ho = 31,17

 Perhitungan suhu dinding luar tube (Tt) , dengan t1 (fluida dingin tertinggi) dan T2 ( fluida panas tertinggi)

Tt = ฀ _฀ = _{฀ ฀} =

Didapat dari tabel air saturasi pada suhu maka didapat

nilai µt = 801,68. kg/m.s dan disubsitusikan ke persamaan hc dan ho = 1,00258

 hc = 3133,4 .

= 3141,48  ho = 31,17 .

= 31,25 Untuk faktor kerak didapat dari tabel 2.1 Perpindahan Panas 1. Air demin/ dalam tube (Rfi) 0,0003

2. Oli hidrolik//luar tube (Rfo) 0,0002 Luas aliran sebelah tube

,

=

฀ = 0,019. At =

฀ =

฀ = 0,0003876

G = ̇

฀ =

฀ = 1367,389 Kg/ .s

 V = ฀ =

Dengan menggunakan kurva perpindahan panas sebelah tube, dengan parameter yang diketahui kecepatan (V) 4,51 ft/s dan (tc) air demin , maka didapat nilai (hi) :

hi = 1045 Btu/h. = 5933,79 hio =

฀ hi = 5933,79 .

฀ = 4604,62

 Uc ( Perpindahan panas keseluruhan permukaan bersih)

Uc = ฀ =

฀ = 31,04  Uo ( Koefisien perpindahan menyeluruh)

Uo =

฀ ฀ ฀ ฀

=

(Rw ) tahanan thermal pada dinding tube (tembaga) dievaluasi pada suhu film. Tf =

฀ =

฀ = , lalu didapat dari interpolasi untuk

harga (k) elemen metal pada tabel. k = 92,73

Rw = ฀ ln

฀ =

฀ ln

฀ = 8,697. .

Rw = 0,000008697

Uo= ฀ ฀ ฀ ฀ = Uo = ฀ ฀ ฀

Uo =

฀ = 884,956

Kalor spesifik fluida oli pada tabel didapat = 1,9 KJ/ C (fluida oli) = ̇ . = 0,93 kg/s . 1,9 KJ/ C = 1,77 Kj/ C

Ao = ̇

฀ =

฀ = 0,70

L = ฀ =

฀ = 0,576 m = 1,8899 ft

NTU = ฀ =

฀ = 0,35 , dengan nilai exp(1) = 2,7183

Efektivitas APK : ε = 1 = 1 = 0,29 = 29%

̇ = laju aliran demin dikonversi ke satuan British =

= 873,031 lb/h 0,8166. Kg/m.s /0,001 = 0,8166 centipoise dan dari tabel didapat harga Spesific Gravity (sg) = 0,9984

= ฀

̇ ฀ | ฀ _฀ |

= ฀

฀

|

_฀

Tabel 3.3.Performa APK ( Shell dan Tube) No.

Variabel Data aktual Data manual book

Air demin ( )

1.

Perpindahan panas ( ̇) 4,42 kW 13 kW 2. Koefisien perpindahan

menyeluruh (Uo) 884,956 -

3.

Panjang tube (L) 0,576 m 0,576 m

4.

Efektivitas tube (ε) 29 % 28,9

5.

Beda tekanan tube ( ) 0,4 Bar 0,6 Bar

3.8 SISTEM SIRKULASI PENDINGINAN AIR DEMIN

Sistem sirkulasi pendinginan Close Cooling Water System adalah, menggunakan Heat Exchanger tipe Shell Tube dengan media pendingin air laut yang disumplai dari channel 1 dan 2 menggunakan Cooling Water Pump (CWP 1 dan 2). Sumplai air laut ini juga yang digunakan untuk mendinginkan Steam di Condensor. Air yang di dinginkan adalah air demin yang berasal dari aliran bypass condensat hotwell sebelum menuju pompa condensat.

CCWE 1 CCWE 2 Chanel Air Laut CCWP Condenser Hotwell To : Hydraulic Unit ,

FWP,Vacum PMP,Cond Recirculation PMP

��

Gambar 3.8.1 Diagram Aliran CWS Komponen Utama :

- CWP 1 /2 ( Cooling Water Pump) - Channel Air Laut 1/2 - CCWP ( Close Cooling Water Pump)

- CCWE ( Close Cooling Water Exchanger)

Permasalahan Komponen mempengaruhi temperatur :

 Channel adalah bak penampung air laut :

level air laut mempengaruhi level channel dan juga flow air yang menuju CCWE sehingga bila dipadukan kondisi ini dengan temperatur lingkungan temperatur keluar air demin CCWE -

 CCWE adalah Heat Exchanger untuk pendingin air sirkulasi demin : Tubes air laut cepat kotor dipengaruhi Level air laut dan filter TBS kotor .

 Gangguan Kelistrikan pompa CWP

HASIL Penelitian

- Kenaikan suhu mempengaruhi massa jenis oli yang menyebabkan tekanan kerja pompa hidrolik berkurang.

- Kemampuan APK pendingin oli menurun dipengaruhi suhu lingkungan yang tinggi dan suhu air demin

- Air demin yang digunakan dipompakan dari CCWE ( Close Cooling Water Pump), faktor utama kenaikan suhu air demin dipengaruhi level air laut.

- Gangguan pada pompa CCWE mempengaruhi suplai air demin menuju APK dan peralatan lain.

Atas dasar inilah penulis menganalisa untuk desain apk kedua untuk digabungkan pada sistem pendinginan HI damper HRSG 22 dengan menggunakan jenis pendinginan Air Cooler Heat Exchanger.

Flow chart Analisa heat exchanger

untuk pendingin sistem hidrolik damper HRSG 22

Survey Penelitian di PT.PLN (Persero) Sektor

1. Pengujian Lab Oli Hidrolik

2. Perhitungan Tekanan Sistem Hidrolik 3. Perhitungan Kapasitas Heat Exchanger I 4. Penelitian Sirkulasi air pendingin CCWE

Penelitian awal Pengumpulan informasi

langsung, data operasi dan Studi Pustaka

Perhitungan dan Analisa Desain Heat

Exchanger II

Kesimpulan dan Saran

BAB IV

ANALISA DAN DESAIN

SISTEM PENDINGINAN OLI HIDROLIK

Gambar 4.1. Desain APK ke II untuk HI damper HRSG 22

4.1 PENJELASAN DESAIN

Pada desain HE II ( Heat Exchanger II ) oli hidrolik bersikulasi dari tangki reservoir keluar dari pendinginan heat exchanger I dengan pendinginan air demin. Oli hidrolik masuk ke HE II tipe tube bank dengan pendingin udara

Fan

APK I shell tube

Sirkulasi air demin Transmission

oil cooler

APK II

Oli Dingin Oli Panas

Tangki reservoir oli Udara

luar

Aliran Oli Hidrolik

dari fan. Pada HE II aliran udara tidak bercampur maka jenis heat exchanger ini menggunakan aliran berlawanan tidak campur. Udara sebagai media pendingin menggunakan fan dan motor sebagai penggerak. Jenis perpindahan panas yang terjadi pada APK ini adalah perpindahan panas paksa dengan media udara. Setelah melalui HE II oli yang dingin akan disirkulasikan kembali ke tangki reservoir. Pada tangki reservoir oli dibagi menjadi 2 bagian untuk sisi dingin yang digunakan main hidrolik pump sedangkan untuk sisi panas masuk dari oli yang dari sistem dan outletnya menuju pendinginan. Pemisah oli yang telah didinginkan dengan oli yang belum disirkulasikan ke oil cooler dalam tangki ini disebut pemisah oli atau baffle plate.

Pada APK (Heat Exchanger) II terbagi atas 2 desain, yaitu :  Fan Udara

 Kumpulan Pipa Bersirip ( Finned tube banks)

4.2 DESAIN FAN UDARA

Pada umumnya pendinginan oli hidrolik pada pabrikan menggunakan fan dengan putaran aksial (fan axial). Dari tipe propeller terbagi atas 3 jenis Fan Axial Flow seperti pada tabel dibawah ini.

Tabel.4.1 Katalog Fan Axial tipe Propeller

Jenis Fan

Kelebihan

Kekurangan

1. Fan Propeller - Menghasilkan laju aliran udara yang tinggi pada tekanan rendah.

- Tidak membutuhkan saluran kerja yang luas.

- Murah(konstruksi sederhana)

- Efisiensi energi relatif rendah dan juga bising

2. Fan Pipa Aksial

- Mencapai efisiensi maksimun - Dapat menghasilkan aliran

berlawanan.

- Tekanan lebih tinggi dan efiensi operasinya lebih baik dari fan propeller.( tekanan yang cukup akibat dari pressure loss dari saluran. - Cocok untuk tekanan

menengah dan aliran tinggi - Prinsip kerja fan propeller

dimanpatkan pada bagian dibagian silinder

- Relatif mahal - Tingkat

kebisingan dan aliran udara sedang.

- Efisiensi energi lebih rendah (65%)

3. Fan dengan baling-baling aksial

- Cocok untuk tekanan sedang sampai tekanan tinggi. - Dapat dipercepat sampai ke

nilai kecepeatan

tertentu(karena putaran massa rendah) dan menghasilkan aliran pada arah berlawana, yang berguna dala, berbagai penggunaaan ventilasi.

- Relarif mahal dibandingkan fan impeller.

- Cocok untuk hubungan langsung ke as motor, - Kebanyakan energi efiensi

mencapai 85% jika

dilengkapi dengan fan air foil jarak ruang yang kecil.

Dari gambar diatas didapat 3 jenis fan aksial untuk desain penulis menggunakan jenis Fan Propeller Aksial. Dalam desain Fan Cooler diperlukan batasan temperatur udara lingkungan .Data fluida udara di ambil pada temperatur tertinggi untuk menentukan kapasitas pendinginan maksimum pada heat exchanger.

Gambar 4.2. Fan Propeller Tipe CDC  Data Fluida Udara Inlet Fan :

 Temperatur Udara : 33,4

 Kalor spesifik udara : 1,005

 Densitsy udara (ρ) : 1,1527 Kg/

 Rencana Desain Blade Propeller :

Desain Propeller aksial yang dipilih berdasarkan data katalog Propeller Tipe C

di bawah ini, dengan penggerak langsung dari motor.

Data yang didapat :

 Jenis kipas : Propeller Axial

 Putaran Kipas/fan : 1750 Rpm

 Flow volume udara : 4851CFM

 Motor input : 3/4 HP

 (Sudut kipas)

β

:

 Blade : 4

 Diameter kipas : 18 in = 60,96 cm = 0,46 m

 Tekanan Statis (Sp) : 1/8 in x 248.36 = 31,05 Pa

 (Sudut kipas) :

 Max BHP : 0,85 .7457 = 0.634 Kw

 Menentukan Parameter dan kapasitan Fan

Berdasarkan hukum fan didapat rumus laju aliran volumetrik udara fan, dengan memasukkan data laju aliran volumetrik udara desain fan yang diharapkan kita dapat menghitung kecepatan pada keluaran fan.

Temp udara masuk (t) =

Gambar 4.4. Parameter Aliran Fan Rpm

Q = flow udara Diameter

konversi saturan, Q = 4851 CFM = 2,289 ( ) Rumus Aliran volume Udara , Q = V.A

ket :

Q = Volume udara fan ( )

V = kecepatan lokal fan

V

= (m/s),konversi saturan, Q = 4851 CFM = 2,289 ( )

A = luas area fan dan Ad = Luas aliran udara = = =

= 0,166 Ad = luas duct = ( Tinggi x Lebar )

= (0,5 x 0,46 ) = 0,23

Gambar 4.5. Dimensi Duct

V

=

=

V = 9,9 (m/s)

Untuk untuk menentukan Tekanan Total (Pt) pada fan, pertama tentukan nilai kecepatan pressure fan. Rumus Total pressure (Pt) = VP+SP ( kecepatan tekan ditambah tekanan statis propeller).

0,5 m

=

ρ = (1,112 Kg/ ).

=

(1,112 Kg/ ).187,7 m2/s2 = 54,6 Pa

Gambar 4.6. Arah Tekanan pada Fan

Dengan Tekanan Statis fan, SP = 31,05 Pa(31,05inWC)

Total pressure (Pt) = VP+(

-

SP) = (56,6

-

31,05)Pa = 23,6 Pa

Maka , Daya Output Fan dapat dicari dengan rumus Daya yang dibutuhkan fan dalam satuan HP (AHP), atau dalam satuan Kw (FKW).

AKW = Pt.Q.d

(Kw)

C

Pt

SP

Sumber: Practical Applications of Math Related to Ventilation (www.eburton.com)

Gambar 4.7. Tabel Air Density Factor

Dengan data tabel diatas dihitung air density factor (d) pada temperatur 37 dengan cara interpolasi didapat nilai (d) menjadi 0,949. Maka kita dapat menghitung daya output pada fan.

FKW =Pt.Q.d

(Kw)

C

FKW = 23,6 (Pa). 2,289 (m3/s). 0,949 102,2

FKW = 51,265Nm/s 102,2

FKW = 0,50 Kw

Data yang didapat dari Desain Propeller nilai BHP maksimal sebesar 0,634 Kw untuk menghitung efisiensi fan propeller.

Keterangan:

Pt = Tekanan Total (Pa) Q = Laju Aliran Udara (m3/s) C = Konstanta tetap (102,2)

BHP = =

Me = =

x 100 % = 78,7 %

SHP (Shaft HP) =

(Kw) , daya motor output “SHP” nilai didapat dari literatur,1.05

SHP (Shaft HP) = =

= 0,60 Kw

Di konversi ke HP = 0,82 HP, untuk menentukan nilai rhp (Rate House Power) pada motor.

rhp >1.33 . SHP >1.33 x 0,82 HP > 1,1 HP 4.2.1 MENGHITUNG DIAGRAM KECEPATAN SINGLE ROTATING PROPELLER

HITUNG PARAMETER

R

=

Radius kipas = D/2 = = 0,23 m

ω = Kecepatan angular kipas n = 1750 rpm = 29,167 rps =183,262 rad/s = (2 n)rps = 2 (3,14)(29,167)

= 183,1688 rps =4,64 rad/s λ

=

geometric advance ratio

=

=

=

=

0,24

Untuk menentukan (diameter of wake helix surface) = reward displacement velocity of helical vortex surface =

ω

.R = 4,64 .0,3048 = 1,414 m/s

λ

=

0,24

=

=

=

= 4,8 m

4.2.

2 PERFORMANCE PROPELLER Menentukan T (thrust of propeller)

Dengan menggunakan persamaan dinamika thrust Pitch propeller = 2 R = 2 (0,23 m)

= 1,414 m 55,67 in

T = ( 4,392399. n)

√ (4,233. .n.pitch(in)-V)

=

( 4,392399

.

(1750)

.

√ . (4,233 .1750 (55,67)-)

= (0,769

.

.

(41,24 – 9,9 ) = (0,769

.

(3316,77)

.

(31,34)

T= 7,99 N

Nilai r dicari dengan rumus:

Tan =

Tan =

0,466 =

=

(

m) = 4,9 (m)

Nilai

W dapat kita tentukan teorema phytagoras pada segitiga W= √

= √ =√

= √ = 1,7565 m/s

A B

E

ϕ W..?

1,599

4.2.3 MENENTUKAN SUDUT KECEPATAN PROPELLER

Gambar 4.9. Sudut Kecepatan Propeller

α = β –α

= α –

= =

= 1,1024

(Radial Location of Blade Element)

= -

= = – =

= Tan -1 (V/nD) = (0,020m/s) / 183,262rad / s. (0,6096 m) πX π (1,1024)

= Tan -1 (0,020m/s) / 183,262rad / s. (0,6096 m) π (1,1024)

=Tan-1.0,5174.10-4

= 2,96.10-3 =0,002960 Vt = 1. w.Cos α = 1 . 1,414.Cos 250 2 2

= 0,640 m/s

Va = Vt. Cos α = 0,640.Cos 250

= 0,58 m/s

Vr = Vt.Sin 250 = 0,27 m/s

�

�

�

�

�

�

Tabel 4.2 Tabel hasil perhitungan performa propeller fan

No. Variabel propeller Hasil Fan Hasil

1. Putaran (n) 1750 rpm Luas Propeller ( ) 0,166 ( )

2. Radius Blade (R) 0,23 m Luas Duct ( ) 0,23 ( )

3. Kec sudut (

ω

) 4,64 rad/s Kec Udara (V) 9,9 m/s

4. Rasio kecepatan (λ) 0,24 Daya Fan (FKW) 0,50 kW

5. Thrust Blade (T) 7,9 N Daya motor (SHP) 0,60 kW

6. Pitch Blade (P) 55 in Efiesiensi mekanik (Me) 78,7

7. Kecepatan keluaran pusat

blade ( ) 1,414 m/s Daya rata-rata (RHP) 1,1 HP

8. kecepatan keluaran blade

4.3 DESAIN KUMPULAN PIPA HEAT EXCHANGER

Gambar 4.10. Finned Tube Banks

 Kapasitas perpindahan panas

Untuk menghitung kapasitas perpindahan panas pada APK dan dimensi tube banks dengan menggunakan data analisa dan parameter fan udara yang telah didapat dengan perhitungan sebelumnya. Untuk menentukan kapasitas perpindahan panas APK II dengan menggunakan analisa beban pendinginan sistem hidrolik, seperti pada gambar 4.5 dapat dilihat bahwa aliran fluida atau oli hidrolik bersirkulasi masuk ke damper HRSG mengalami kenaikan suhu sehingga saat kembali ke tangki reservoir oli yang panas menjadi beban pendinginan pada sistem pendingin hidrolik. Kenaikan suhu dan perpindahan panas diarea damper HRSG tidak dapat diketahui atau tidak terdapat alat ukur suhu, namun di asumsikan panas yang masuk selama proses operasi hidrolik adalah konstan.

Gambar 4.11. Diagram Layout Sistem Hidrolik

Berdasarkan hukum pertama termodinamika perpindahan panas yang terjadi pada sistem. (Yunus Cengel)

Pada kondisi ideal sistem pendinginan, perubahan energi pada sistem

bernilai 0, atau ∆E = 0 ( Steady rate ) Eout-Ein = 0

Maka, pada sistem hidrolik dalam kondisi steady harus ditentukan perubahan kalor agar didapat nilai kapasitas panas yang dibuang ( ̇out) pada HE 2.

Area Damper HRSG

26 L/min T oli ̇ in

64 L/min T oli HE2

̇ out

4,42 kW

Tangki Oli 400L ̇ HE1

̇ out ?

 Untuk menentukan perubahan kalor pada sistem hidrolik dikondisikan pada saat terjadinya emergency shutdown pada HRSG yang disebabkan oleh kenaikan suhu oli hidrolik. Dengan menggunakan track record operasi didapat waktu Start-Up hingga TRIP/emergency shutdown HRSG, seperti ditunjukan kurva waktu Start Up HRSG normal operasi.

DataTrack Record waktu ( 12.11 – 14.10 )WIB : 119 menit

Gambar 4.12. Kurva Waktu Start-Up HRSG

Dengan rumus ”kapasitas pendinginan oli hidrolik” (Manual Book HYDAC OIL COOLER)

̇ = perubahan Energi = panas yang bertambah ke sistem (kW)

119 menit Lama waktu Start

̇ =

(kW) = - = ̇ =

̇ =

= 4,37 KJ/s = 4,37 kW

Panas yang masuk ( ̇in) = ̇ + ̇out = 4,37 kW + 4,42 kW = 8,79 kW

̇ = ̇out 2 “Steady rate heat transfer”

Maka desain pada HE 2 yang panas yang harus dibuang sebesar 4,37 kW

Gambar 4.13. Grafik hubungan kenaikan suhu oli dengan waktu operasi Dengan diketahui ̇out pada HE 2 dapat ditentukan harga

= ̇ ̇ = = = = ( ) = 6.7 13.4 20.1 26.8 33.5 40.2 46.9

17 menit 34 menit 51 menit 68 menit 85 menit 102 menit 119 menit

Beda Suhu Oli

 Data Fan Udara

- Temp udara (Tin) : 33,4°C

- Flow (Q) : 2,3 = 4873,4 ft/min - RHUdara : _{85 %}

- Density (ρ) : 1,1527 Kg/

Maka laju aliran udara ( ̇ ) dengan suhu udara masuk ( = ) ̇ = ρ x Q = : 2,3 x 1,1527 Kg/ = 2,65 kg/s

= ̇ . = 2,65 kg/s . 1,0073 KJ/ C = 2,67 Kj/ C  Dengan diketahui parameter fan kita dapat menggunakan Upper Limit

For Heat Transfer “yunus cengel untuk menentukan suhu udara fan keluar HE 2.

̇oli = ̇udara = = ̇

̇ =

) =

= ( suhu udara keluar )

Gambar 4.14. Distribusi Suhu fluida apk bersirip

unmixed udara

(unmixed oli )

 Maka luas perpindahan panas menyeluruh He2:

Perpindahan Panas Menyeluruh diambil dari Tabel Appendix B Heat Exchanger Cengel B-5 (Overall heat transfer coefficient for air cooler heat (bare tube basis))

( ) = K

̇ = . .∆

 ∆ = LMTD

LMTD =

=

=

=

= 4,88

Untuk faktor koreksi didapat dari chart dibawah ini :

P = =

– – =

= 0,23

F = 0,98

R = = – =

= 1,51 ̇ = . .∆ .F

=

=

= 2,28

Maka, dapat ditentukan jumlah total pipa (N) = N x L x x D

2,28 = (0,03 m)(0,43 m) N =

= 55,6 pipa

Gambar 4.16. Arrangement of the TubesStaggered Tube Banks

 Menentukan Jumlah Baris pipa

 ( diameter luar pipa = 0,03 m  ( diameter luar pipa = 0,025 m

 (ST) Pitch panjang pipa = 2D = 6 m  (SL) Pitch panjang pipa = 1,5D = 0,045 m  ( ) Panjang 1 pipa = 0,46 m

Gambar 4.17. Panjang satu baris pipa

= √ = √ = 0,074 m n = : (ST) + 1 =

+ 1 =7,6 +1 = 8,6 = 8 pipa /baris

(n), Jumlah pipa dalam satu bidang luas ( ), Panjang sirip pipa/tube satu bidang luas

Maka Jumlah baris/lintasan pipa yang dibutuhkan ditentukan dengan rumus: N = n x jumlah baris

55,61 pipa = 8 pipa/baris x jumlah baris Jumlah baris = 6,95 = 7 baris pipa

Panjang sirip (Ls) = 6 SL + D = 0,045x6+0,03 = 0,3 m

Gambar 4.18.Dimensi Air Cooled Heat Exchanger (HE) 2

 Kecepatan maksimum udara (kecepatan udara melewati luas aliran minimum).

0,66 m

Dimensi Fan CDC A : 0,66 m B : 0,14 m C : 0,34 m D : 0,018 m E : 0,018 m F : 0,014 m G :0,006 m

B

E

C F 0,46m

m

V= 9,5 (m/s) , maka nilai kecepatan udara maksimum melewati tube

bank , (Vmax) =

Vmax =

V =

9,9 (m/s) Vmax = 6,6 (m/s)

Gambar 4.19 Kecepatan udara melewati pipa

 Menghitung Efektivitas Air Cooled Heat Exchanger menggunakan metode NTU. Untuk itu terlebih dahulu dihitung kapasitas panas minimum dan luas perpindahan panas ( .

̇ = ρ x Q = : 2,3 x 1,1527 Kg/ = 2,65 kg/s = ̇ . = 2,65 kg/s . 1,0073 KJ/ C = 2,67 Kj/ C ̇ = ρ x Q = 0.001066667 /s x 859 Kg/ = 0,91 kg/s Nilai = ̇ . = 0,91 kg/s . 1,9 KJ/ C = 1,77 Kj/ C Maka kapasitas panas min = (fluida oli) = 1,77 Kj/ C

Air Inlet

 Efektivitas Heat Exchanger

̇ = (Toli masuk – Tudara masuk) = 0,91 kg/s x 1,77 Kj/ C = 12,16 kw

ε = ̇ ̇ =

= 0,35 x100% = 35%

4.3.2 PRESSURE DROP IN TUBE

Berdasarkan hasil data yang didapat : T1 = 70°C , Panjang Pipa( L) 0,43 m T2 = 64°C

Jenis Pipa selang seling, ST = Diameter dalam pipa (Di) = 0,025 m

Flow oli (Q) =

Sifat- fisik fluida pada temperatur rata-rata(Tb) =

= 39°C = 312,39°K

Cp = 1,9 (KJ/ C) Pr = 781,89

= 859,63 (kg/ ) µ = 5,29. (N.s/ ) k = 6,1. ( ) ̇= 0,917 kg/s

v = 0,138 (W/ K) = = = 0,00049 � =

=

= 2,18 m/s Re = �

=

=

=

885,63 Maka aliran dalam pipa adalah aliran laminar < 2300

f =

=

= 0,0723

DROP PRESSURE ALIRAN DALAM PIPA EXCHANGER

∆P =

f

.

.

�

(Pa)

∆P = (0,0723)

.

.

(2,18m/s) (Pa) ∆P = 1802,01 (Pa) = 0,018 Bar

Tabel 3.3.Performa APK/HE 2 ( Air Cooled Heat Exchanger) No.

Variabel Udara Oli

1. Fluida udara

2. Fluida oli

3. LMTD ∆ 4,88

4. Laju aliran fluida ̇ 2,65 kg/s ̇ 0,91 kg/s

5.

Laju Perpindahan panas ( ̇) 4,37 kW

6.. Koefisien perpindahan

menyeluruh (Uo) 400

7.

Jumlah pipa (N) 55

8.

Efektivitas tube (ε) 35 %

9. Luas perpindahan panas ( ) 2,28

10.

Dengan menggunakan rumus kapasitas pendinginan hidrolik kita dapat mengetahui kenaikan suhu oli per satuan waktu, sehingga dengan menerapkan sistem pendinginan gabungan heat exchanger 1 dan 2 didapat perbedaan perubahan suhu oli hidrolik seperti ditunjukan pada gambar 4.12 terlihat bahwa suhu oli tetap dijaga pada suhu . Untuk garis horizontal merupakan batasan suhu oli yang diproteksi dengan indikasi alarm/peringatan sistem bila mencapai pada garis A1 untuk peringatan suhu tinggi dan garis A2 proteksi emergency shutdown.

Gambar 4.20. Grafik hubungan kenaikan suhu oli dengan waktu

44.7 51.4 58.1 64.8 71.5 78.2 84.9 38 51.4 64.8 78.2 91.6 105 118.4 131.8 0 20 40 60 80 100 120 140

0 17 34 51 68 85 102 119

S u h u Ol i ◦ C Waktu (menit)

Linear (HE 1) Linear (HE 0) Linear (HE 1 & 2)

38

A2 A1

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

1. PT.PLN(Persero) Sektor Belawan memiliki kapasitas daya yang terpasang 1160 MW yang dihasilkan dari 3 jenis pembangkit (PLTU,PLTG dan PLTGU). Dengan adanya jadwal pemeliharaan, daya yang dihasilkan berkurang menjadi 841 MW. Dari total daya yang berkurang salah satunya disebabkan oleh tidak beroperasinya Boiler HRSG 22.

2. Pemeliharaan Boiler HRSG 22 merupakan jenis pemeliharaan

Corrective Maintenance dengan waktu ( 21 Oktober 2014) selesai pekerjaan ( 21 November 2014). Dengan data hasil didapat :

 Piston damper flap retak / rusak  Pemeliharaan motor pompa hidrolik  Pergantiaan oli baru

 Data permasalahan:

- Suhu oli mencapai batas proteksi sistem hidrolik damper . - Tekanan sistem hidrolik turun dibatas proteksi minimum 170 Bar. - Pertambahan panas yang masuk ke oli sebesar 8,79 kW dengan kapasitas pendinginan heat exchanger shell and tube 4,34 kW. - Sisa kelebihan panas 4,37 kW menyebabkan emergency shutdown.

3. Dengan menggabungkan air cooled heat exchanger kedalam sistem pendinginan hidrolik damper HRSG 22 dapat mengurangi kelebihan panas 4,37 kW dan menghidari kerugian yang disebabakan terjadinya emergency shutdown/ stop beroperasi.

4. Pemilihan jenis air cooler heat exchanger dibandingkan jenis lain, dikarenakan sirkulasi air demin dipengaruhi oleh, level bak chanel air laut belawan, CCWE yang kotor, tekanan dan permasalahan pada pompa sumplai air demin (CCWP)

5.2 SARAN

1. Dalam penulisan ini masih banyak kekurangan, untuk meningkatkan efisiensi perlu dilakukan penelitian lebih lanjut pertambahan panas terhadap perubahan suhu lingkungan ekstrim.

2. Untuk suhu udara yang lebih dingin, perlu dilakukan penelitian untuk penambahan sistem bypass menuju air cooler heat exchanger untuk mengurangi kerja heater pada tangki reservoir oli hidrolik.

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.

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

Gas Turbin HRSG

exaust silincer

Inlet air casing Intake Struckture

Diverter Damperr

Exhaust diffuser Expansion Joint

Bypass Stack HRSG

Exhaust Stack

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.

Gambar 2.2 Posisi pembukaan flap damper pada operasi open cycle

BYPASS STACK

OUT GAS

Flap Da per

Gas bua ga

turbi

Posisi flap

e utup ke

HRSG

Gambar 2.3 Posisi pembukaan flap damper pada operasi combine cycle

Sumber : Literatur teori HRSG Pusdiklat Suralaya,2013

BYPASS STACK

Flap Da per

Gas bua ga

turbi

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 )

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.

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

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.

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.

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.

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,

Pumps

Positive Displacement Pumps

Rotary

Gear Vane Screw

Reciprocating

Axial Piston

Inline Ben Axis Cylinder Block Radial Piston

Non Positive Displacement Pumps

Centrifugal Axial Flow

Radial Flow

Vm =

x 100%... Lit1.3

Vm =

(Hp) atau x 100%

Vm = x 100 % , Torque =

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

Pump Types Pressure Rating (Bar) Speed (rpm) Overall Efficiency Hp/lb Ratio Flow (lpm) Eksternal gear

pump 130-200 1200-2500 80-90 2 5-550

Internal gear

pump 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

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

- 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

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

 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.

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 ( ) =

... Lit2.1

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 = ̇x Cph = Merupakan kapasitas panas fluida panas = ̇x Cph

 efektivitas , ̇   Lit2.3

 





NTU =

= ...Lit2.4

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Konsumsi listrik daerah Sumatera bagian Utara setiap tahunnya terus meningkat sejalan dengan peningkatan pertumbuhan ekonomi masyarakatnya. Oleh karena itu, perkiraan kebutuhan listrik jangka panjang di Sumatera bagian Utara sangat diperlukan agar dapat menggambarkan kondisi kelistrikan saat ini dan masa datang. Dengan diketahuinya perkiraan kebutuhan listrik jangka panjang akan dapat ditentukan jenis dan perkiraan kapasitas pembangkit listrik yang dibutuhkan di Sumatera bagian Utara selama kurun waktu tersebut. Berikut merupakan data bulan Juli 2014 konsumsi listrik dari PT. PLN Pembangkitan Sumatera bagian Utara.

PT. PLN (Persero) Sektor Pembangkitan Belawan merupakan Unit Pembangkitan terbesar diluar Pulau Jawa. PT.PLN (Persero) Sektor Pembangkitan Belawan terletak di dalam sebuah pulau yang bernama Pulau Naga Putri dengan luas wilayah 47 hektar, di desa Pulau Sicanang, Kecamatan Medan Belawan, 24 km. sebelah Utara Kota Medan, dekat dengan pesisir pantai dan Pelabuhan Belawan. Berdiri pada tahun 1983 dan mulai berproduksi pada tahun 1984 dengan kapasitasawal 130 MW yaitu PLTU Unit 1 dan PLTU Unit 2 dengan masing-masing beban 65 MW. PLN Sektor Pembangkitan Belawan saat ini mengoperasikan dan memelihara unit-unit pembangkit dengan kapasitas terpasang sebesar 1.189,88 MW.

Pada tanggal 06 Januari 2013.PLN Sektor Pembangkitan Belawan sampai saat ini merupakan pemasok utama kebutuhan listrik di Sumatera Utara dan sebagian wilayah Aceh.

Gambar 1.1 Pembangkit Listrik Sumatera Bagian Utara

Sumber: Data kelistrikan Sumbagut 2013 Pembangkitan Sumatera Bagian Utara (KITSU)

Tabel 1. Data operasi pembangkit PT.PLN Sektor Belawan

Jenis

Pembangkit Jumlah (Unit) Kapasitas Terpasang (MW)

PLTU 4 260

PLTGU 6 780

PLTGU 1 120

Total 1.160

Sumber: PLN Sektor Belawan

Sebagai pembangkit dengan kapasitas listrik terbesar, produksi listrik sektor belawan sangat mempengaruhi beban daya listrik keseluruhan dan apabila terjadi pemeliharaan pada salah satu atau bahkan lebih pembangkit maka dampak

defisit daya listrik sangat besar. Sehingga sektor belawan harus menjaga agar unit tetap terus beroperasi.

Tabel 2. Data operasi pembangkit PT.PLN Sektor Belawan

Jenis

Pembangkit Status (Unit)

Kapasitas Terpasang (MW) Beban Aktual (MW) Selisih (MW)

PLTU 1 Tidak beroperasi 65 -

PLTU 2 Tidak beroperasi 65 -

PLTU 3 Tidak beroperasi 65 64

PLTU 4 Beroperasi 65 65

PLTG L3 Beroperasi 120 100

PLTG 11 Beroperasi 130 100

PLTG 12 Tidak beroperasi 130 -

PLTG 21 Beroperasi 130 128

PLTG 22 Beroperasi 130 129

HRSG 11 Beroperasi 65 60

HRSG 12 Tidak beroperasi 65 -

HRSG 21 Beroperasi 65 65

HRSG 22 Tidak beroperasi 65 -

Total 1.160 841 319

Sumber: PLN Sektor Belawan

Keterangan :

PLTG : Pembangkit Listrik Tenaga Gas, kategori pembangkit

20

Universitas Sumatera Utara

21

Universitas Sumatera Utara

22

Universitas Sumatera Utara

23

Universitas Sumatera Utara

24

Universitas Sumatera Utara

25

Universitas Sumatera Utara