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

PERANCANGAN KONDENSOR TURBIN UAP (ST.1.0)
DENGAN DAYA 65 MW DI PLTGU BLOK I PT.PLN
(PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA
SEKTOR PEMBANGKIT BELAWAN
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ALEXANDER SEBAYANG
NIM : 110421006

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
Berkat dan Karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Skripsi ini
dengan baik.
Skripsi ini berjudul “PERANCANGAN KONDENSOR TURBIN UAP (ST.1.0)
DENGAN DAYA 65 MW DI PLTGU BLOK I PT.PLN (PERSERO)

PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR
PEMBANGKIT BELAWAN” Dimaksutkan sebagai salah satu syarat untuk
menyelesaikan pendidikan sarjana teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Kondensor merupakan Alat Penukar Kalor yang mengubah uap jenuh
bekas turbin menjadi air kondensat. Dengan penggunaan kondensor ini maka
dapat menghemet air pengisian ketel/Heat Recovery Steam Generator (HRSG).
Dalam menyelesaikan tugas sarjana ini, penulis banyak mendapat
dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan
trimakasih sebesar-besarnya kepada

Prof. Dr. Ir. Bustami Syam M.T, Dekan Fakultas Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara ;
1. Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik
mesin Universitas Sumatera Utara;
2. Ir.M.Syahril Gultom,MT. selaku Dosen Pembimbing Skripsi ini yang
telah banyak membantu dengan memberikan bimbingan, pengarahan
penyusunan laporan skrippsi ini;
3. Bapak dan ibuk staf pengajar dan pegawai di Departemen Teknik
Mesin USU.

4. Teristimewa kepada Kedua Orangtua tercinta B.Sebayang dan C.br
Tarigan yang telah memberikan doa, motifasi, dukungan moril, dan
materil kepada penulis

i
Universitas Sumatera Utara

5. Kakak dan abang tercinta Anna Br sebayang, Yusneni Br Sebayang,
Evi Emilia Br Sebayang, Alberta Br Sebayang, dan abang saya
Oktavianus Sebayang dan istri Sylvia Dora Br Sembiring.
6. Kekasih tercinta Injilia Febrinasari Br Tarigan yang slalu memberi
dukungan dan semangat.
7. Seluruh teman-teman Teknik Mesin angkatan 2011 dan abang Suheri
Susanto angkatan 2010. Dan Abang Andi Setiawan Ginting, dan
Abang Ahmad A.G tim fortex, dan jupri surbakti, Yudika DKK.
8. Abang

Dohamsal

Siahaan

selaku

pembimbing

kami

HAR.

Pemeliharaan turbin uap PLTGU;
9. Abang Patuan Hero Siahaan selaku pembimbing kami HAR.
Pemeliharaan turbin uap PLTGU;
10. Seluruh

Staff

dan

Karyawan/Karyawati

PT.

PLN

(Persero)

Pembangkitan Sumatera Utara Sektor Belawan.
Penulis Menyadari bahwa masih banyak terdapat kekurangan dalam
penulisan tugas sarjana ini. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang
bersifat membangun dari berbagai pihak untuk menyempurnakan laporan skripsi
ini. Semoga Laporan skripsi ini bermanfaat Bagi semua pihak yang membaca.
Medan, Januari 2014
Penulis,

Alexander Sebayang
NIM.110421006

ii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR .............................................................................. i
DAFTAR ISI .............................................................................................. iii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................. vi
DAFTAR TABEL ..................................................................................... vii
DAFTAR NOTASI .................................................................................. viii
ABSTRAK ................................................................................................ xii

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ............................................................................. 1
1.2 Batasan Masalah .......................................................................... 2
1.3 Manfaat ........................................................................................ 2
1.4 Metode Pengumpulan Data .......................................................... 2
1.5 Sistematika Penulisan ................................................................... 3

BAB II LANDASAN TEORI .................................................................. 5
2.1 Pengantar Umum ............................................................................ 5
2.2 Klasifikasi Heat Exchanger ............................................................ 5
2.3 Pembagian alat penukar kalor jenis shell and tube TEMA ............. 8

2.4 Komponen-komponen alat penukar kalor ....................................... 9
2.5 Kondensor ..................................................................................... 13
2.6 Metode Pengumpulan Data ........................................................... 16

BAB III ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN .............................. 17
3.1 Tipe Kondensor ........................................................................... 17
3.2 Tube ............................................................................................ 17
3.3 Analisa Siklus Termodinamika .................................................... 17
3.5 Flow chart .................................................................................... 20

iii
Universitas Sumatera Utara

BAB IV PERANCANGAN KONDENSOR .......................................... 22
4.1 Beban Panas ................................................................................. 22
4.2 Laju aliran massa Air pendingin .................................................

23

4.3Perancangan kondensor ................................................................ 24

4.4 Perhitungan perancangan melalui MS. EXCEL,........................... 25
4.5 Sekat (buffle) ................................................................................ 37
4.6 Tie Rodd ....................................................................................... 37
4.7 Shell dan Plat Tube ....................................................................... 38

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN.................................................. 40
5.1 Kesimpulan ................................................................................... 40
5.2 Saran............................................................................................. 41
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

iv
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Ranacangan alat penukar kalor menurut TEMA ................ 10
Gambar 2.2 Susunan tipe alat penukar kalor ....................................... 11
Gambar 2.3 Kondensor tipe permukaan (surface condenser)................ 13
Gambar 2.4 Kondensor ST 1.0 Sisi A PLTGU ...................................... 14

Gambar 2.5 Konsep Mesin Karnot ......................................................... 14
Gambar 2.6 Pengkondisian Vacuum Kondensor .................................... 15
Gambar 2.7 Aliran Uap pada Sudu Turbin ............................................. 16
Gambar 3.1 Siklus uap ............................................................................. 18
Gambar 3.2 flow chart .............................................................................. 20
Gambar 4.1 Diagram T-S .......................................................................... 22

v
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 sifat-sifat air pada temperature 34oC ........................................ 23

vi
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI
Notasi

Arti

Satuan

A

Luas Penampang

m2

Ao

Luas Penampang luar tube

m2

Bc

Buffle cut (potongan sekat)

m

Bs

Buffle space (jarak sekat)

m

cpc

Panas spesifik air pendingin

J/kg.K

cpl

Panas spesifik cairan pada suhu film

J/kg.K

db

Diameter Buffle

m

di

Diameter dalam tube

m

do

Diameter luar tube

m

ds

Diameter shell

m

dsb

Diameter antara shell dengan buffle

m

E

Efisiensi sambungan

-

g

Gaya grafitasi

9,81 m/s2

h

Entalpi

KJ/kg

ho

Koefisien perpindahan panas kondensasi

W/m2K

hc

Koefisien perpindahan panas dalam tube

W/m2K

k

Konduktifitas termal

W/m2K

kc

Konduktifitas termal air pendingin

W/m2K

kl

Konduktifitas termal cairan pada suhu film

W/m2K

l

Panjang tube

M

vii
Universitas Sumatera Utara

LMTD

Beda suhu rata-rata logaritma

K

Laju aliran massa

Kg/s

Laju aliran massa air pendingin

Kg/s

Laju aliran massa uap

Kg/s

Ng

Gaya generator

W

Np

Jumlah Pass tube

-

Nt

Jumlah Tube

-

Nu

Bilangan Nusselt

-

NTU

Number of Transfer Unit

-

P

Tekanan

pa

Ph

Tekanan uap

pa

Pr

Bilangan Prandalt

-

Pt

Jarak antara Pusat Tube

m

Qcd

Beban panas Kondensasi

W

Qh

Beban panas diserap air

W

r

Jari-jari shell

M

Re

Bilangan Reynold

-

Rfi

Faktor Pengotoran Dalam tube

m2K/W

Rw

Tahanan Termal dinding tube

m2K/W

s

Entropi

m2K/W

s.g

Grafitasi Spesifik

-

Suhu

o

T

Suhu rata-rata air pendingin

o

Tc

C,K
C,K

viii
Universitas Sumatera Utara

Tco

Suhu keluar air pendingin

o

Tci

Suhu masuk air pendingin

o

Tf

Suhu film

o

Th

Suhu Uap

o

Tsat

Suhu saturasi

o

Tt

Suhu dinding tube

o

Uo

Koefisien perpindahan panas menyeluruh

W/m2K

V

Volume

m3

v

Volume spesifik

m3/kg

Wt

Daya Turbin

W

Wcp

Daya pompa kondensat

W

WBFP

Daya pompa air pengisi ketel

W

x

Persentase fraksi uap

%

C,K
C,K
C,K
C,K
C,K
C,K

ix
Universitas Sumatera Utara

SIMBOL YUNANI

NOTASI

KETERANGAN
Kenaikan suhu air pendingin

SATUAN
o

C,K

Penurunan tekanan pada tube
g

Efisiensi generator

Pa
-

μc

Viskositas air pendingin

kg/ms

μl

Viskositas cairan pada suhu film

kg/ms

ρc

Massa jenis air pendingin

kg/m3

ρl

Massa jenis cairan pada suhu film

kg/m3

ρv

Massa jenis uap pada suhu film

kg/m3

ρhl

Massa jenis fluida panas bentuk cairan

kg/m3

σ

tekanan izin maksimum

ε

Efektifitas kondensor

Pa, Psi
%

x
Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

PLTGU Belawan memiliki 2 unit kondensor. Dalam perancangan
kondensor PLTGU yang dibahas perancangan didasarkan dari pemilihan diameter
tube, dan jarak antara tube, serta jumlah tube, adapun perancangan yang dihitung
adalah diameter luar tube ¾ in, dan pitch tube 15/16 in, diameter luar ¾ in pitch
tube 1 in, diameter luar 1 in dengan pitch tube 5/4 in. Dari hasil perhitungan yang
dilakukan pada perancangan ini diperoleh efektivitas kondensor 13.22 % dan,
berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan maka diperoleh koefisien
perpindahan panas menyeluruh (Uo) pada perancangan pertama adalah 1156,18
W/m2K, pada perancangan kedua adalah 1168,42 W/m2K, dan rancangan ketiga
adalah 1051,853 W/m2K sedangkan untuk panjang (L) tubenya adalah 8.05m,
9.07 m, 11.91 m. Hasil perancangan ini dipilih berdasarkan tingkat effisiensi dan
ekonomisnya maka perancangan yang dipilih adalah perancangan pertama yaitu
Diameter luar tube ¾ in, dan Pitch tube 15/16 in, dengan (Uo) 1165,18 W/m2K,
dan (L) 8,05 m.

Kata Kunci : Kondensor, Perancangan, koefisien perpindahan panas.

xi
Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT

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

xii
Universitas Sumatera Utara