Bab IV Dasar Teori Dan Analisa Data

(1)

BAB IV BAB IV DASAR TE

DASAR TEORI DAN ORI DAN ANALISA DATANALISA DATAA

4.1.

4.1. Dasar Dasar TTeeoriori 4.

4.1.1.11.. SSisistteem Am Air Pir Peendndiningiginn

Selain komponen utama, PLTA memiliki komponen-komponen Selain komponen utama, PLTA memiliki komponen-komponen pendukung yang m

pendukung yang mempunyai peranan penting, salah satunya ialah sistem airempunyai peranan penting, salah satunya ialah sistem air pendingin. A

pendingin. Air pendingin digunakan unir pendingin digunakan untuk menjaga temperatur komponen-tuk menjaga temperatur komponen-komponen utama khususnya pada

komponen utama khususnya pada rotary equipment rotary equipment ,, over heat over heat pada suatu alat pada suatu alat akan menyebabkan penurunan

akan menyebabkan penurunan performa performa dari alat tersebut. dari alat tersebut. Pada PLT

Pada PLTA, sistem aA, sistem air pendingin ir pendingin digunakan untuk mendinginkan udaradigunakan untuk mendinginkan udara pada

pada generator generator 11₍_{( Air Cooler}_{Air Cooler ). Panas yang terjadi merupakan bentuk}_{). Panas yang terjadi merupakan bentuk}

transformasi

transformasi dari rugi pada inti ataupun pada belitan dari rugi pada inti ataupun pada belitan stator stator dan dan rotor rotor . Panas. Panas yang terjadi akan mempengaruhi terhadap kemampuan

yang terjadi akan mempengaruhi terhadap kemampuan generator generator dalam dalam menghasilkan energi listrik dan jika dibiarkan terus-menerus hingga menghasilkan energi listrik dan jika dibiarkan terus-menerus hingga temperature outlet ≥ ! "# maka unit akan

temperature outlet ≥ ! "# maka unit akan triptrip.. Selain pada

Selain pada generator generator , air pendingin digunakan pada sistem, air pendingin digunakan pada sistem OilOil Cooler

Cooler yang meliputi yang meliputi turbine bearing turbine bearing ,, upper bearing upper bearing ,, thrust and lower thrust and lower bearing

bearing . Panas yang timbul pada. Panas yang timbul pada bearing bearing tersebut sebagai akibat adanya tersebut sebagai akibat adanya kalor yang timbul karena gesekan antara

kalor yang timbul karena gesekan antara turbine bearing turbine bearing dengan poros turbin. dengan poros turbin. $erikut %ara kerja %ara kerja sistem air pendingin &

$erikut %ara kerja %ara kerja sistem air pendingin & a.

a. Distribusi Air PendinginDistribusi Air Pendingin

Sistem air pendingin masuk ke dalam

Sistem air pendingin masuk ke dalam sequencial preparation sequencial preparation relayrelay.. Pada saat unit start maka

Pada saat unit start maka flow flow air pendingin harus memenuhi 'air pendingin harus memenuhi ' batas

batas flow flow yang telah ditetapkan, jika tidak terpenuhi maka unit tidakyang telah ditetapkan, jika tidak terpenuhi maka unit tidak dapat dioperasikan. Air yang digunakan untuk sistem pendingin dapat dioperasikan. Air yang digunakan untuk sistem pendingin merupakan air yang dipompakan oleh

merupakan air yang dipompakan oleh Main W Main Water Supater Supply Pumpply Pump (*+SP) dari

(*+SP) dari draft tubedraft tube_..

1

1 *edia pendingin pada *edia pendingin pada generator generator ialah udara ialah udara

2

2saluran air buangan setelah memutarkan runner saluran air buangan setelah memutarkan runner

 

(2)

(3)

!ambar "#1 Main Water Supply Pump !ambar "#1 Main Water Supply Pump

Tiap unit terdiri dari  buah pompa yang bekerja se%ara bergantian, Tiap unit terdiri dari  buah pompa yang bekerja se%ara bergantian, pompa pertama sebagai

pompa pertama sebagai primary pump primary pump dan pompa kedua sebagaidan pompa kedua sebagai stand stand by pump

by pump. Apabila pada saat operasi. Apabila pada saat operasi primary pump trip primary pump trip maka maka stand by stand by pump

pump akan bekerja untuk menggantikan tugas dariakan bekerja untuk menggantikan tugas dari primary pump primary pump. ika. ika kedua pompa

kedua pompa triptrip maka unit juga akan maka unit juga akan triptrip. Pergantian/. Pergantian/manufermanufer daridari primary

primary keke stand by pump stand by pump dilaksanakan tiap a0al bulan. 1istribusidilaksanakan tiap a0al bulan. 1istribusi jumlah air yang masuk ke masing peralatan ialah &

jumlah air yang masuk ke masing peralatan ialah &

No No ..

Cooler

Cooler Kaasitas !L"m#Kaasitas !L"m#

1

1 $urbine %earing $urbine %earing '' $

$ &pper %earing &pper %earing 22 %

% $hrust'(ower %earing $hrust'(ower %earing 22 4

4 Air cooler Air cooler 33 $a

$abel "#1 bel "#1 )istribusi air )istribusi air pendinginpendingin

 

(4)

!ambar "# )istribusi air pendingin !ambar "# )istribusi air pendingin b.

b. PePen&an&arinringan gan AiAir Pr Pendendinginginin

Setelah dipompakan menggunakan *+SP,

Setelah dipompakan menggunakan *+SP, air akan air akan di saring olehdi saring oleh Main W

Main Water Supply Sater Supply Strainertrainer (*+SS). Tu(*+SS). Tujuan air disaring juan air disaring adalah agaradalah agar bersih dari kotoran sehingga tidak menggangg

bersih dari kotoran sehingga tidak mengganggu aliran air pendingin,u aliran air pendingin, selain itu juga agar tidak mengganggu proses penyerapan panas pada selain itu juga agar tidak mengganggu proses penyerapan panas pada media yang didinginkan. *+SS bekerja/

media yang didinginkan. *+SS bekerja/bac*washbac*wash se%ara automatisse%ara automatis  jam sekali atau dapat di

 jam sekali atau dapat di setting setting sesuai kebutuhan dengan batas sesuai kebutuhan dengan batas range

range  jam. 4ntuk operasi manual *+SS dapat dilakukan sesuai  jam. 4ntuk operasi manual *+SS dapat dilakukan sesuai keinginan.

keinginan.

5otoran yang tersaring akan dibuang oleh

5otoran yang tersaring akan dibuang oleh Main W Main Water Supplyater Supply Strainer Purging +alve

Strainer Purging +alve.. Purging Purging +a+alvelve beroperasi selama  menit beroperasi selama  menit untuk membuang kotoran yang tersangkut pada

untuk membuang kotoran yang tersangkut pada screen screen, jika setelah , jika setelah  menit

menit purgin purging valveg valve belum menutup (karena ada kotoran yang belum menutup (karena ada kotoran yang menghambat) maka

menghambat) maka time lag relay for fault oftime lag relay for fault of *+SS akan akti6 dan*+SS akan akti6 dan menunggu selama  menit. ika dalam 0aktu ≥ menit kembali

menunggu selama  menit. ika dalam 0aktu ≥ menit kembali purging va

purging valvelve belum menutup maka akan memberikan siny belum menutup maka akan memberikan sinyal alarmal alarm dan *+SP

dan *+SP triptrip selanjutnya manu7er ke selanjutnya manu7er ke stand by pump stand by pump.. .1.$.

.1.$. Oil Cooler Oil Cooler

2 2

(5)

Sistem pelumasan pada sistem pembangkitan digunakan untuk melumasi bearing yang ber6ungsi menahan beban vertical , hori,ontal , dan a-ial dari suatu poros yang berputar. Sistem pelumasan mesin adalah suatu sistem yang bertujuan untuk memberikan oil 6ilm (lapisan oli) untuk

men%egah kontak langsung pada komponen8komponen yang bergesekan dan menyebabkan keausan. 9ungsi pelumasan ialah &

a. *embentuk oil film untuk men%egah kontak langsung antara dua permukaan logam.

b. *engurangi atau men%egah keausan dan panas. %. *endinginkan bagian8bagian pada mesin. d. *emelihara mesin agar tetap bersih.

e. *emaksimumkan kompresi dan mempertahankan tekanan. 6. *en%egah korosi pada bagian8bagian mesin.

Adapun sistem pelumasan pada bearing yang menggunakan sistem air pendingin ialah &

a. Turbine Bearing



Aliran air pendingin& ' l/min 2A& ' l/min, 2 menit

Aliran air pendingin& 2 l/min 2A& = l/min, 2 menit



Temperatur normal & :'"# !'-3& '3"#< !'-& ;"#

!ambar "#/ $hrust bearing

!ambar "#0 (ower bearing

(7)

4.1.1.%. Air cooler

Sistem pendingin pada generator dengan %ara mendinginkan udara disekitar ruang generator . adial fan yang terpasang pada rotor akan mendorong udara pada stator menuju ke water cooler . Pada water cooler udara panas dari stator akan diserap oleh air yang mengalir pada pipa-pipa ke%il (tube), sehingga udara yang keluar dari water cooler'outlet menjadi dingin. Selanjutnya udara yang telah dingin tersebut akan kembali bersirkulasi masuk ke rotor generator , begitu seterusnya hingga udara di dalam generator tetap terjaga temperaturnya. Temperatur pada generator harus selalu dipantau. >al-hal yang harus diperhatikan &



Aliran air pendingin& ' l/min 2A& ' l/min, 2 menit



Temperatur normal & :'3"# !'-3& ;"#< !'-& ;3"#

1.4.4. Perinda(an Panas Kon)e*si ada Sistem Oil Cooler dan Air Cooler

Sistem air pendingin pada Oil Cooler dan Air cooler merupakan penerapan dan sistem 2eat 3-changer (alat penukar panas), dalam hal ini

meman6aatkan perpindahan panas se%ara kon7eksi (media perpindahan panas berupa 6luida). Terdapat  jenis perpindahan panas se%ara kon7eksi, yaitu & a. Kon)e*si a+ami ! Natural/Free Convection#

5on7eksi alamiah dapat terjadi karena ada arus yang mengalir akibat gaya apung, sedangkan gaya apung terjadi karena ada

perbedaan densitas 6luida tanpa dipengaruhi gaya dari luar sistem. Perbedaan densitas 6luida terjadi karena adanya gradien suhu pada 6luida. #ontoh kon7eksi alamiah antara lain aliran udara yang

(8)

melintasi radiator panas ?,'-abe1//%@. 1alam sistem Oil Cooler tidak ada yang mengalami kon7eksi alami.

b. Kon)e*si a*sa !Forced Convection#

5on7eksi paksa terjadi karena arus 6luida yang terjadi digerakkan oleh suatu peralatan mekanik (%ontoh & pompa, pengaduk), jadi arus 6luida tidak hanya tergantung pada perbedaan densitas. #ontoh

perpindahan panas se%ara kon7eksi paksa antara lain& pemanasan air yang disertai pengadukan. 1alam sistem Oil Cooler yang

mengalami kon7eksi alami ialah oli pada turbine bearing , dan upper bearing . 1alam sistem Oil Cooler yang mengalami kon7eksi paksa ialah& oli dan air pendingin pada thrust dan lower bearing < air pendingin dan peluumas pada turbine bearing dan upper bearing <

serta air pendingin dan udara pada sistem Air cooler .

umus perpindahan panas se%ara kon7eksi se%ara umum, ialah &

´

Q 0 ( A T

1engan Q

´

B besar laju perpindahan panas (k/s) h B koe6isien perpindahan panas

kon7eksi (+/m₅₎

A B luasan bidang perpindahan panas (m₎

CT B perbedaan temperatur ("#)

4.1.1.2. E3e*ti)itas Penggunaan ,arteria+ -uNi dan Stainless steel ada ,asingmasing Sistem Oil Cooler dan Air Cooler

a. Turbine Bearing dan Upper Bearing

Pada turbine bearing material tube yang digunakan ialah #uDi dengan besar koer6isien kondukti7itasnya sebesar 23 +/m5 2_. Analisa

3 (ampiran $abel A4"# 5ilai 6ondu*tivitas (ogam $ertentu pada $emperatur Standar

(9)

e6ekti7itas perpindahan panas pada sistem air pendingin terhadap oil cooler pada turbine bearing menggunakan perhitungan perpindahan panas se%ara kon7eksi.

Perpindahan panas se%ara kon7eksi paksa terjadi pada oli, karena oli tidak disirkulasikan, tetapi ikut mengalami pergerakan akibat dari putaran poros turbin yang di tumpu oleh turbine bearing . Sedangkan air pendingin bekerja se%ara kon7eksi paksa, karena disirkulasikan di dalam tube4tube yang di pompakan oleh Main Water Supply Pump.

!ambar "#7 Pipa air pendingin pada turbine bearing oil cooler 4ntuk upper bearing kon7eksi paksa terjadi pada oli (oli tidak disirkulasikan, prinsipnya sama seperti turbine bearing ), sedangkan air pendingin bersi6at kon7eksi paksa (disirkulasikan melalui Main Water Supply Pump).

!ambar "#8 Pipa air pendingin pada upper bearing oil cooler

(10)

#ara perhitungan e6ekti7itas perpindahan panas pada

´

m h B laju massa aliran 6luida panas (kg/s)

´

m % B laju massa aliran 6luida dingin (kg/s)

% ph B koe6isien panas spesi6ik 6luida panas (k/kg5)

% p% B koe6isien panas spesi6ik 6luida dingin (k/kg5)

Thin B temperatur masuk 6luida panas (5)

Thout B temperatur keluar 6luida panas (5)

T%in B temperatur masuk 6luida dingin (5)

T%out B temperatur keluar 6luida dingin (5)



Perpindahan panas maksimum

- 9luida dingin dipanaskan hingga men%apai temperatur inlet 6luida panas

´

Q ma*sima+ 0 -ma5 !T'outT(in#

- 9luida panas didinginkan hingga men%apai temperature inlet 6luida dingin

´

Q ma*sima+ 0 -min !T(inT'in#



E6ekti7itas perpindahan panas 6 0

´

Qaktual

´

Q_maksimal 5 1778 5eterangan &

F B e6ekti7itas perpindahan panas ()

´

Q aktual B laju perpindahan panas aktual (k/s)

´

Q maksimal B laju perpindahan panas maksimal (k/s)

(11)

b. Thrust and Lower Bearing

Sistem pendinginan pelumas pada $hrust and (ower %earing menggunakan alat penukar panas (heat e-changer ) tipe tube and shell dengan banyak tube dan  pass pada shell . 1imana pelumas dialirkan melalui oil cooler shell dengan gaya sentri6ugal dari $hrust and (ower %earing ke sisi shell dari oil cooler dan air pendingin diambil dari sisi

draft tube oleh Main Water Supply Pump (*+SP) ke sisi tube dari oil cooler .

!ambar "#9 2eat 3-changer tipe tube and shell

umlah $hrust and (ower %earing oil cooler pada masing-masing unit PLTA Saguling adalah  buah, yakni unit A dan $. Pada unit  $hrust and (ower %earing oil cooler memakai bahan untuk tube

tembaga-nikel (#uDi) pada unit oil cooler A, dan memakai bahan tube stainless steel pada unit oil cooler %.

Analisa perbandingan e6isiensi heat eG%hanger berbahan #uDi dan Stainless steel dengan 3ffectiveness45$& method . *etode ini

berdasarkan parameter yang tak berdimensi yang disebut heat transfer effectiveness dengan symbol H. 6 0 laju PP aktual laju PP maksimum 0

´

Q_aktual

´

Q_maks

Imaks ditentukan berdasarkan beda temperature maksimum kedua

6luida. Imaks di%apai apabila &

(12)

- 9luida dingin dipanaskan hingga men%apai temperatur inlet 6luida panas

- 9luida panas didinginkan hingga men%apai temperature inlet 6luida dingin

Semakin ke%il nilai kapasitas panas suatu 6luida maka semakin besar beda temperaturnya, agar laju perpindahan panas menjadi

maksimum.

´

Q ma*s0 'min!T(in 9 T'in#

*etode ini juga ditentukan dari bilangan # atau rasio kapasitas panas yakni perbandingan antara kapasitas panas minimum dan

kapasitas panas maksimum

'

¿

C min C maks

*enentukan tahanan panas bahan tube oil cooler dengan perhitungan sebagai berikut &

 Perpindahan panas se%ara kon7eksi paksa

4 Pemanasan 6luida dalam tabung dengan aliran turbulen (e J 2)

Nu 0 77$% Re7:_Pr74

4 Pemanasan dan pendinginan 6luida dalam tabung dengan aliran laminer

Nu 0 7;;4 Re72_Pr7%_!d"+#72

5eterangan &

e (bilangan eynold) B V x l ν

1engan K B ke%epatan 6luida (m/s) l B panjang lintasan (m)

 B 7iskositas kinematik (m_/s)

(13)

Pr (bilangan Praudth) B μ x Cp k

1engan M B 7iskositas dinamis (kg/ms) #p B kapasitas panas spesi6ik (/kg5) k B koe6isien kondukti7itas (+/m5)

Du (bilangan Durselt) B h x l k

1engan h B koe6isien perpindahan panas kon7eksi (+/m₅₎

l B panjang lintasan (m)

k B koe6isien kondukti7itas (+/m5)



Perpindahan panas overall 1 U 0 1 h₁ < ln

(

Do

/

Di

)

2πkL < 1 h₂ 5eterangan &

4 B perpindahan panas overall (+/m₅₎

k B koe6isien kondukti7itas (+/m5) L B panjang lintasan/tube (m)

h B koe6isien perpindahan panas konduksi pada 6luida

(+/m5)

h B koe6isien perpindahan panas konduksi pada 6luida

(+/m5)

1o B diameter luar tube (m)

1i B diameter dalam tube (m)



Setelah mengetahui koe6isien perpindahan panas overall dari masing masing bahan tube air cooler , selanjutnya bisa diketahui bilangan tak berdimansi yang menentukan e6ekti7itas sebuah 2eat 3-changer , yaitu 5umber $ransfer &nit (DT4). DT4

adalah jumlah satuan perpindahan panas yang merupakan tolak ukur perpindahan panas suatu penukar panas. >arga DT4 semakin besar maka penukar panas mendekati batas

termodinamikanya (5reith, =;2).

(14)

NT= 0 U As_C

min

5eterangan DT4 B 5umber of $ransfer &nit

As B luasan bidang perpindahan panas (m)

#min B koe6isien pansa spesi6ik minimal dari  jenis

6luida (k/kg5)



$esarnya e6ekti6itas (H) sebuah heat e-changer didapat berdasarkan 6ungsi DT4 ( 5umber $ransfer &nit: dan %

(Capacity ratio). 4ntuk tipe shell and tube persamaan e66ekti7itas adalah

6 0 $

{

1

+

c

+

√

1

exp

[

−

NTU

√

1

+

c2

]

}

−1

5eterangan H B e6ekti7itas perpindahan panas () % B perbandingan antara %min/%maG

DT4 B 5umber of $ransfer &nit '. Air cooler

Sistem pendingin pada generator dengan %ara mendinginkan udara disekitar ruang generator . adial fan yang terpasang pada rotor akan mendorong udara pada stator menuju ke air pendingin. Pada water cooler udara panas dari stator akan diserap oleh air yang mengalir pada pipa-pipa ke%il (tube), sehingga udara yang keluar dari water

cooler'outlet menjadi dingin. Selanjutnya udara yang telah dingin tersebut akan kembali bersikulasi masuk ke rotor generator , begitu seterusnya hingga udara di dalam generator tetap terjaga

temperaturnya.

(15)

Tube

Fin

!ambar "#1; !enertaor air cooler

Pada air cooler , *aterial #u-Di telah di rubah menjadi Stainless steel bertujuan meningkatkan Li6e time air cooler dari pengikisan air

(abrasi) sehingga kondukti7itas thermal stainless yang lebih ke%il dapat menyebabkan menurunnya per6orma heat trans6er pada air cooler , menghadapi permasalahan tersebut kami menganalisa

e6ekti6itas air cooler dengan material stainless steel yang ada pada unit . Penukar kalor yang kami analisa ialah penukar kalor kompak jenis fin and tube< fin dengan material aluminium dan tube dengan material stainless steel#

!ambar "#11 $ube dan =in pada !enerator air cooler

(16)

!ambar "#1 Sisi inlet dan outlet air pendingin

Prinsip kerja air cooler adalah mendinginkan 6luida yang

bertemperature tinggi (udara) dengan prinsip kon7eksi/mengaliri 6luida lain (air) dengan adanya tenaga dari luar (kon7eksi paksa) sehingga 6luida (air) menyerap kalor yang ada pada 6luida (udara) sehingga temperatur udara menurun. 5etika panas udara diserap oleh tube4tube yang di aliri air maka pada daerah-daerah tube tersebut terjadi proses kon7eksi, dan ketika panas udara tersebut diserap oleh fin4fin

alumunium maka pada daerah fin tersebut terjadi konduksi.

!ambar "#1. Pendinginan udara di generator

4dara panas yang dihasilkan dalam mesin akan berkumpul di luar inti stator dan kemudian didinginkan melalui pendingin udara. 1alam

3 Water

inlet

Water outlet

(17)

karya tulis (Apriadi, ') disebutkan bah0a mekanisme perpindahan panas pada pendingin udara generator terbagi menjadi  bagian yaitu perpindahan panas pada udara dan perpindahan panas pada air.

4ntuk menentukan tahanan panas bahan tube oil cooler dengan perhitungan sebagai berikut &

 Perpindahan panas se%ara kon7eksi paksa (untuk air pendingin) 4 Pemanasan 6luida dalam tabung dengan aliran turbulen

(e J 2)

Nu 0 77$% Re7:_Pr74

4 Pemanasan dan pendinginan 6luida dalam tabung dengan aliran laminer

Nu 0 7;;4 Re72 Pr7%!d"+#72

5eterangan &

e (bilangan eynold) B V x l ν

1engan K B ke%epatan 6luida (m/s) l B panjang lintasan (m)

 B 7iskositas kinematik (m_/s)

Pr (bilangan Praudth) B μ x Cp k

1engan M B 7iskositas dinamis (kg/ms) #p B kapasitas panas spesi6ik (j/kg5) k B koe6isien kondukti7itas (+/m5)

Du (bilangan Durselt) B h x l k

1engan h B koe6isien perpindahan panas kon7eksi (+/m₅₎

l B panjang lintasan (m)

k B koe6isien kondukti7itas (+/m5)

(18)



Perpindahan panas overall 1 U 0 1 h₁ < ln

(

D_o

/

D_i

)

2πkL < 1 h₂ 5eterangan &

k B koe6isien kondukti7itas (+/m5) L B panjang lintasan/tube (m)

h B koe6isien perpindahan panas konduksi pada 6luida

(+/m5)

h B koe6isien perpindahan panas konduksi pada 6luida

(+/m5)

1o B diameter luar tube (m)

1i B diameter dalam tube (m)



Setelah mengetahui koe6isien perpindahan panas overall dari masing masing bahan tube air cooler , selanjutnya bisa diketahui bilangan tak berdimansi yang menentukan e6ekti7itas sebuah 2eat 3-changer , yaitu 5umber $ransfer &nit (DT4). DT4

adalah jumlah satuan perpindahan panas yang merupakan tolak ukur perpindahan panas suatu penukar panas. >arga DT4 semakin besar maka penukar panas mendekati batas

termodinamikanya (5reith, =;2). NT= 0 U As_C

min

5eterangan DT4 B 5umber of $ransfer &nit

As B luasan bidang perpindahan panas (m)

#min B koe6isien pansa spesi6ik minimal dari  jenis

NTU

√

1

+

c2

]

}

−1 ;

(19)

5eterangan H B e6ekti7itas perpindahan panas () % B perbandingan antara %min/%maG

DT4 B 5umber of $ransfer &nit

.$. Ana+isa Data

4.$.1. Turbin Bearing

Sistem air pendinginan pelumas pada turbine bearing terdiri dari shell dan tube, yang mana pelumas (kon7eksi paksa< pelumas tidak disirkulasikan, tetapi ikut mengalami pergerakan akibat putaran poros turbine) berada pada shell dan air pendingin (kon7eksi paksa< air pendingin disirkulasikan

menggunakana pompa *+SP) berada pada tube.

4ntuk menghitung e6isiensi/e6ekti7itas perpindahan panas sistem air pendinginan pelumas pada turbine bearing , diketahui bah0a tube

bermaterialkan #uDi dengan nilai kondukti7itas (k #uDi) sebesar 23 +/m5 .

*etode yang digunakan ialah metode yang berdasarkan parameter tak berdimensi ( 2eat $ransfer 3ffectiveness H). Setelah dilakukan pengambilan pengamatan temperatur pada sisi air pendingin dan turbine bearing , maka di

dapatkan data sebagai berikut &

Tangga+ Sisi Air Pendingin Turbine Bearing Temeratur !>-# Temeratur Permu*aan Luar Turbine Bearing !>-# La?u A+iran Air Pendingin Turbine Bearing !8# La?u A+iran Air Pendingin Turbine Bearing !L"m# Beban !,@# In !>-# Out !>-#  !>-# 2/2/ 3 ,; ,2 ,' 3= ',;  ' ' 2/2/ 3 ,! , ,2

4 (ampiran $abel A4"# 5ilai 6ondu*tivitas (ogam $ertentu pada $emperatur Standar

(20)

2/2/ 3 ,= ,' ,; /2/ 3 ,3 ,= , 3= ;  2 /2/ 3  , , /2/ 3  ,3 ,3 3/2/ 3 ,! ,!  3=,3 ',=  ; 3/2/ 3 ,3 2, ,' 3/2/ 3 ,; 2,' ,= '/2/ 3 ,' , ,3 3= ;,  ' '/2/ 3 ,; , , '/2/ 3 ,; , ,3 2/2/ 3 ,; ,' ,= 3=,3 ;,  '! 2/2/ 3  ,! ,! 2/2/ 3  ,= ,=

$abel "# )ata temperatur bearing dan air pada sistem air pendingin pada $urbine bearing

1alam men%ari nilai e6ekti7itas perpindahan panas, maka di butuhkan 7ariabel-7ariabel data yaitu& Q

´

aktual< dan Q

´

maksimum. Perhitungan

dilakukan dengan mengambil  sampel data (pada data pertama tanggal 2 *aret 3).

Temperatur inlet air pendingin (T%in) B ,; "#

Temperatur outlet air pendingin (T%out) B ,2 "#

Temperatur tuebine bearing (Thin) B 3= "#

1itube B ! mm B ,! m 1otube B 3 mm B ,3 m 3

5 >Sumber? $im @novasi dengan udul @novasi BMening*at*an

6eandalan Sistem Pendingin Pembang*it (ewat edesign 2eader pada

(21)

% pair (% p%)B ! /kg5

Nair B ==;,= kg/m2 >Sumber? 6alorindo:

Laju aliran air pendingin (I) B ' L/menit B ,22 m2_/s

Laju massa air pendingin ( m

´

%) B NairG I

B (==;,= kg/m2_{)(,22 m}2_/s)

B ,2 kg/s #air(dianggap #min)'B % p% G m

´

%

B (! /kg5)(,2 kg/s)

Qmaksimal G  H B 10,837 kW 673,713 kW G  6 0 1;7/ 8

4ntuk nilai e6ekti7itas pada data berikutnya, terlampir pada $abel A4# 5ilai 3fe*tivitas Pendinginan Pelumas pada $urbine %earing .

4.$.$. Upper Bearing

Spiral Oil Cooler &nit 1< < . dan " P($A Saguling:

6 5arena 7ariabel pelumas tidak diketahui se%ara lengkap

(22)

Sistem air pendinginan pelumas pada upper bearing sama seperti turbine bearing , hanya berbeda pada dimensi tube dan bak penampung oli dan bearing . umusan yang dalam men%ari e6ekti7itas air pendinginan

pelumas pada upper bearing , sama dengan perhitungan yang digunakan pada pen%arian e6ekti7itas pada air pendinginan pelumas pada turbine bearing ,

4ntuk menghitung e6isiensi/e6ekti7itas perpindahan panas sistem air pendinginan pelumas pada turbine bearing , diketahui bah0a tube

bermaterialkan #uDi dengan nilai kondukti7itas (k #uDi) sebesar 23 +/m5 ;.

*etode yang digunakan ialah metode yang berdasarkan parameter tak berdimensi ( 2eat $ransfer 3ffectiveness H). Setelah dilakukan pengambilan pengamatan temperatur pada sisi air pendingin dan upper bearing , maka di

dapatkan data sebagai berikut &

Tangga+ Sisi Air Pendingin Upper Bearing Temeratur !>-# Temeratur Permu*aan Luar Upper Bearing !>-# La?u A+iran Air Pendingin Upper Bearing !8# La?u A+iran Air Pendingi n Upper Bearing !L"m# Beban !,@# In !>-# Out !>-#  !>-# 2/2/ 3 ,; =, ;,3 3 ,  2 ' 2/2/ 3 ,! 3, 2,2 2/2/ 3 ,= !,; ',! /2/ 3 , !,; ;,3 3   2 /2/ ,' !,; !,

7 $abel A4"# 5ilai 6ondu*tivitas (ogam $ertentu pada $emperatur Standar

(23)

3 /2/ 3 ,! !,3 ;,; 3/2/ 3 ,= =, ;,3 3 2=,!  ; 3/2/ 3 ,' 2, !,3 3/2/ 3 ,; =,' ;,= '/2/ 3 ,3 !,3 ! 3 ,2  ' '/2/ 3 ,' = !, '/2/ 3 ,3 !,; !, 2/2/ 3 ,' !,! ', 3,3 ,  '! 2/2/ 3  !,; ',; 2/2/ 3 ,' !,= ;,2

$abel "#. )ata temperatur bearing dan air pada sistem air pendingin pada &pper bearing

Perhitungan dilakukan dengan mengambil  sampel data (pada data pertama tanggal 2 *aret 3).

Temperatur inlet air pendingin (T%in)B ,; "#

Temperatur outlet air pendingin (T%out) B =, "#

Temperatur tuebine bearing (Thin) B 3 "#

1itube B = mm B ,= m 1otube B 3 mm B ,3 m !

% pair (% p%)B ! /kg5

Nair B ==;,= kg/m2 >Sumber? 6alorindo:

Laju aliran air pendingin (I) B 2 L/menit B ,3 m2_/s

Laju massa air pendingin ( m

´

%) B NairG I

B (==;,= kg/m2_{)(,3 m}2_/s)

8 >Sumber? (aporan 6erDa Pra*ti* dengan udul BAnalisa 2eat $ransfer Sistem Pendingin pada $urbine %earing di P$# @ndonesia Power &%P Saguling:

(24)

B ,=!' kg/s #air(dianggap #min)=B % p% G m

´

%

B (! /kg5)(,=!' kg/s)

Q_maksimal G  H B 156,309kW 631,491kW G  6 0 $42$ 8

4ntuk nilai e6ekti7itas pada data berikutnya, terlampir pada $abel A4.# 5ilai 3fe*tivitas Pendinginan Pelumas pada &pper %earing .

4.$.%. Thrust and Lower Bearing

umlah $hrust and (ower %earing oil cooler pada masing-masing unit PLTA Saguling adalah  buah, yakni unit A dan $. Pada unit  $hrust and (ower %earing oil cooler memakai bahan untuk tube tembaga-nikel (#uDi) pada unit oil cooler A, dan memakai bahan tube stainless steel pada unit oil

cooler %. Pergantian ini bertujuan untuk menanggulangi keadaan s ungai #itarum yang semakin parah akibat polusi dan menyebabkan tingkat korosi6itas nya semakin tinggi.

Tangga+ =nit4A =nit 4B Beban

9 5arena 7ariabel pelumas tidak diketahui se%ara lengkap

(25)

!,@#

O+i Air O+i Air

In !>-# Out !>-#  !>-# In !>-# Out !>-#  !>-# In !>-# Out !>-#  !>-# In !>-# Out !>-#  !>-# 2/2/3 '.3 .' 3.= .2 3.2  3. 2.  .' '. .! ' 2/2/3 3. .; .3 .' 3.; . 3.= 2. .! . '.' . 2/2/3 ' .; 3.2 . 3.3 2. '.2 2.2 2 .! '.3 .; /2/3 '.= .= ' .3 3. 2.; 3.= 2. .! . '. 3. 2 /2/3 '. . 3.! . .' 2.3 3.' .! .! .' 3.= 3.2 /2/3 3.= . 3.; .= .2 2. 3. .; .; .' 3.= 3.2 3/2/3 3.; .2 3. .' .2 .; 3. .3 .= . 3.= .3 ; 3/2/3 3. .2 .= .! .' 2.! 3.2 .3 .! . 3.! . 3/2/3 3. . .; .! .2 2.3 3. .! .' . 3.= 3.3 '/2/3 3.2  3.2 .3 !. '.= 3. . .=  3.= .= ' '/2/3 3. . .=  .; 2.; 3.3 .3 2 . '. .! '/2/3 3. . 3. .' .= 2.2 3.2 .3 .! .; '. .; 2/2/3 3. 2=.= 3.2 . . .! 3 . .! .' 3.! 3. '! 2/2/3 2.  2. .= .2 2. 3. .2 .! .= '. 3. 2/2/3 3.' 2=.= 3.; .' . 2.' .3 . .2 .; '. 3. $abel "#" )ata temperatur oli dan air pada sistem air pendingin

pada $hrust and (ower %earing

Pergantian bahan tube ini memiliki dampak terhadap e6ekti6itas perpindahan panas oil cooler tersebut. >al ini bisa terlihat dari gra6ik

temperatur oli keluar dari oil cooler pada oil cooler A dan $ unit  PLTA Saguling.

2!   

Data Temeratur O+i Ke+uar Oi+ -oo+er =nit 4 PLTA Sagu+ing

4nit $ (Stainless ) 4nit A (#uDi)

Tangga+ Temeratur !>-#

!ambar "#1" !rafi* data temperatur oli dan air pada sistem air pendingin pada $hrust and (ower %earing

(26)

Perbadaan temperature oli keluar ini disebabkan oleh perbedaan bahan tube antara unit A dan $. Se%ara sederhana bisa ditinjau dari sisi

kondukti7itas bahan panas tersebut.

1ari tabel bahan, tube #uDi memiliki kondukti7itas panas maksimal sebesar 23 +/m 5 _{, sedangkan stainless steel hanya memiliki kondukti7itas}

panas sebesar  +/ m 5 _{. Analisa perbandingan e6isiensi heat eG%hanger}

berbahan #uDi dan Stainless steel dengan 3ffectiveness45$& method . *etode ini berdasarkan parameter yang tak berdimensi yang disebut heat transfer effectiveness dengan symbol H.

6 0 laju PP aktual laju PP maksimum 0

´

B ;2. +att/"# B .23 +att/"# >Sumber ? 6alorindo:

Sehingga #min adalah #air B .23 +att/"#

*etode ini juga ditentukan dari bilangan # atau rasio kapasitas panas yakni perbandingan antara kapasitas panas minimum dan kapasitas panas maksimum

# B C min C _maks B

111.325

173.241 B ,''

*enentukan tahanan panas bahan tube oil cooler . dengan perhitungan sebagai berikut&



Dilai koe6isien perpindahan panas kon7eksi air adalah



Temperatur air masuk rata-rata adalah "# - "#, maka properties air dapat dianggap sebagai berikut &

M B =3= G -'_m_{/s< Pr B ','< k B ,'' +/m5}



$ilangan eynold e B 4

´

m π L μ B

(

4

)

Du B ',='=



5oe6isien perpindahan panas kon7eksi hair B kNu D B

(

0,606

)

(

106,969

)

22 x 10−3 B .=',3= +/m ₅ '

(28)

5arena pada sisi shell tidak diketahui jumlah 6ulida yang masuk, setiap 0aktunya, maka diambil data dari laporan PT. 5alorindo yakni koe6isien perpindahan panas holi B .',! +/m 5 dan laju massa m

´

oli B = kg/s.

1imensi dari oil cooler tube adalah &

1o B ,3mm Ao B 3,= m

$hic*ness B ,mm Ai B ,' m

(ength B ,2; mm holi B .',! +/m5

D B 2 hair B .==,= +/m5

>Sumber ? 6alorindo:



) (

14

)

(

2,37

)

B ,3 G -2_"#/+att

*aka koe6isiensi perpindahan panas keseluruhan pada material stainless steel dapat ditentukan dengan &

1 U _stainless B 1 h_ai O  stainlessO 1 h_oli 1 U _stainless B 1 2.946,509 O ,3 G  -2_O 1 1.622,28 1 U _stainless B ,=' G  -2 4 stainless B 3=,== +/m5 ;

(29)

1engan perhitungan yang sama digunakan untuk men%ari tahanan panas tube air cooler berbahan #uDi (k B 23 +/m5)

 #uDi B ln

(

Do D_i

)

2π kL  #uDiB ln

(

22,225 18,025

)

(

2

) (

3,14

) (

350

)(

2,37

)

B ,G -3_"#/+att

Perhitungan koe6isiesn perpindahan panas keseluruhan #uDi & 1

U _CuNi B 1

h_ai O  #uDi O

1 h_oli 1 U _CuNi B 1 2.946,509 O ,G  -3_O 1 1.622,28 1 U _CuNi B =,=' G  - 4#uDi B .,' +/m5

Setelah mengetahui koe6isien perpindahan panas overall dari masing masing bahan tube air cooler , selanjutnya bisa diketahui bilangan tak

berdimansi yang menentukan e6ekti7itas sebuah 2eat 3-changer , yaitu 5umber of $ransfer &nit (DT4). DT4 adalah jumlah satuan perpindahan panas yang merupakan tolak ukur perpindahan panas suatu penukar panas.

>arga DT4 semakin besar maka penukar panas mendekati batas termodinamikanya (5reith, =;2).



DT4StainlessB

U _stainless A_o C _min DT4StainlessB

(

509,992

DT4#uDi B ,'!

$esarnya e6ekti6itas (H) sebuah heat e-changer didapat berdasarkan 6ungsi DT4 ( 5umber $ransfer &nit: dan % (Capacity ratio). 4ntuk tipe shell and tube persamaan e66ekti7itas adalah &

H B

{

1

+

c

+

√

1

exp

[

−

NTU

√

1

+

c2

]

√

1

+(

0,6426

)

2

]

1

−

exp

[

−

0,468

√

1

+(

0,6426

)

2

]

√

1

+(

0,6426

)

2

]

1

−

exp

[

−

0,238

√

1

+(

0,6426

)

2

]

}

−1 6 0 71//:  1//:8 =

(31)

4.$.4. Air cooler Tangga+ Air -oo+er Air -oo+er In+et !>-# Air -oo+er Out+et !>-# La?u A+iran =dara !L"m# La?u A+iran Air Pendingin !L"m# 1 $ % 4 2 ;  : In !>-# Out !>-# In !>-# Out !>-# In !>-# Out !>-# In !>-# Out !>-# In !>-# Out !>-# In !>-# Out !>-# In !>-# Out !>-# In !>-# Out !>-# 2/2/ 3 ;,! 2,3 =,' 2,; =,' 22,' = 2 =,; 2 !, 2,3 =, 22, ;,3 22,' 2; ' =! =! 2/2/ 3 =, 2,3 =, 2,; !,= 22 !, 2,; !, 2,! ;,! =, ',! 2,' =,3 22,' 2/2/ 3 ;,3 2,; ;, 2, ; 2,2 ', =, ',2 2 3, ! 3,= 2,3 !,3 2,2 /2/ 3 ;,' 2,2 !,= 2 ',3 =,= ', =,= ',! 2,2 ',2 !,; ;,2 2,3 ;,= 2,! 2,3 '' =3 =3 /2/ 3 !,3 2,2 !, 2,2  2, !,= 2,2 ',3 2,= !, 2, ;,3 2,2 ;,3 2,! /2/ 3 !,2 2,2 ! 2, ;,2 2,2 ; 2, ',! 2,= ', ;,3 ;,3 2, ',= 2,= 3/2/ 3 ;,= 2, ! 2, ;, 2,; ;,; 2, ;, 2,! ',3 !,= ;,2 2,2 !,; 2, 23 '3 =3 =3 3/2/ 3 !, 2,= ;,3 2,2 ; 2, ', =,' ',! 2,2 3,; ;,! ',2 2,' ;,' 2,; 3/2/ ;, 2, ',' =,' ', =,; 3,2 !,= 3,! 2,3 ,3 ;, 3,2 =,= ',' 2,' 2

(32)

3 '/2/ 3 =,! 22, =, 2, = 2,; = 2,; =, 2 !,; 2, ;,! 2, !,! 2, 2! '' =3 =3 '/2/ 3 =,' 2, !,= 2, ! 2,2 ! 2, ! 2,; ',' = ;, 2 !,= 2,3 '/2/ 3 !, 2, ;,3 2, ',' 2,2 ',' =,' ', 2,2 3,; ;,3 ', 2, ;,; 2,' 2/2/ 3 ', 2, ',! 2,= ' 2,3 ',' =,= ;, 2, ',! =,3 ;, 2, ' 2, 2; '! == == 2/2/ 3 !,2 2, =,= 2,3 !,2 2,3 !, 2,3 !, 2,2 ;,2 =,! !, 2, ! 2, 2/2/ 3 !,= 2, !,' 2,= ;,! 2,! ;,2 2, ;, 2,3 ',2 =,; ',= 2, !,3 2,2

$abel "#/ )ata temperatur oli dan air pada sistem air pendingin pada air cooler

(33)

!ambar "#1/ Proses pendinginan udara pada generator air cooler



1ata yang dibutuhkan dalam men%ari koe6isien perpindahan panas kon7eksi pada air, ialah &

- I B .3 L/s B ,! m2_{/s B ;,; kg/s (untuk ! air}

cooler )

- Nair B ==;,= kg/m2>Sumber? 6alorindo:

- m

´

air B

207,7

8 B 3,=; kg/s (untuk  air cooler )

- Tin rata-rata B ;,3o# B ;,3 O ;2 B 2,3 5 B 2 5

Sehingga dari tabel >T-3 ($hermophysical Propersties of Saturated Water 1._{) didapatkan}

cpair = 4,179 kJ/(kgoC !rair =

5,83

= 4"179 J/(kgoC

#air = 8,55 $ 10%6 (&'/2 )air = 276,1/*

kair = 0,613 +/(oC



1ata yang dibutuhkan dalam men%ari koe6isien perpindahan panas kon7eksi pada udara, ialah &

- Nudara B ,2; kg/m2

- m

´

udara B 2,2, kg/s

- Tin rata-rata B '3,!o# B '3,! O ;2 B 22!,! 5 B 23 5

12 I merupakan laju aliran aktual pada sistem air cooler

13 (ampiran $abel 2$4/# $hermophysical Properties of Saturated Water

(34)

Sehingga dari tabel >T-2_didapatkan

% pudaraB ,!33 k/kg"# Pr udara B ,;3'!

B .!,33 /kg"#

Mudara B ,= G -3 Ds/m k udara B ,=; +/m5

udara B ,=;=2 G -3 m/s

4ntuk menentukan nilai perpindahan panas minimum ( Q

´

min) dan

Sehingga #min adalah #udara B 2.2,;3 +att/"#< dan #maG adalah #air B

!.3!,'2 +att/"#. Sehingga di dapat & # B C min

C _maks B

13.413,715

108.528,63 B ,

1ikethui data fin sebagai berikut &

14 $abel 2$4.# $hermophhysical Properties of !ases at Atmospheric Pressure

(35)

!ambar "#10 )ata dimensi fin

>Sumber? 6alorindo:

*enghitung  fin (tahanan fin) sebagai tempat 6luida udara, dengan %ara

menghitung jumlah fin4nya terlebih dahulu dengan &



D fin B Q jumlah baris fin/meter G tinggi penampang fin D fin B (23/m)(,22! m)

D fin B ;2' fin



*enghitung keliling dan luas fin, dengan rumus & - 5eliling fin (P)

P 0 $ < $t 5eterangan P B keliling fin (m)

0 B panjang fin (m) t B lebar fin (m)

diketahui bah0a 0 B  mm< dan t B ,2 mm, sehingga keliling fin adalah &

P B 0 O t

P B ()( mm) O ()(,2 mm)

P B ,!' mm  untuk  fin, sehingga keliling fin se%ara

keseluruhan ialah & Ptotal B P G D fin Ptotal B (,!' mm)(;2' fin) B 3.233 mm  3,233 m - Luas fin (A) A 0  5 t 5eterangan A B luas fin (m₎ 0 B panjang fin (m) t B lebar fin (m)

diketahui bah0a 0 B  mm< dan t B ,2 mm, sehingga luas fin adalah &

A B 0 G t

A B ( mm)(,2 mm) A B ,2 mm

 untuk  fin, sehingga luas seluruh permukaan

fin ialah & Akeseluruhan B A G D fin Akeseluruhan B (,2 mm)(;2' fin) B 2;=,3 mm 2,! G  -2 m 2

(36)



Setelah mendapatkan keliling dan luas fin kemudian kita dapat menghitung Tahanan =in ( fin) dengan rumus &

R in 0

1

√

h_u!aa x P_total x k _Al x A_{keseluuhan}

5eterangan hudara B koe6isien perpindahan panas kon7eksi

(+/m₅₎

Ptotal B keliling seluruh permukaan fin (m)

k Al B kondukti7itas panas material alumunium

(+/m5)

!ambar "#17 Properties udara pada air cooler

>Sumber? 6alorindo:

1iketahui hudara B 3,'; +/m5< dan k Al B 2; +/m5 3

 fin B

1

√

h_u!aa x P_total x k _Al x A_{keseluuhan}  fin B

1

√

(

51,67

) (

15,355

)(

237

)

(

3,18 x10−3

)

 fin B ,!= "#/+att

4ntuk menghitung  tube, diketahui data geometri tube sebagai berikut &

15$abel A4"# 5ilai 6ondu*tivitas (ogam $ertentu pada $emperatur Standar

(37)

!ambar "#18 )ata dimensi tube

Sehingga  tubedapat di hitung dengan &

 tube B ln

(

Do D_i

)

2 π k _stainless L < dengan k stainlessB 2, +/m5  tube B ln

(

15,875 13,875

)

(

2

) (

3,14

) (

13,4

)(

2,338

)

B ',!! G -_"#/+att

*enghitung koe6isien perpindahan panas kon7eksi air (hair ) dengan

%ara, menghitung bilangan reynoldnya terlebih dahulu a gar dapat menghitung bilangan Dusselt dan mendapatkan nilai koe6isien perpindahan panas

kon7eksi 6luida air (hair ).

$ilangan eynold

Du B (,2) ('.3=,;=),!_(3,!2),

(38)

Du B ,3



hair diketahui kair B ,'2 +/m5< 1i B ,2!;3 m hair B k _ai Nu D_i B

(

0,613

)

(

110,415

)

0,013875 B .!;!,' +/m ₅

1engan didapatkan nya  fin,  stainless, hair , dan hudara' maka koe6isien

perpindahan panas overall di dapat & 1

U B 1

h_ai O  stainlessO  finO

1 h_u!aa 1 U B 1 4.878,16 O (',! G  -_{) O ,!= O} 1 51,67 1 U B ,' 4 B ',''; +/m ₅

Setelah mendaptkan nilai perpindahan panas total, maka kita dapat menghitung DT4-e66e%ti7eness dengan rumus &

DT4 B U A

C _min < dengan #min B 2.2,;3 +att/"# DT4 B

(

+

exp

[

[

−

0,54

√

1

+(

0,124

)

2

]

1

−

exp

[

−

0,54

√

1

+(

0,124

)

2

]

}

−1 6 0 747  47 8 16Sumber? 6alorindo 2;

(39)