ANALISIS ALAT PENUKAR KALOR
SHELL AND TUBE
SEBAGAI PEMANAS
MARINE FUEL OIL
(
MFO
) UNTUK
BAHAN BAKAR
BOILER
PLTU UNIT 4
DI PT. PLN (PERSERO) SEKTOR PEMBANGKITAN
BELAWAN
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
SUHERI SUSANTO
NIM. 100421036
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena
atas segala karunia dan rahmatNya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan
Skripsi ini.
Skripsi ini berjudul " ANALISIS ALAT PENUKAR KALOR SHELL
AND TUBE SEBAGAI PEMANAS MARINE FUEL OIL (MFO) UNTUK
BAHAN BAKAR BOILER PLTU UNIT 4 " dimaksudkan sebagai salah satu
syarat untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana Teknik di Departemen Teknik
Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Sesuai dengan judulnya, dalam laporan ini akan dibahas mengenai
analisa kesetimbangan energi dan LMTD, analisa koefisien perpindahan panas,
pressure drop shell and tube, faktor pengotoran, dan efektivitas alat penukar
kalor.
Dalam penyusunan laporan skripsi, penulis telah banyak mendapat
dukungan dari berbagai pihak, baik materil, spiritual, informasi dan administrasi,
maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima
kasih kepada :
1. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku dosen penguji dan Ketua
Jurusan Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
2. Bapak Prof. Dr. Ir. Farel H. Napitupulu, DEA., selaku dosen pembimbing
yang telah banyak membantu dengan memberikan bimbingan, pengarahan
dalam penyusunan laporan skripsi ini.
3. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc., selaku dosen penguji yang telah banyak
memberikan saran dan kritik yang membangun bagi penulis.
4. Bapak dan Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin
5. Teristimewa kepada Ayahanda tercinta Alm. P. Nainggolan dan Ibunda
tercinta Siti Akes Simamora yang telah memberikan doa, motivasi,
dukungan moril maupun materil kepada penulis.
6. Kakak dan Abang tercinta Jurida Nainggolan, Mariana Nainggolan,
Minar Nainggolan, dan Charles Nainggolan yang memberi motivasi, dan
semangat.
7. Kekasih tercinta Elly Oktaviani Sembiring dan keluarga yang telah
memberi semangat.
8. Bapak Katrisnan, Bapak Suhartono, Bapak Antonius Indra, Bapak Juni
perangin – angin, Bapak Simbolon dan seluruh rekan kerja di
Pemeliharaan Boiler dan Alat Bantu di PT. PLN (Persero) Sektor
Pembangkitan Belawan.
9. Bapak Sumihar Manik Staff Labor PT. PLN (Persero) Sektor
Pembangkitan Belawan.
10. Rekan – Rekan Kerja Operator Regu C PLTU Unit 1.2 dan Unit 3.4
11. Seluruh Teman – teman teknik mesin angkatan 2010 terkhusus buat
Tyson Manurung, Zakaria Bernando, Ricardo Nainggolan, Cakra Messa
Abadi, Alexander Sebayang angkatan 2011.
Dalam penyusunan laporan skripsi ini penulis menyadari adanya
kekurangan – kekurangan dan kesilapan yang mungkin terjadi pada laporan
skripsi ini. Untuk itu, penulis sangat 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, Oktober 2013
Hormat saya,
Suheri Susanto
DAFTAR ISI
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Prinsip Dan Teori Dasar Perpindahan Panas ... 4
2.2 Klasifikasi Alat Penukar Kalor... 4
2.3 Pembagian Alat Penukar Kalor Jenis Shell and Tube Berdasarkan TEMA ... 7
2.4 Komponen – Komponen Alat Penukar Kalor ... 9
2.7 Koefisien Perpindahan Panas dan
Penurunan Tekanan pada Shell ... 20
2.8 Koefisien Perpindahan Panas dan Penurunan Tekanan Pada Tube ... 23
2.9 Metode NTU – Efektifitas ... 26
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tinjauan Plant ... 28
3.2 Metode Pengumpulan Data ... 30
3.3 Flow Chart ... 31
3.4 Data Peralatan Dan Dimensi Alat Penukar Kalor ... 32
BAB IV ANALISA DATA dan PEMBAHASAN 4.1 Perhitungan Data Design ... 33
4.2 Perhitungan Data Aktual ... 52
4.3 Pemeliharaan Alat Penukar Kalor ... 70
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 76
5.2 Saran ... 77
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN - LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Data Spesifikasi Dimensi Steam Heated Oil Heater ... 32
Tabel 3.2 Data Spesifikasi Steam Heated Oil Heater PLTU unit 4 32 Tabel 3.3 Data Aktual Steam Heated Oil Heater Saat Operasi ... 32
Tabel 4.1 Beda Temperature Fluida ... 36
Tabel 4.2 Sifat Fisik Fluida ... 44
Tabel 4.3 Beda Temperature Fluida Kondisi Aktual ... 55
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.6 Tipe Susunan Tube Alat Penukar Kalor ... 11
Gambar 2.7 Sekat Pelat Bentuk Segmen ... 13
Gambar 2.8 Sekat Batang (Rod Baffle) ... 13
Gambar 2.9 Sekat Longitudinal (Longitudinal Baffle) ... 14
Gambar 2.10 Sekat Impingement ... 14
Gambar 2.11 APK Aliran Sejajar ... 16
Gambar 2.12 APK Aliran Berlawanan Arah ... 16
Gambar 2.13 Faktor Koreksi Aliran Silang, Kedua Fluida tak Campur... 18
Gambar 2.14 Faktor Koreksi Aliran Silang, Salah Satu Fluida Bercampur 18 Gambar 3.1 Tipe Alat Penukar Kalor PLTU Unit 4 Sektor Belawan .... 29
Gambar 3.2 Skema Instalasi Alat Penukar Kalor PLTU Unit 4 ... 29
Gambar 3.3 Tube Bundle Alat Penukar Kalor ... 30
Gambar 3.4 Diagram alir proses penelitian alat penukar kalor ... 31
Gambar 4.1 Profil Temperature Pada Alat Penukar Kalor ... 36
Gambar 4.2 Pelepasan Panas Selama Proses Perubahan Fasa ... 51
Gambar 4.3 Profil Temperature Alat Penukar Kalor Kondisi Actual ... 54
Gambar 4.4 Pelepasan Panas Selama Proses Perubahan Fasa ... 69
DAFTAR NOTASI
Simbol Arti Satuan
APK Alat Penukar Kalor
ASH Auxilarry Steam Header
A Luas Penampang m2
as Luas laluan aliran shell m2
at Luas laluan aliran tube m2
a′t Luas Laluan aliran tube m2
B Jarak antar baffle m
BWG Birmingham Wire gage
C Clearance m
Ch Kapasitas minimum fluida panas kW/°C
Cc Kapasitas minimum fluida panas kW/°C
do Diameter outlet tube m
din Diameter inlet tube m
Ds Diameter shell m
De Diameter ekuivalen shell m
Fc Faktor koreksi
FOH Fuel Oil Heater
Gs kecepatan aliran massa pada shell
Gt kecepatan aliran massa pada tube
hfg Entalpi Steam kJ/kg
Koefisien perpindahan panas konveksi koreksi shell
Koefisien perpindahan panas konveksi koreksi tube
ID Diameter inlet shell m
JH Faktor perpindahan Panas
k Konduktivitas thermal
LMTD Log Mean Temperature Difference
MFO Marine Fuel Oil
Laju aliran massa residu
Laju aliran massa uap
NB Jumlah baffle
Np Jumlah pass/laluan
Nt Jumlah tube
P Efektivitas temperatur
Pr Prandtl number
Pt Pitch m
Qs Kalor steam kW
Qres Kalor residu kW
R Rasio kapasitas panas
Res Reynold number pada shell
Ret Reynold number pada tube
Rd Faktor pengotoran
TEMA Turbular Exchanger Manufactures Association
tc Temperatur koreksi Steam °C
tin Temperatur inlet °C
tout Temperatur outlet °C
tw Temperatur dinding °C
Tc Temperatur koreksi residu °C
Tci Temperatur masuk fluida dingin °C
Tco Temperatur keluar fluida dingin °C
Thi Temperatur masuk fluida panas °C
Tho Temperatur keluar fluida panas °C
Tr Temperatur rata – rata °C
Uc koefisien perpindahan panas permukaan yang bersih
Ud koefisien perpindahan panas menyeluruh
∆Ps Pressure drop Shell Bar
∆Pt Pressure drop tube Bar
∆Pr Pressure drop tube tambahan / ekspansi Bar ∆PT Pressure drop tube total Bar
∆tc selisih temperatur rendah °C
∆th selisih temperatur tinggi °C
∆Tm Beda temperatur rata – rata °C
φs rasio viskositas residual oil (fluida dalam shell) φt rasio viskositas steam (fluida dalam tube)
µ Viskositas fluida mPa.s
ABSTRAK
Alat penukar kalor merupakan alat yang memindahkan energi panas dari suatu fluida ke fluida lain yang memiliki beda temperature. PLTU unit 4 Belawan memiliki 2 unit alat penukar kalor pemanas Marine Fuel Oil untuk bahan bakar boiler. Alat penukar kalor sudah beroperasi sejak 1988 sampai sekarang. Oleh karena itu perlu diketahui bagaimana performansi alat penukar kalor tersebut. Metode yang digunakan dalam penelitian performansi alat penukar kalor ini adalah analisa perhitungan nilai efektivitas, pressure drop, dan besarnya faktor pengotoran alat penukar kalor, dengan membandingkan kondisi desain dan kondisi aktual. Dari hasil perhitungan yang dilakukan pada kondisi aktual dengan kondisi desain diperoleh efektivitas lebih kecil, dimana efektivitas kondisi aktual 66% dan efektivitas kondisi desain 67%. Dan penurunan tekanan (pressure drop) pada sisi shell, berdasarkan hasil perhitungan dengan kondisi desain diperoleh bahwa ∆Ps lebih kecil dari batas yang diijinkan dimana ∆P s hasil perhitungan
1,177 Bar dan ∆P s pabrikan / yang diijinkan 1,7 Bar, dan untuk faktor pengotoran
bahwa kondisi aktual dibandingkan dengan kondisi desain diperoleh lebih besar,
dimana faktor pengotoran kondisi aktual dan faktor pengotoran
kondisi desain . Maka dapat disimpulkan APK ini masih layak
untuk digunakan dan salah satu penyebab turunnya efektifitas APK adalah faktor pengotoran.
Kata Kunci : Efektivitas, Pressure Drop, Performansi, APK
ABSTRACT
Heat exchanger is a device that transfers thermal energy from one fluid to
another fluid that has a different temperature. Belawan power plant unit 4 has 2
heat exchanger unit heaters Marine Fuel Oil for boiler fuel . Heat exchanger has
been in operation since 1988 until now. Therefore it is necessary to know how the
performance of the heat exchanger. The method used in the research of heat
exchanger performance analysis of this is the calculation of effectiveness ,
pressure drop , and the amount of heat exchanger fouling factor , by comparing
the condition of the design and actual conditions. From the results of calculations
performed on the actual condition of the effectiveness of the design conditions
obtained are smaller , where the effectiveness of the actual condition of 66 % and
67 % effectiveness of the design conditions. And a decrease in pressure (pressure
drop) on the shell side , based on calculations derived design conditions that ΔPs
smaller than the allowable limit in which the calculation of 1.177 ΔPs Bar and
ΔPs manufacturer / allowable 1.7 Bar and for fouling factor that the actual
conditions than the design conditions is greater, where the actual condition fouling
factor fouling factor design conditions and .
It can be concluded APK is still feasible to use and one of the causes of decline in
the effectiveness of APK is fouling factor.
