RE-DESAIN OIL COOLER PEMBANGKIT LISTRIK
TENAGA AIR TIPE SHELL AND TUBE
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
OLEH
DIAZ DWIKY NUGRAHA PUTRA NIM : 201510120311122
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG JANUARI 2020
iii
LEMBAR PENGESAHAN
RE-DESAIN OIL COOLER PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
AIR TIPE SHELL AND TUBE
Diajukan Kepada :
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Mesin Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin
Disusun Oleh :
Nama : Diaz Dwiky Nugraha Putra NIM : 201510120311122
Diterima dan Disetujui Pada tanggal : 20 Januari 2020
Dosem Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Ir.Herry Suprianto,M.T Ir.Sudarman,M.T
NIP: 108.8709.0049 NIP: 108.8909.132
Ketua Jurusan,
Murjito,S.T,.M.T NIP: 108.9404.0313
iv
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR
Nama : Diaz Dwiky Nugraha Putra
NIM : 201510120311122
SK Pembimbing : 1 Maret 2019
Judul Tugas Akhir : Re-Desain Oil Cooler Pembangkit Listrik Tenaga Air
Tipe Shell and Tube Dosen Pembimbing I : Ir.Herry Suprianto,M.T
No Tanggal Uraian Asistensi Paraf Dosen
1. 24-4-2019 Latar belakang di sesuaikan
2. 21-5-2019 Lanjutkan dasar teori BAB II
3. 21-6-2019 Diberi gambar pada dasar teori
4. 25-6-2019 Lanjutkan BAB III
5. 13-8-2019 Langkah metode di sesuaikan
6. 21-8-2019 Lanjutkan perhitungan BAB IV
7. 17-9-2019 Data perhitungan ditentukan
8. 30-9-2019 Perhitungan sesuai dengan desain
9. 4-10-2019 Lanjutkan
10. 25-11-2019 Buat makalah seminar hasil
Malang, 20 Januari 2020
Pembimbing I,
Ir.Herry Suprianto,M.T
v
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR
Nama : Diaz Dwiky Nugraha Putra
NIM : 201510120311122
SK Pembimbing : 1 Maret 2019
Judul Tugas Akhir : Re-Desain Oil Cooler Pembangkit Listrik Tenaga Air
Tipe Shell and Tube Dosen Pembimbing II : Ir.Sudarman,M.T
No Tanggal Uraian Asistensi Paraf Dosen
1. 20-6-2019 Latar belakang fokus pada apa yg
dibahas pada PLTA
2. 27-6-2019 Pendahuluan fokus dengan job yang
diberikan oleh PLTA
3. 9-7-2019 BAB II tentang Heat Exchanger yang
dituju
4. 19-8-2019 Lanjutkan BAB III
5. 21-8-2019 Lanjutkan BAB IV
6. 29-8-2019 Gambar layout diberi ukuran
7. 10-10-2019 Lanjutkan ke kontruksinya
8. 27-11-2019 Baffle dan Shell
9. 6-12-2019 Digambar
10. 13-12-2019 Seminar hasil
Malang, 20 Januari 2020 Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Mesin, Pembimbing II,
Murjito,S.T.,M,T. Ir.Sudarman,M.T
vi
SURAT PERNYATAAN
KEASLIAN TULISAN
Yang bertanda tangan di ini
Nama : Diaz Dwiky Nugraha Putra
NIM : 201510120311122
Jurusan : Teknik Mesin
Fakultas : Teknik
Universitas Muhammadiyah Malang Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa:
1. Tugas Akhir dengan judul:
Re-Desain Oil Cooler Pembangkit Listrik Tenaga Air Tipe Shell and
Tube.
Adalah hasil karya saya, dan dalam naskah tugas akhir ini tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik di suatu Perguruan Tinggi, dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, baik sebagian ataupun keseluruhan, kecuali yang secara tertulis dikutip dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber kutipan dan daftar pustaka. 2. Apabila ternyata di dalam naskah tugas akhir ini dapat dibuktikan terdapat
unsur-unsur PLAGIASI, saya bersedia TUGAS AKHIR ini
DIGUGURKAN dan GELAR AKADEMIK YANG TELAH SAYA PEROLEH DIBATALKAN, serta diproses sesuai dengan ketentuan hukum yang berlaku.
3. Tugas akhir ini dapat dijadikan sumber pustaka yang merupakan HAK BEBAS ROYALTI NON EKSKLUSIF.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya untuk dipergunakan sebagaimana mestinya.
Koordinator Koordinator Malang, 3 Februari 2020
Plagiasi Naskah Publikasi Yang Menyatakan
M.Irkham Mamungkas, Ary Dwiastuti,S.Pd Diaz Dwiky NP
vii
ABSTRAK
Sistem Pendingin adalah suatu sistem yang menyangkut tentang pendinginan suatu peralatan. Sistem pendingin dimaksudkan untuk mengurangi panas berlebih dari suatu peralatan agar peralatan tersebut tidak cepat aus sehingga dapat menimbulkan kerusakan. Sistem pendingin minyak pelumas pada pembangkit listrik tenaga air ini menggunakan air sebagai media pendingin atau yang biasa disebut dengan Cooling Water System dengan menyadap air dari
penstock yang menggunakan potensial head. Air digunakan sebagai media
pendingin karena air lebih cepat mendinginkan minyak daripada udara, hal itu karena air memiliki panas jenis yang lebih besar daripada udara. Namun kelemahan bila menggunakan air yaitu apabila terjadi kebocoran akibat dari korosi dan tersumbat endapan lumpur pada pipa pendingin (tube) maka air tersebut akan bercampur dengan minyak sehingga akan terjadi gangguan pada peralatan-peralatan yang mengalami kebocoran.. Metode penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah metode penelitian Pahl and Beitz. Pahl dan
Beitz mengusulkan cara merancang produk sebagaimana yang dijelaskan dalam
bukunya; Engineering Desaign : A Systematic Approach. Hasil yang di dapatkan adalah Tempertarure yang diketahui adalah temperature air masuk yaitu sebesar 23°C, didapatkan perhitungan hasil untuk temperature air keluar yaitu sebesar 53°C, hasil luas perpindahan panasnya (heat exchanger) sebesar 55 KW, luas penampang perpindahan panas (heat exchanger) sebesar 14,29 m2, jumlah tube
bundle didapatkan sebanyak 135 buah dengan panjang 2m. Diameter luar sebesar
12,7 mm, dan diameter dalam sebesar 10,9 mm. Bahan menggunakan Aluminium
Alloy.
viii
ABSTRACT
Cooling System is a system that involves the cooling of an equipment. The cooling system is intended to reduce overheating of an equipment so that the equipment does not wear out quickly so that it can cause damage. The lubricating oil cooling system in this hydroelectric power plant uses water as a cooling medium or commonly called the Cooling Water System by tapping water from a penstock that uses a potential head. Water is used as a cooling medium because water cools oil faster than air, that is because water has a greater heat type than air. But the drawback when using water is that if there is a leak due to corrosion and mud sediment clogged in the cooling pipe (tube) then the water will be mixed with oil so that there will be interference with equipment that is leaking .. The research method used in this study is Pahl and Beitz research methods. Pahl and Beitz proposed how to design products as described in his book; Engineering Desaign: A Systematic Approach. The results obtained are the known Tempertarure is the inlet water temperature of 23 ° C, the calculation results obtained for the temperature of the outgoing water is 93 ° C, the result of the heat transfer area (heat exchanger) of 55 KW, the heat exchanger cross-sectional area (heat exchanger) amounted to 14.29 m2, the number of tube bundles obtained as many as 135 pieces with a length of 2m. The outer diameter is 12.7 mm, and the inner diameter is 10.9 mm. Materials using Aluminum Alloy.
ix
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karuniaNya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Shalawat dan salam senantiasa tercurahkan kepada Rasulullah SAW yang mengantarkan manusia dari zaman kegelapan ke zaman yang terang benderang ini. Penyusunan skripsi ini dimaksudkan untuk memenuhi sebagian syarat-syarat guna mencapai gelar Sarjana Teknik Mesin di Universitas Muhammadiyah Malang
Penulis menyadari bahwa penulisan ini tidak dapat terselesaikan tanpa dukungan dari berbagai pihak baik moril maupun materil. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini terutama kepada:
1. Kedua orang tua, Ayah tercinta Ismaon Gazali dan Mami tersayang Tatik Iswati yang telah memberikan dukungan baik moril maupun materil serta doa yang tiada henti-hentinya kepada penulis.
2. Kakak Adhitya Arief Permana Putra yang telah memberikan semangat untuk menyelesaikan skripsi ini.
3. Bapak Ir. Herry Suprianto,M.T, selaku Ketua Komisi Pembimbing yang telah memberikan pengarahan, wawasan dan bimbingan dalam penyusunan naskah tugas akhir ini.
4. Bapak Ir. Sudarman,M.T, selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah memberikan pengetahuan, pengarahan dan koreksi dalam penyusunan naskah skripsi ini.
5. Bapak Murjito,S.T.,M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan kesempatan dan fasilitas dalam memperlancar penelitian dan penyusunan naskah tugas akhir ini.
6. Seluruh Bapak/Ibu dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang yang telah memberikan pengetahuan yang sangat bermanfaat selama masa perkuliahan.
7. Bapak Dhimas, selaku pembimbing PKL di PLTA Sutami yang telah membimbing dan memberikan pengetahuan, pengarahan, serta masukan dan saran untuk menyusun judul skripsi ini.
8. Bapak Gito, selaku Kepala PLTA Sutami yang telah membimbing dan memberikan masuksan serta saran untuk menyusun skripsi ini.
9. Teman-teman Mesin 2015 C dan teman-teman seperjuangan di Teknik Mesin 2015 yang telah membantu menyelesaikan naskah tugas akhir ini.
x
10. Sahabat-sahabatku di Paduan Suara Mahasiswa “GITASURYA” UMM yang telah memberikan semangat dan selalu mengisi hari-hari menjadi menyenangkan.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna dikarenakan terbatasnya pengalaman dan pengetahuan yang dimiliki penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan segala bentuk saran serta masukan bahkan kritik yang membangun dari berbagai pihak. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dan semua pihak khususnya dalam bidang manajemen pemasaran.
Malang, 13 Januari 2020 Penulis,
Diaz Dwiky Nugraha P NIM: 201510120311122
xi
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ... i
POSTER ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN ... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
LEMBAR ASISTENSI ... iv
LEMBAR SURAT PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN ... vi
ABSTRAK INDONESIA ... vii
ABSTRAK INGGRIS ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penulisan ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 2
BAB II DASAR TEORI ... 3
2.1 Prinsip Dasar Pelumasan ... 3
2.2 Minyak Pelumas ... 4
2.3 Panas Pada Pelumasan ... 6
2.4 Sistem Pendingin ... 7
2.5 Sistem Pada Air Pendingin ... 8
2.6 Proses Perpindahan Kalor ... 9
2.7 Heat Exchanger ... 14
2.8 Shell and Tube Heat Exchanger ... 18
2.9 Sistem Kerja Cooling System pada PLTA ... 22
xii
2.11 Mendesain Alat Penukar Kalor Tipe Shell and Tube ... 25
2.12 Perhitungan Yang Digunakan ... 26
BAB III METODE PENELITIAN DAN MATERIAL ... 29
3.1 Metode Pahl and Beitz ... 29
3.2 Diagram Alir Metode Pahl and Beitz ... 34
BAB IV PERHITUNGAN HEAT EXCHANGER ... 35
4.1 Data Perancangan ... 35
4.2 Perhitungan Sisi Air ... 36
4.3 Perhitungan Pada Sisi Minyak Pelumas ... 37
4.4 Beda Temperatur log (ΔTm) ... 40
4.5 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh (U) ... 40
4.6 Menghitung Luas Penampang ... 41
4.7 Memperkirakan Jumlah Tube (N) ... 41
4.8 Perhitungan Baffles ... 41
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 43
5.1 Kesimpulan ... 43
5.2 Saran ... 43
DAFTAR PUSTAKA ... 44 LAMPIRAN
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Perencanaan Konsep ... 31 Tabel 4.1 Konstanta C dan n ... 38
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Flowchart Lubricating System Thrust Bearing dan Lower Bearing 7
Gambar 2.2 Flowchart Lubricating System Upper dan Turbin guide Bearing 7
Gambar 2.3 Perpindahan Panas Konduksi Pada Dinding ... 10
Gambar 2.4 Perpindahan Panas Konveksi Pada Tabung ... 11
Gambar 2.5 Perpindahan Panas Konveksi ... 12
Gambar 2.6 Perpindahan Kalor Secara Konveksi Pada Pelat Rata ... 12
Gambar 2.7 Perpindahan Panas Secara Radiasi ... 13
Gambar 2.8 Aliran Parallel Flow dan Profil Temperatur ... 16
Gambar 2.9 Aliran Counter Flow dan Profil Temperatur ... 16
Gambar 2.10 Aliran Cross Flow dan Profil Temperatur... 17
Gambar 2.11 Fixed Tube Heat Exchanger ... 19
Gambar 2.12 TEMA S (pull trhough with backing device) ... 20
Gambar 2.13 TEMA T (pull through) ... 20
Gambar 2.14 U-Tube Heat Exchanger... 21
Gambar 2.15 TEMA Designation ... 22
Gambar 2.16 Lubrication Sump Tank ... 25
Gambar 3.1 Diagram Alir Pahl and Beitz ... 34
44
DAFTAR PUSTAKA
Chengel, Yunus A.2007.Heat Transfer A Practical Approach.New York:The McGraw-Hill Companies.
G.Pahl and W.Beitz.2007.Engineering Design A System Approach.New York:Springer
Holman, Jack P.2010.Heat Transfer Tenth Edition.New York:The McGraw-Hill Companies.
Jasin, M Djauhar.2003.Landasan Teori Pelumas.Jakarta:PPPTMGB "LEMIGAS"
Sularso.2004.Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen
Mesin.Jakarta:PT.Prandya Paramita.
Supriyanto, Herry. 2016.Perpindahan Panas. Malang:Jurusan Teknik Mesin UMM.