i
TUGAS AKHIR
Perencanaan Heat Exchangers pada Sistem
Pendinginan Minyak Bantalan Poros
Turbin Generator PLTA PB. Soedirman
Tugas Akhir ini Disusun Guna Memperoleh Gelar Sarjana Strata Satu Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun :
JOKO PRATOMO YUNANTO
NIM : D 200000196
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
ii
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
”Perencanaan Heat Exchangers pada Sistem Pendinginan Minyak
Bantalan Poros Turbin Generator PLTA PB. Soedirman” yang dibuat
untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1
pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan
merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah
dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar
kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta
atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya
saya cantumkan sebagaimana mestinya.
Surakarta, 7 Januari 2011
Yang menyatakan
iii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir berjudul “Perencanaan Heat Exchangers pada Sistem Pendinginan Minyak Bantalan Poros Turbin Generator PLTA PB.
Soedirman”, telah disetujui oleh Pembimbing dan diterima untuk
memenuhi sebagian Persyaratan memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Dipersiapkan oleh :
Nama : JOKO PRATOMO YUNANTO NIM : D200 000 196
Disetujui pada
Hari : Tanggal :
Pembimbing Utama
Sunardi Wiyono, Ir, MT.
Pembimbing Pendamping
iv
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir berjudul “Perencanaan Heat Exchangers pada Sistem Pendinginan Minyak Bantalan Poros Turbin Generator PLTA PB.
Soedirman”, telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan telah
dinyatakan sah untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh :
Nama : JOKO PRATOMO YUNANTO NIM : D200 000 196
Disahkan pada
Hari : Tanggal :
Tim Penguji :
Ketua : Sunardi Wiyono, Ir, MT. ……… Anggota 1 : Sartono Putro, Ir, MT. ……… Anggota 2 : Nur Aklis, ST. ………
Dekan,
Agus Riyanto, Ir, MT.
Ketua Jurusan,
v
vi
MOTTO
”karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan, maka apabila kamu telah selesai dari sesuatu urusan, kerjakanlah
dengan sungguh-sungguh urusan yang lain.
Dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap” (Q.S Alam Nasyarah : 6-8)
”Ketundukkan atau Penyerahan diri pada Allah adalah wujud ikhtiar tertinggi dari seorang hamba, niscaya dunia dalam genggamannya”
(Penulis)
”Banyak kegagalan dalam hidup ini dikarenakan orang tidak menyadari betapa dekatnya mereka dengan keberhasilan saat mereka menyerah”
(Thomas Alva Edison)
”Jadilah kamu manusia yang pada kelahiranmu semua orang bahagia, hanya kamu sendiri yang menangis, dan saat kematianmu, semua orang
viii
PERENCANAAN HEAT EXCHANGERS PADA SISTEM
PENDINGINAN MINYAK BANTALAN POROS TURBIN
GENERATOR PLTA PB. SOEDIRMAN
Joko Pratomo Yunanto, Sunardi Wiyono, Sartono Putro
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan Surakarta
Email : cyclonesia@yahoo.com
ABSTRAKSI
Tujuan dari perencanaan heat exchangers pada sistem pendinginan minyak bantalan poros turbin generator PLTA PB. Soedirman adalah: untuk mengetahui nilai neraca panas yang dihasilkan, menghitung koefisien perpindahan panas, luas perpindahan panas, jumlah tube yang dibutuhkan dan penurunan tekanan yang terjadi serta mengetahui besarnya pengaruh fouling terhadap penurunan koefisien perpindahan panas secara keseluruhan .
Dalam perencanaan dibahas heat exchanger jenis Shell and Tube tipe AES untuk mendinginkan minyak pelumas bantalan turbin-generator dari
temperatur 600C menjadi 420C, dengan media pendingin air sungai
bertemperatur masuk 250C dan temperatur keluar 350C. Cara penyelesaian dalam perencanaan berupa analisis thermal yang menggunakan prinsip-prinsip perpindahan panas dan pendekatan LMTD (Logaritmic Mean Temperature difference) serta metode Kern
Kesimpulan dari analisis perhitungan sebuah heat exchanger jenis shell and tube tipe AES dengan konstruksi 1-2 pass aliran adalah: Besarnya neraca panas (Qh=Qc) sebesar 16,002 kW, koefisien perpindahan panas pada tube
(hi) sebesar 6933,45 W/m2K, luas perpindahan panas sisi tube (A) sebesar
5,55 m2 dengan tube berjumlah 78 buah, penurunan tekanan sisi tube (∆Pt)
sebesar 0,040 N/m2, koefisien perpindahan panas keseluruhan (U) sebesar 147,06 W/m2K dan pengaruh fouling menyebabkan penurunan nilai U sebesar 12,71%.
ix
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkah dan rahmat-Nya sehingga penyusun laporan penelitian ini dapat terselesaikan.
Tugas Akhir berjudul “Perencanaan Heat Exchangers pada Sistem Pendinginan Minyak Bantalan Poros Turbin Generator PLTA
PB. Soedirman” dapat terselesaikan atas dukungan dari pihak. Untuk itu
pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Agus Riyanto,SR, MT, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Ir. Sartono Putro, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta dan selaku selaku Dosen Pembimbing II yang telah membimbing, mengarahkan, memberikan petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini.
3. Bapak Ir. Sunadi Wiyono, MT selaku Dosen Pembimbing I yang telah membimbing, mengarahkan, memberikan petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Dengan segala kesabaran dan nasehat bijaknya. 4. Bapak M. Al Fatih hendrawan, ST, MT. Selaku Pembimbing Akademik
yang telah mendampingi dari awal hingga akhir perjuangan.
x
6. Bapak dan Ibu terkasih yang senantiasa mendoakan, memberikan semangat dan cinta.Terima kasih atas semua nasehat, bimbingan, dan pengorbananmu selama ini. Kesabaranmu adalah do’a yang terkabulkan.
7. Kedua adikku yang selalu memberiku cinta, kau rela bagikan kebahagiaanmu untukku.
8. Catur 01dan Iwan 05, kalian laskar yang Allah hadirkan untuk membangkitkan semangatku.
9. Sahabat-sahabat angkatan 2000, berkat doa-doamu akhirnya penantian panjang itu telah tertunaikan.
10. Alam semesta yang telah memberiku inspirasi, kau tunjukkan arti ketundukan dan ketakwaan pada sang Maha Rahmat, Allah SWT.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan penulis terima dengan senang hati.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb
Surakarta, 17 Agustus 2011
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ...i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ... v
MOTTO ... ... vi
PERSEMBAHAN ... vii
ABSTRAKSI ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR SIMBOL ... xx
DAFTAR LAMPIRAN ... xxii
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... ... 1
1.2. Perumusan Masalah ... 3
1.3. Pembatasan Masalah ... 3
1.4. Maksud dan Tujuan...4
1.5. Metode Pengumpulan Data ...4
1.6. Sistematika Penyusunan Laporan...5
BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Prinsip-Prinsip Perpindahan Panas ... 7
2.1.1. Bentuk Aliran Dalam Pipa ... 9
2.1.2. Rumus-Rumus Empiris Konveksi Paksa ... 12
2.2. Alat penukar Kalor ... 14
2.2.1. Pandangan Umum Alat Penukar Kalor ... 14
2.2.2. Klasifikasi Alat Penukar Kalor ... 16
xii
2.2.4. Konstruksi Alat Penukar Kalor Tipe Shell and Tube 21
2.2.5. Prosedur Analisis Perhitungan...24
BAB III PENDEKATAN STRUKTURAL DAN FUNGSIONAL 3.1. Konstruksi Alat Penukar Kalor ... 29
3.2. Bagian-Bagian Alat Penukar Kalor .... ...33
3.3. Shell (Cangkang)... ... ...33 4.1. Data Perhitungan Penukar Kalor AES ... 56
4.1.1. Data pada Sisi Tube ... 57
4.1.2. Data pada Sisi Shell ... ...57
xiii
4.2.1. Selisih Temperatur dan menghitung LMTD...58 4.2.2. Perhitungan pada Sisi Tube ... 61 4.3. Pembahasan ... ...64 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan...67 5.2. Saran-saran...68 DAFTAR PUSTAKA
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Profil kecepatan aliran laminer ... 10
Gambar 2.2 Profil Kecepatan turbulen ... 18
Gambar 2.3 Perpindahan panas Menyeluruh ... 18
Gambar 2.4. Alat penukar Kalor 1-1 pass aliran ... 21
Gambar 2.5 Alat penukar Kalor 1-2 pass aliran ... 23
Gambar 2.6 Alat penukar Kalor 2-4 pass ... 23
Gambar 2.7 Konstruksi Alat Penukar Kalor dan Bagiannya ... 26
Gambar 3.1 Alat Penukar Kalor (APK) Tipe AES ... 28
Gambar 3.2 Jenis dan Tipe dari Shell ... 29
Gambar 3.3 susunan Tube Alat Penukar Kalor ... 30
xv
DAFTAR SIMBOL
q = Laju perpindahan panas (W) K = Konduktivitas thermal (W/m.oC)
dx dT
= Gradien suhu
σ
= Konstanta proposionalitas (Konstanta Stefans Boltzman)T = Suhu (K)
h = Koefesien perpindahan panas konveksi (W/m2.oC)
.
m = Laju aliran massa (kg/s) Cp = Spesifik kalor (kJ/ K)
Tb1 = Temperatur rata-rata pada ujung 1 (K) Tb2 = temperatur rata-rata pada ujung 2 (K) Tw = Temperatur dinding (K)
Tb = Temperatur rata-rata energi (suhu limbak) (K) Q = Neraca panas (W)
U = Koefisien perpindahan panas keseluruhan (W/m2 K) A = Luas penampang perpindahan panas (m2)
∆Tlm = Beda suhu rata-rata (0C)
xvi FT = faktor koreksi temperature Qc = Neraca panas sisi tube (W) Mc = Laju aliran massa air (kg/s) µ = Viskositas (Ns/m2)
Di = Diameter dalam tube (m) Do = Diameter luar tube (m) L = Panjang tube (m)
Nt = Jumlah tube
Uf = Koefisien perpindahan panas fouling (W/m2K) Rf = Tahanan thermal akibat fouling (m2K/W) ∆Pt = Pressure drop pada tube (N/m2)
f0 = Faktor pressure drop
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Tabel A.6, Thermophysical Properties of Saturated Water Lampiran 2. Tabel A.5, Thermophysical Properties of Saturated Fluids Lampiran 3. Gambar Grafik Faktor Koreksi Temperatur
Lampiran 4. Daftar Faktor Pengotoran
