3
BAB II DASAR TEORIi
2.1 Prinsip.Dasar Pelumasan
Prinsip dasar pelumasan yaitu untuk menghambat terjadinya gesekan antara dua permukaan logam..yang bergerak, sehingga gerakan dari masing- masing logam dapat lancar tanpa banyak energi yang terbuang. Bagian mesin yang membutuhkan pelumasan adalah semua bagian yang bergerak, yang terdiri dari bantalan peluncur (plain bearing), bantalan bola (ball bearing), roda-roda gigi, silinder-silinder kompresor, silinder-silinder pompa, dan silinser hidrolik. Karena semua bagian yang bergerak di mesin membutuhkan pelumasan maka dengan mereduksi friksi, keausan juga akan berkurang, begitu dengan jumlah energi yang diperlukan untuk kerja yaitu dengan efisiensi yang meningkat.
Minyak lumas pada pelumasan juga bermanfaat untuk mendinginkan mesin dengan mendistribusikan kalor akibat friction dan pembakaran dengan adanya. gesekan pada dua permukaan yang akan menyebabkan terjadinya panas, sehingga perlu adanya proses pendinginan di komponen tersebut.
Selain berfungsi mencegah korosi juga dapat memelihara mesin tetap bersih, memaksimumkan kompresi dan mempertahankan tekanan. Jika tekanan yang hilang terlalu besar pembentukan lapisan pelumasan yang tidak baik, mesin akan kehilangan tenaga sehingga konsumsi bahan bakar terjadi adanya peningkatan pemborosan biaya.
Pada sistem pembangkit listrik tenaga air ini sendiri, pelumasan minyak berfungsi untuk melumasi bantalan-bantalan pada turbin dan generator dengan sistem sirkulasi minyak yang berkompresi. Untuk melumasi upper guide bearing digunakan sistem pelumasan dengan sistem pompa (gear pump). Untuk lower guide bearing dan thrust bearing menggunakan sistem sentrifugal minyak sendiri yang diakibatkan putaran shaft (thrust runner).
2.2 Minyak Pelumas
Minyak pelumas yang digunakan adalah tipe DTE Oil Heavy Medium ISO VG 68. Jenis minyak pelumas tipe ini adalah termasuk minyak pelumas yang banyak digunakan di beragam aplikasi industri seperti pada turbin uap, turbin air, pelumasan bantalan, roda gigi, dan juga dalam aplikasi rotary air compressors, dan reciprocating natural gas compressors. Karena reputasinya yang tahan lama dan perlindungan peralaan yang sangat baik. Ada beberapa keunggulan minyak pelumas tipe DTE Oil Heavy Medium ISO VG 68 ,antara lain :
a. Tingkat stabilitas kimia dan termal yang sangat tinggi dan tahan terhadap lumpur dan pernis.
b. Masa pakai oli yang tahan lama dalam sistem sirkulasi dan mengurangi biaya pergantian oli.
c. Perlindungan jangka panjang terhadap korosi.
d. Daya tahan tinggi terhadap buih dan pelepasan udara yang baik.
e. Meningkatkan efisiensi operasi.
Agar berfungsi dengan baik yaitu dengan mengurangi gesekan, menghambat terjadinya keausan, membantu mendinginkan bagian-bagian pada mesin, memperbaiki kerapatan antara ring piston dan dinding silinder dan juga dapat membersihkan kotoran-kotoran logam yang kecil, maka dari itu minyak lumas harus memiliki sifat-sifat sebagai berikut:
a. Kekentalan Minyak Pelumas (viscocity)
Fungsi pada minyak pelumas di mesin adalah untuk mencegah terjadinya keausan yang bisa menimbulkan terjadinya gesekan-gesekan antara dua elemen mesin yang bergerak atau bergesekan satu sama lain. Makin kecil friction coefficient suatu minyak pelumas pada mesin, maka minyak pelumas semakin bagus dan tingkat keausannya semakin kecil. Dalam hal ini derajat kekentalan harus disesuaikan dengan jenis operasi mesin yang
digunakan pula. Makin besar kekentalan minyak pelumas, makin besar pula ketahanannya untuk mengalir, ini bermakna semakin kental minyak pelumas tersebut.
Untuk elemen-elemen mesin yang beroperasi dalam kondisi berat, minyak pelumas yang digunakan dianjurkan harus mempunyai kekentalan minyak pelumas yang tinggi dan untuk elemen mesin yang beroperasi pada kondisi ringan, biasanya digunakan minyak pelumas yang lebih cair. Kekentalan suatu minyak pelumas yang baik tidak boleh mengalami perubahan yang besar terhadap perubahan temperatur. Sehingga perlu dilakukan pengujian viskositas minyak pelumas pada suhu rendah dan suhu tinggi.
b. Mempunyai tingkat kelekatan yang baik
Minyak pelumas akan tetap tertinggal atau melekat pada elemen-elemen mesin yang dilumasi meskipun minyak pelumas tersebut sudah melewatinya dan makin lekat makin baik. Selain viscocity yang juga perlu diperhatikan adalah kualitas dari minyak pelumas tersebut, maka tingkatan kualitas minyak pelumas mempunyai satuan tersendiri yaitu API (American Petroleum Institute).
c. Tidak mudah atau sukar bersenyawa
Minyak pelumas yang baik adalah dengan tidak mudah atau sukar bersenyawa dengan kotoran-kotoran yang ditimbulkan oleh mesin, minyak pelumas hanya mengangkatnya kemudian mengendapkan di dasar panci minyak pelumas.
d. Tidak berbuih
Pada dasarnya sirkulasi minyak pelumas di dalam mesin sering timbul terjadinya buih (foaming) yang dikarenakan oleh adanya udara yang masuk ke dalam minyak pelumas dalam jumlah yang besar dan kalau minyak pelumas mudah berbuih akan
menyebabkan sistem pada pelumasan tidak sempurna. Karena bila buih tersebut tinggi maka dapat menyebabkan aliran minyak pelumas terganggu sehingga jumlah minyak pelumas yang harus dipompa atau yang berada pada tempat pelumasan akan berkurang.
Keadaan ini dapat mengakibatkan pelumasan menjadi tidak sempurna dan akan menyebabkan timbulnya keausan pada permukaan materialnya.
e. Titik bakar yang tinggi dan tidak mudah menguap
Minyak pelumas harus memiliki titik bakar yang tinggi atau sifatnya sulit terbakar dan sulit menguap. Karena suatu minyak pelumas pada elemen mesin harus mempunyai sifat dapat menguap pada suhu tinggi, sehingga volumenya semakin lama akan semakin berkurang dan dapat menyebabkan viskositasnya naik. Apabila terjadi penguapan yang besar sampai volume minyak pelumas tinggal sedikit maka kondisi pada elemen mesin akan mengalami gangguan dan bisa menyebabkan terjadinya kerusakan karena sistem pelumasan yang tidak sempurna.
f. Titik beku yang rendah
Pada suhu yang serendah mungkin minyak pelumas tidak boleh membeku, karena hal ini agar tetap dapat dipompa ke seluruh komponen sistem pelumasan sehingga elemen mesinnya masih dapat dihidupkan dan dioperasikan. Apabila dalam suhu rendah minyak pelumas mengalami membeku maka operasional pada sistem pelumasan akan tidak berjalan.
2.3 Panas Pada Pelumasan
Didalam generator, ada beberapa bagian-bagian yang perlu diberi pelumas. Karena apabila tidak diberi pelumas maka akan menimbulkan gesekan yang sangat berlebih sehingga dapat merusak sistem yang ada didalam generator tersebut. Bagian-bagian tersebut terdiri dari :
a. Oil Generator Thrust Bearing
Generator Thrust Bearing berguna untuk menahan beban aksial dari generator dan turbin. Oil Generator Thrust Bearing memiliki batas normal suhu antara 60°-65°.
Thrust Bearing Lower Bearing
Oil Cooler Oil Cooler
20 WC Tail Race
Gambar 2.1 Flowchart Lubricating System pada Thrust Bearing dan Lower Bearing
b. Oil Generator Guide Bearing
Generator Guide Bearing berguna untuk menahan gerak radial dari generator dan turbin. Memiliki batas normal suhu antara 60°- 65°C.
Lubrication Sumptank
Oil Cooler Lubricating
Upper Guide Bearing
Turbine Guide Bearing
Gambar 2.2 Flowchart Lubricating System Upper dan Turbin guide Bearing
2.4 Sistem Pendingin
Sistem Pendingin merupakan suatu sistem yang berhubungan tentang pendinginan elemen suatu peralatan. Sistem pendingin berguna untuk mengurangi panas berlebih dari suatu elemen mesin agar peralatan tersebut tidak cepat aus sehingga dapat menimbulkan kerusakan. Dalam sistem pendingin ada beberapa sarana yang digunakan untuk sistem pendinginan yaitu :
a. Air
Air berguna sebagai media pertukaran panas dengan minyak pelumas. Sistem pendinginan air bersirkulasi ini berguna untuk menjaga temperature minyak pelumas sesuai dengan temperatur kerja yang diperlukan. Sistem pendingin air (water cooling system) adalah sistem pendinginan dengan tingkat kegagalan operasinya yang rendah. Salah satu sistem pendinginan yang menggunakan media pendingin air ini adalah Oil Cooler Thrust Bearing dan Lower Bearing.
b. Minyak
Minyak memiliki sifat sebagai media pemindah panas dan juga berguna sebagai media yang memiliki daya tegangan tembus yang tinggi. Selain sebagai media pendinginan minyak juga digunakan pada sistem pelumasan.
c. Udara
Udara juga merupakan media pendinginan. Udara yang digunakan disini adalah udara dari penguapan air. Dampak penguapan air, maka menyebabkan terjadinya penyerapan panas dari udara yang dihembuskan, sehingga diperoleh udara keluaran yang lebih dingin.
2.5 Sistem Pada Air Pendingin
Berdasarkan pada siklusnya, terdapat 2 macam sistem yaitu : a. Sistem Siklus Terbuka
Air pendingin disadap secara terus menerus dari sumber tak terbatas seperti sungai, danau, dan laut yang bergerak untuk akhirnya dibuang kembali. Tampat saluran masuk dan saluran pembuangan air pendingin harus dibuat terpisah sejauh mungkin, yang bertujuan agar tidak terjadi air yang masuk kembali dari sisi pembuangan yang mengalir ke sisi masuk.
b. Sistem Siklus Tertutup
Air pendingin utama siklus tertutup menggunakan media air pendingin yang sama secara berulang atau bersirkulasi. Sebagai
contoh yang ada di PLTU, akibat sistem penyerapan kalor di kondensor, temperatur yang keluar pada air pendingin di kondensor akan naik. Karena air akan dialirkan kembali ke kondensor, maka air pendinginan didinginkan terlebih dahulu dimenara pendingin. Didalam menara pendinginan, air pendingin didinginkan oleh udara luar sehingga temperaturnya kembali turun ke semula dan siap dialirkan kembali ke dalam kondensor.
Jadi, di Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) ini menggunakan siklus terbuka karena air yang dipasok dari bendungan setelah digunakan langsung dibuang ke tailrace. Serta dengan penggunaan siklus terbuka disini sangat efisien daripada menggunakan siklus tertutup, hal tersebut karena jika menggunakan siklus terttutup masih memerlukan alat penunjang lain yang biayanya akan semakin membengkak.
2.6 Proses Perpindahan Panas
Perpindahan panas merupakan ilmu untuk mempelajari perpindahan energy panas yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di antara suatu benda atau bahan material. Dalam prosesnya, perpindahan energy tersebut ada kecepatan perpindahan panas yang terjadi, atau yang lebih dikenal dengan laju perpindahan panas. Maka ilmu perpindahan panas juga merupakan ilmu untuk mempelajari laju heat exchanger yang terjadi pada kondisi tertentu.
Perpindahan panas dapat diartikn sebagai suatu proses perpindahan suatu panas (kalor) dari satu daerah ke daerah yang lain akibat adanya perbedaan temperatur pada daerah tersebut. Ada 3 bentuk proses perpindahan panas yang diketahui, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.
2.6.1 Perpindahan Kalor Secara Konduksi
Perpindahan kalor secara konduksi merupakan suatu proses perpindahan panas dimana panas tersebut mengalir dari daerah yang mempunyai temperatur tinggi ke daerah yang mempunyai temperatur rendah dalam suatu zat yaitu padat, cair atau gas. Juga antara zat-zat berbeda yang berkaitan secara langsung sehingga terjadi pertukaran energi panas dan momentum. Laju perpindahan kalor yang terjadi pada
perpindahan kalor secara konduksi adalah sama dengan gradient suhu temperatur normal sesuai dengan persamaan dasar pada konduksi :
q k = -k A ... (1) Keterangan:
q. : Laju perpindahan panas (Kj/det, W) k. : Thermal Conductivity (W/m.°C) A. : Luas penampang (m2)
dT. : Perbedaan temperature (°C, °F) dX. : Perbedaan jarak (m/det)
ΔT. : Perubahan suhu. (°C, °F)
dT/dX. : Element temperatur ke arah perpindahan kalor
Konstanta positif 'k' disebut conductivity atau perpindahan panas pada benda itu. sedangkan tanda minus berfungsi agar memenuhi hukum kedua ten-nodinamika. yaitu bahwa panas berpindah ke tempat yang mempunyai temperatur lebih rendah. (J.P. Holman. hal: 2).
Gambar 2.3 Peprindahan Panas Konduksi Pada Dinding Sumber : J.P Holman, hal: 33
2.6.2 Perpindahan Kalor Secara Konveksi
Konveksi adalah perpindahan kalor yang disebabkan karena adanya pencampuran dari bagian yang panas ke bagian yang lebih dingin. Berdasarkan gerak alirannya, perpindahan panas konveksi
dikelompokkan menjadi dua, yaitu free convection (konveksi bebas) dan forced convection (konveksi paksa). Bila gerakan aliran fluida dikarenakan adanya perbedaan suhu, maka perpindahan kalornya disebut sebagai free convection atau konveksi bebas. Bila gerakan aliran fluida disebabkan oleh gaya paksa dari luar, dimisalkan dengan pompa atau kipas yang menggerakkan fluida sehingga fluida mengalir di atas permukaan, maka perpindahan panasnya disebut sebagai forced convection atau konveksi paksa.
Gambar 2.4. Perpindahan Panas Konveksi Pada Tabung Sumber J.P Holman, hal: 252
Proses fluida yang mengalir di dalam saluran tertutup seperti pada gambar 2.4 merupakan contoh perpindahan kalor. Laju perpindahan kalor pada beda temperature tertentu dapat dihitung dengan persamaan berikut ini:
q = -h A (Tw - T∞ )...(2)
(J.P Holman,1994 hal :11) Keterangan :
Qq = Laju perpindahan panas (Kj/det atau W)
H = Koefisien perindahan panas konveksi (W/m2.°C) A = Luas bidang permukaan perpindahan panas (ft2, m2) Tw = Temperatur dinding (°C. °K)
T∞ = Temperatur sekeliling (°C. °K)
Fungsi minus (-) digunakan untuk melengkapi hukum II termodinamika, sedangkan perpindahan kalornya selalu mempunyai fungsi positif (+). Persamaan tersebut menjelaskan ketahanan temperature kalor terhadap konveksi. Koefisien perpindaan panas permukan h, bukan sifat zat, akan tetapi menjelaskan besarnya laju perpindahan kalor di dekat pada permukaan itu.
Gambar 2.5 Perpindahan Panas Konveksi
2.6.3 Bilangan Reynolds
Transisi dari aliran laminair menjadi torbulent terjadi apabila:
> 5 x 105...(3) Dimana :
= Kecepatan aliran bebas X = Jarak dari tepi depan ʋ = µ/ρ = viskositas kinematik
persamaan diatas disebut bilangan Reynolds dan bilangan ini bilangan yang tidak mempunyai dimensi. Apabila untuk semua sifat tersebut digunakan pada persamaan satuan yang konsisten. Rumus bilangan Reynolds yaitu:
Rex = ...(4)
Pada konveksi. pelat rata proses pendiginan akan lebih cepat. Dapat dilihat pada gambar dibawah:
Gambar 2.6 Perpindahan Kalor Secara Konveksi Pada Pelat Rata
Keterangan :
U = Koefisien perpindahan panas (W/m2.°C)
U∞ = Koefisien perpindahan panas menyeluruh (W/m2.°C) Q = Laju perpindahan panas (Kj/det atau W)
Tw = Temperatur dinding (°C, °K) T∞ = Temperatur sekeliling (°C, °K) 2.6.4 Perpindahan Kalor Secara Radiasi.
Perpindahan kalor seacara radiasi adalah proses dimana panas yang mengalir dari benda yang bertemperatur panas ke benda yang bertemperatur lebih dingin bila benda tersebut dipisahkan di dalam ruang.,
Gambar 2.7 Perpindahan Panas Secara Radiasi Sumber J.P Holman, hal 343
Proses radiasi di keluarkan benda yang disebabkan oleh temperatur, yang dipindahkan melalui ruang tertentu, dalam bentuk energy elektromagnetik. Bila energi radiasi mengenai suatu bahan, maka sebagian radiasi ada yang dipantulkan dan juga ada yang sebagian diserap, dan sebagian juga diteruskan seperti gambar 2.7. Sedangkan besamya energy radiasi ditentukan dari rumus berikut ini:
Qpancaran = σAT4...(5) Keterangan :
Qpancaran = Laju perpindahan panas (W)
σ = Konstanta Boltzman (5,699.10-8 W/m2.K4) A = Luas pemukaan benda (m2)
T = Suhu absolut benda (°C) 2.7 Heat Exchanger
Heat Exchanger adalah peralatan. penukar panas antara 2 fluida yang berbeda temperature dan panasnya, dimana satu fluida tersebut memberikan panas sedangkan fluida yang lainya menerima panas.
2.7.1 Kategori heat exchanger berdasarkan fungsi dan penggunaanya :
a. Exchanger adalah peralatan yang digunakan untuk memindahkan panas yang terjadi pada fluida agar fluida menjadi dingin dengan menggunakan fluida yang mempunyai temperature lebih dingin sehingga akan terjadi perpindahan panas pada kedua fluida tersebut dengan tanpa bersentuhan antara dua fluida tersebut.
b. Condensor adalah peralatan yang digunakan untuk menurunkan temperature dari uap sampai ke temperature yang cair dengan memindahkan panasnya kepada fluida yang lain.
c. Cooler adalah peralatan yang digunakan untuk mendinginkan fluida yang panas tanpa mengalami perubahan zat sampai ke suhu tenentu yang dikehendaki. Media pendinginan ini biasanya adalah udara atau air.
d. Preheater adalah peralatan yang digunakan untuk mcmanaskan (mcnaikkan tentperatur) fluida sebelum diproses. Contohnya adalah adalah Hot Oil.
e. Reboiler adalah peralatan yang berfungsi untuk memanaskan suatu cairan untuk memproduksi uap dari fluida, dimana fluida tersebut diuapkan dengan uap air di dalam tube bundle.
f. Chiller adalah peralatan kilang yang digunakan untuk mcndinginkan fluida pada temperatur yang rendah. Sebagai fluida pendingin biasanya digunakan freon, amonia, propane dan lain-lain.
g. Evaporator adalah peralatan yang berfungsi sebagai menguapkan fluida cair dcngan menggunakan steam atau pemanas lain.
h. Dryer adalah pendatan kilang yang digunakan sebagai pengering suatu padatan yang masih mengandung air / cairan lain dengan media pemanas seperti steam.
i. Steam Generator adalah peralatan kilang yang berfungsi scbagai penghasil uap.
j. Super Heater adalah peralatan kilang yang berfungsi untuk mneguapkan uap jenuh menjadi uap lewat jenuh.
k. Furnace adalah peralatan yang berfungsi untuk menaikkan temperatur dari liquid sampai pada temperatur tertentu melalui panas yang dihasilkan dari proses pembakaran.
2.7.2 Klasifikasi susunan aliran fluida pada heat exchanger
Susunan aliran fluida adalah berapa kali fluida mengalir didalam heat exchanger saat masuk hingga keluar. Serta bagaimana arah aliran antara kedua fluida, apakah sejajar atau paralel, berlawanan arah atau counter, dan bersilangan atau cross.
a. Pertukaran Panas Cocurrent/Parellel Flow (searah)
Apabila arah aliran dari kedua fluida di dalam heat exchanger adalah sejajar. Kedua fluida tersebut masuk dan keluar pada sisi yang berbeda dan mengalir ke arah yang sama. Karakter heat exchanger jenis ini temperature fluida yang memberikan energy lebih tinggi dibandingkan yang menerima energy dimulai saat fluida masuk ke heat exchanger hingga keluar.
q. = .ṁ.c.(T1.-T2.) = ṁ.c.(T4-T3)...(6) Keterangan:
q. = Laju perpindahan panass (watt) ṁ. = Laju alir massa fluida (kg/s) c. = Kapasitas kalor spesifik (J/Kg.°C) T. = Suhu fluida (°C)
Diasumsikan nilai darii kapasitas specific thermal (cp) fluida dinginn dan panas adalah konstan,. tidak ada kehilangan termal ke lingkungan serta dalam keadaan steady state, maka panass yang dipindahkan adalah:
q. = .U.A.TLMTD”...(7) Keterangan :
U = Koefisien perpindahan kalor keseluruhann (W/m2.°C)
A. = Luas perpindahan panas ( m22) Dan mempunyai nilai TLMTDs adalah:
TLMTD = ...(8)
Gambar 2.8 Aliran Parallel Flow dan Profil Temperatur
b. Pertukaran Panas Counter Current Flow (Aliran Berlawanan Arah) Bila kedua fluida mengalir dengan arah masuk dan keluar yang berlawanan. Tipee ini masih mungkin terjadi karena temperature fluida yang menerima panas yaitu temperature fluida dingin pada saat keluar penukar panas (T4) lebih tinggii dibandingkan dengan temperature fluida yang memberikan panas yaitu pada temperatur fluida panas saat meninggalkan penukar panasr.
Gambar 2.9 Aliran Counter Flow dan Profil Temperatur
Dari penjelasan diatas, lajut perpindahan kalornya dapatt dinyatakanl: q = ṁ.ch.(T1-T2) = ṁ.cc.(T4-T3)...(9)
Keterangan:
qi = Laju perpindahan kalor (watt) ṁe = Laju alir massa fluida (kg/s) cw = Kapasitas kalor spesifik (J/Kg.°C) T1 = Suhu fluida (°C)
TLMTD = ...(8)
c. Pertukaran Panas Cross Flow (Aliran Silang)
Adalah arah aliran dari dua fluida salingg bersilangan. Contohnya adalah radiator pada mobil yang arah aliran air pendinginnya pada mesin yang memberikan energinya ke udara yang saling bbersilangan.
Jika dilihat dari efektivitas pertukarann energi kalornya, penukar kalorr jenis ini berada diantara kedua jenis di atas. Dalam kasus radiator, udara melewati radiatorr dengan temperatur rata-rata yangg hampir sama dengan temperaturr udara lingkungann kemudian memperoleh panas dengan laju yang berbeda di setiap posisii yang berbeda untuk kemudian bercampur lagi setelah meninggalkan radiator sehingga akan mempunyai temperatur yang seragam.
Gambar 2.10 Aliran Cross Flow dan Profil Temperatur
Mempunyaii nilaii TLMTD sebagaii berikutt:
TLMTD = ...(8)
2.8 Shell and Tube Heat Exchanger
Merupakan type yangg palingg umum dijumpai dikarenakan biaya yang relatif murah, mudah pembersihannya, tersedia dalam beberapa ukuran, dapat didesain dengan tekanan biasa hingga tekanan tinggi dengan biaya yang tidak besar dalam suatu shelll. Tipe dari exchanger ini, yaitu :
a. Fixed Tube Sheet Exchanger
Jenis ini tube sheet nya dipasang pada shellnya secara fix yang artinya tube bundle tidak dapatt di keluarkan dari shell.
Keuntungannya dari tipe fixed tubesheet ini adalah :
- Harga yang murah karena konstruksinyaa yang sederhana sepanjang tidak membutuhkan sambungan tambahan.
- Tubenya bisa di bersihkan secara mekanikall setelah melepas cover nya.
- Kebocoran dari sisi shell bisa diminimalisir karcna tidak ada flange joint (sambungan flange).
Kerugiannya dari tipe fixed tubesheet adalah :
- Bundlenya tidak dapat dilepas dari shell sehingga sisi luar tube tidak dapat di bersihkan secara mekaniss.
- Aplikasi hanya terbatas pada pembersihan fluida yang bersih pada shell sidee.
- Apabila akan digunakan pada fouling service pada shell side maka shell side dibersihkan dengan pembersihan menggunakan bahan kimia.
Apabila terjadi perbedaan kalor antara tube dan shell besar maka di perlukan adanya sambungqn tambahann, tetapi harganya jadi lebih mahall.
Gambar 2.11 Fixed Tube Heat Exchanger Sumber : Heat Exchanger Hand Book
b. Floating Tube Sheet Exchanger
Jenis ini tube sheet nya di pasang pada shellnya tidak secara fix yang artinya tube bundle dapat di keluarkan dari shell. Heat exchanger tipe ini adalah heat exchanger yang paling serbaguna dari type STHEe dan juga harganya yang lebih murah. Salah satu tubesheet fixed dengan shell dan yang lainnya bebas mengapung dengan shell. Hal ini membuat free expansion dari tube bundle di perbolehkan selama pembersihan sisi dalam dan luar tube. Heat exchanger tipe ini bisa digunakan pada media apapun baik di shell maupun di tube kotor, seperti pada industri penyulingan minyak mentah.
Ada beberapa tipe dari konstruksi tipe floating head, beberapa yang paling umum adalah :
- TEMA Ss (pull-through with backing device).
Desain TEMA S adalah tipe heat exchanger yang paling umum digunakan pada chemical process industries. Penutup floating- head diamankan dari floating tubesheet dengan mengikat ke split backing ring. Penutup dari floating head berada dibelakang ujung shell dan terdapat penutup shell yang berdiameter besar. Untuk membongkar heat exchanger, penutup shell dilepass terlebih dahulu kemudian split backing ring, dan kemudian penutup floating head setelah semuanya dilakukan tube bundle dapat dilepas dari bagian stationary.
Gambar 2.12. TEMA S (pull-through with backing device).
Sumber : Heat Exchanger Hand Book
- TEMA T (pull-trhough).
Desain TEMA T seluruh tube bundle termasuk floating-head dapat dilepas dari bagian stationary, karena diameter shell nya yang lebih besar dari ukuran flange floating-head. Penutup floating-head diikat dengan bolt langsung ke floating tubesheet sehingga tidak diperlukan split backingg ring.
Gambar 2.13. TEMA T (pull-trhough).
Sumber : Heat Exchanger Hand Book
Keuntungannya dari floating head heat exchanger ini adalah :
- Tube bundle dapat dilepas dari shell tanpa melepass shell ataupun penutup floating-head, sehingga dapat meminimalisir lama waktu pemeliharaan.
- Design ini dimpasangkan dengan ketel reboiler yang mempunyai media pemanas kotor, dimana desain tipe U-tube tidak dapat digunakan.
Kerugiannya dari floating head heat exchanger adalah :
- Harganya yang paling tinggi diantara tipe yang lainnya karena ukurann shell-nya yang besar.
c. U-Tube Exchanger.
Tipe dengan hanya satu tube sheet yang terletakk diujung channel.
Keuntungan dari U-tube heat exchanger adalah :
- Bundle dapat terjadi peregangan atau mengkerut jika ada perbedaan tegangan.
- Bagian luar dari tube bisa dibersihkan.
- Tube bundlenya juga bisa dilepas.
Kerugiannya dari U-tube heat exchanger adalah :
- Bagian dalam tidak bisa di bersihkan secara baik, dikarenakan memerlukan drill shaft yang fleksibel untuk membersihkannya.
- Tipe ini sebaiknya tidak digunakan untuk tube dengan fluida yang kotorr .
Gambar 2.14.U-Tube Heat Exchanger Sumber : Heat Exchanger Hand Book
Dilihat dari jenis konstruksinya, heat exchanger ini dapat bermacam- macam. TEMA sudah mengelompokkan klasitikasi heat exchanger berdasarkan tiga variabel, yaitu :
- Front Headd - Shelll
- Rear Headd
Berbagai kombinasi dari ketiga variabel tersebut oleh TEMA telah menyatakan dalam modifikasi dengan 3 huruf yang arti dan maksudnya sesuai dengan gambar dibawah ini.
Gambar 2.15 TEMA Designation Sumber : Heat Exchanger Hand Book
2.9 Sistem Kerja Cooling System Pada PLTA
2.9.1 Sistem Kerja Cooling System untuk Radiator, Thrust Bearing, dan Lower Bearing
Pada Sistem kerja pendinginan pada Radiator, Thrust Bearing dan Lower Bearing media pendingin berupa air. Air tersebut harus disaring terlebih dahulu di main strainer untuk memisahkan kotoran-kotoran yang terbawa oleh air dari pipa penstock. Setelah air tersebut disaring dan tidak ada kotoran yang terbawa maka air tersebut disalurkan ke
beberapa bagian-bagian yang perlu didinginkan dan dikontrol dengan valve 20 WCS agar aliran air dapat mengalir ke tempat-tempat yang akan didinginkan.
Aliran yang pertama mengalir ke radiator pada ruang generator.
Pada ruang generator diperlukan pendinginan karena pada ruang generator terdapat udara panas yang diakibatkan oleh putaran rotor.
Didalam ruang generator terdapat water cooler yang gunanya untuk mendinginkan temperatur udara yang berada dalam ruang generator.
Udara didalam ruang generator itu bergerak akibat fan yang terdapat pada rotor. Karena rotor berputar maka akan menggerakan udara yang berada dalam ruang generator. Udara yang panas akan dialirkan melewati air cooler, air cooler akan berkurang temperaturnya.
Kemudian untuk aliran yang kedua memasuki generator thurst bearing. Di generator thurst bearing terdapat alat pendingin yaitu oil cooler thurst bearing generator, fungsi air pendingin disana adalah untuk mendinginkan atau menurunkan temperatur minyak yang berada di thurst bearing. Cara kerjanya adalah air pendingin mengalir ke oil cooler thurst bearing generator, di dalamnya ada lubang-lubang yang saling bersebelahan di sisi lubang satu ada air yang masuk dan di sisi lubang yang sebelahnya ada minyak, jadi lubang antara masuknya minyak dan air saling bersebelahan sehingga temperatur minyak bisa turun. Air dan minyak hanya mengalir di dalam celah oil cooler thurst bearing generator kemudian sisa dari air pendingin tersebut dibuang melalui drainage pit.
2.9.2 Sistem Kerja Cooling System untuk Turbine Guide Bearing dan Upper Bearing pada Generator
Pada sistem kerja pendinginan pada Upper Bearing dan Turbin Guide Bearing media pendingin berupa air, air tersebut harus disaring terlebih dahulu di main strainer untuk untuk memisahkan kotoran- kotoran yang terbawa oleh air dari pipa penstock. Setelah air tersebut disaring dan tidak ada kotoran yang terbawa maka air tersebut disalurkan ke Lubrication Oil Cooler dan menuju valve 20 WCS .
Lubrication Oil Cooler merupakan sebuah peralatan bantu yang berfungsi untuk mendinginkan oli dari Lubrication Oil Tank yang telah digunakan untuk melumasi Upper Bearing dan Turbin Guide Bearing
Sistem pendinginan pada turbin francis hanya di turbin guide bearing yang berfungsi untuk menahan beban radial yang diakibatkan dari putaran runner. Pada turbin guide bearing dan upper bearing terdapat minyak yang digunakan sebagai pelumas yang diperoleh dari Lubrication Oil Tank. Akibat dari turbin guide bearing dan upper yang menahan beban radial minyak yang berada di guide akan mengalami kenaikan temperatur sehingga perlu pendingin untuk menurunkan temperatur minyak. Sistem kerjanya sama dengan thurst bearing dan lower bearing didalam pipa terbagi menjadi dua, ada aliran minyak dan air yang masuk dalam pipa yang terpisah oleh sekat didalam pipa.
Prosesnya terjadi secara berulang-ulang selama unit beroperasi.
2.9.3 Sistem Kerja Cooling System untuk Governor Sump Tank
Pada sistem kerja pendinginan pada Governoor Sump Tank media pendingin air tersebut harus disaring terlebih dahulu di main strainer untuk memisahkan kotoran-kotoran yang terbawa oleh air dari pipa penstock. Setelah air tersebut disaring dan tidak ada kotoran yang terbawa maka air tersebut disalurkan menuju Oil Cooler Governoor Sump Tank.
Governoor Sump Tank merupakan bagian yang perlu di dinginkan karena menampung oli hidrolik yang akan di supply menuju Pressure Tank. Sistem kerjanya adalah air pendingin dari Main Strainer mengalir ke Oil Cooler Governoor Sump Tank yang di dalamnya ada lubang- lubang yang saling bersebelahan di sisi lubang satu ada air yang masuk dan di sisi lubang yang sebelahnya ada minyak, jadi lubang antara masuknya minyak dan air saling bersebelahan sehingga temperatur minyak bisa turun. Prosesnya terjadi secara berulang-ulang selama unit beroperasi. Media Air dari proses pendinginan Oil Governour Sump Tank ini akan dibuang menuju Sumpit dan akan dibuang menuju Tail Race dengan bantuan Drain Pump.
2.10 Lubrication Sump Tank ( Pelumasan )
Lubrication Oil Tank adalah alat bantu pembangkit yang terdiri dari 2 unit yakni unit A dan B. Dimana masing-masing dapat dioperasikan secara local maupun auto. Gunanya untuk menampung oli pelumasan yang akan di supply menuju Upper Bearing dan Turbine Bearing untuk
melumasi, mengurangi gesekan, melindungi dari korosi, dan mengalirkan panas.
Gambar 2.16 Lubrication Sump Tank
2.11 Mendesain Alat Penukar Kalor Tipe Shell and Tube
Untuk mendesain sebuah heat exchanger sangat penting di butuhkan data dari laju aliran (flow rate), temperatur masuk dan keluar fluida, dan tekanan operasi kedua fluida. Untuk fluida berupa cairan, data tekanan operasi tidak terlalu dibutuhkan karena sifatnya yang tidak banyak berubah apabila tekanannya berubah. Langkah-langkah yang biasa di lakukan dalam mendesain heat exchanger adalah :
1. Penentuan panas (Q) yang diperlukan. Heat exchanger yang didesain harus ada syarat ini.
2. Menentukan ukuran heat echanger dengan perkiraan yang logis untuk koefisien perpindahan panas keseluruhan nya.
3. Menentukan fluida yang akan mengalir di dalam sisi tube atau shell. Biasanya didalam sisi tube didesain untuk fluida yang memliki sifat beracun, korosif, bertekanan tinggi, dan mengotori
dinding. Hal ini dilakukan agar lebih mudah dalam proses maintenance nya.
4. Memperkirakan jumlah tube (N) yang di gunakan dengan menggunakan persamaan:
A = N.π.do.L Dimana:
do = Diameter luar tubee (mm) L = Panjang tubee (mm) 5. Menentukan ukuran shell.
6. Yang terakhir adalah memeriksa kembali prosedur kerja dari heat exchanger yang telah didesain dan di rencanakan. Mengitung koefisien perpindahan panas di sisi tube dan sisi shell.
2.12 Perhitungan yang digunakan
2.12.1 Perhitungan Heat Exchanger
Tahapan untuk menghitung heat exchanger antara lain ,
1. Menghitung sifat-sifat air pada temperatur yang sudah diketahui dan akan menghasilkan nilai dari berat jenis air (ρ), viskositas dinamik air (μ), kapasitas kalor air (Cp), nilai k air, angka Prandtl air (Pr).
2. Menghitung angka Reyold air ( Re) dengan menggunakan rumus
Re.air =
3. Menghitung Nusselt number (Nu) air untuk aliran Turbulen dengan menggunakan rumus
Nu.air = 0,023 (Re)0,8
4. Menghitung koefisien perpindahan panas unutk pendingin (air) dengan menggunakan rumus
h.air =
m.air = ρ.C.
5. Mencari Cmax dengan aliran diluar berkas pipa,dengan susunan tabel selang-seling.
Cmax = Cmp
6. Menghitung Reynold Number (Re) untuk minyak pelumas.
Re mp =
7. Mengitung bilangan Prandtl minyak pelumas Pr mp =
8. Menghitung bilangan Nusselt (Nu) untuk minyak pelumas.
Nu.mp = C (Re)n
9. Menghitung koefisien perpindahan panas untuk media yang didinginkan (minyak pelumas).
h.mp =
10. Menghitung Nusselt number (Nu) untuk minyak pelumas dengan menggunakan rumus
Nu.oli =
11. Menghitung beda temperature log (ΔTm)
LMTD =
12. Menghitung koefisien perpindahan panas menyeluruh (U).
- Menghitung total laju perpindahan panas
U =
- Menghitung luas perpindahan panas
Qp = m.cp.(ΔT) 13. Menghitung luas penampang
Q = U.A.ΔTm 14. Perhitungan Baffles
