UNIVERSITAS DIPONEGORO
EVALUASI UNJUK KERJA AIR PREHEATER UNIT 2 PLTU 1
JAWA BARAT INDRAMAYU
TUGAS AKHIR
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Ahli Madya
YANUAR ISWAHYUDI
21050112083005
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM DIII KERJASAMA FT UNDIP – PT. PLN
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
JULI 2015
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS
Tugas Akhir ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun yang dirujuk
telah saya nyatakan dengan benar.
NAMA
: YANUAR ISWAHYUDI
NIM
: 21050112083005
Tanda Tangan : ...
Tanggal
: 29 JULI 2015
HALAMAN TUGAS PROYEK AKHIR
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir ini diajukan oleh :
NAMA : YANUAR ISWAHYUDI
NIM : 21050112083005
Program Studi : PSD III Teknik Mesin Kerjasama FT UNDIP – PT PLN Judul Tugas Akhir : Evaluasi Unjuk Kerja Air Preheater Unit 2 PLTU 1 Jawa
Barat Indramayu
Telah berhasil dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Ahli Madya pada Program Studi Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Diponegoro.
TIM PENGUJI
Pembimbing : Ir. H. Murni, MT ( ...) Penguji : Ir. H. Murni, MT ( ...) Penguji : Drs. Indartono, M.Par, MSi ( ...) Penguji : Bambang Setyoko, ST, M.Eng ( ...)
Semarang, ... Ketua Program DII Kerjasama
FT Undip - PT PLN
Ir. Bambang Winardi, M.Kom NIP 196106161993031002
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademika Universitas Diponegoro, saya yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : YANUAR ISWAHYUDI
NIM : 21050112083005
Jurusan/Program Studi : PSD III Teknik Mesin
Fakultas : Teknik
Jenis Karya : Tugas Akhir
demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Diponegoro Hak Bebas Royalti Noneksklusif (None-exclusive Royalty Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :
“EVALUASI UNJUK KERJA AIR PREHEATER UNIT 2 PLTU 1 JAWA BARAT INDRAMAYU”
beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti / Noneksklusif ini Universitas Diponegoro berhak menyimpan, mengalihmedia / formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat dan memublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di : Semarang Pada Tanggal : 29 Juli 2015
Yang menyatakan
( YANUAR ISWAHYUDI)
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah–Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir. Laporan Tugas Akhir ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Ahli Madya pada Program DIII Kerjasama FT Undip – PT. PLN bidang Teknik Mesin Universitas Diponegoro.
Dalam proses penyusunan laporan ini, penulis mendapat banyak saran, bimbingan, serta bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan banyak sekali terima kasih khususnya kepada :
1. Ir. H. Zainal Abidin, M.S. selaku ketua Program Diploma III Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang
2. Ir. Bambang Winardi, M.Kom.selaku Ketua Program Kerjasama DIII FT UNDIP – PT PLN (Persero)
3. Bambang Setyoko, ST, M.Eng. selaku Ketua Program Studi Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Diponegoro
4. Drs. Ireng Sigit Atmanto, M.Kes selaku Koordinator Bidang Teknik mesin Program DIII Kerjasama FT Undip – PT. PLN (Persero)
5. Drs. Sutrisno, M.T. selaku dosen wali kelas PLN angkatan 2012 PSD III Teknik Mesin FT UNDIP
6. Ir. H. Murni, M.T. selaku dosen pembimbing kegiatan Tugas Akhir 7. Bapak Ato Daryan selaku supervisor operasi sift B PLTU 1 Jawa Barat
Indramayu
8. Bapak Rahardjo selaku supervisor maintenance mesin 1 PLTU 1 Jawa Barat Indramayu
9. Para pegawai operasi sift B PLTU 1 Jawa Barat Indramayu, baik itu operator maupun pegawai lokal
10. Kedua orangtua atas dukungan materiil dan non materiil yang selalu diberikan
11. Teman-teman angkatan 2012 Program Studi Diploma III Teknik Mesin Universitas Diponegoro yang telah membantu menyelesaikan laporan ini. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu penulis sangat menghargai kritik dan saran yang membangun untuk kesempurnaan dari laporan ini. Akhirnya penulis berharap Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan para pembaca.
Semarang, Juli 2015
Yanuar Iswahyudi
EVALUASI UNJUK KERJA AIR PREHEATER UNIT 2 PLTU 1
JAWA BARAT INDRAMAYU
Air preheater merupakan salah satu alat penukar kalor yang terpasang pada area boiler Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Air preheater digunakan untuk memindahkan panas yang masih terkandung dalam sisa gas pembakaran sebelum dibuang ke atmosfer ke udara pembakaran yang nantinya akan masuk ke ruang bakar boiler. Pemasangan air preheater dapat meningkatkan efisiensi total boiler. Pengoperasian air preheater yang selalu bersinggungan dengan sisa gas pembakaran batu bara dapat menyebabkan timbulnya kerak yang pada akhirnya dapat menurunkan kinerja perpindahan panasnya.
Tujuan dari evaluasi ini adalah untuk mengetahui seberapa besar penurunan unjuk kerja alat air preheater jika dibandingkan dengan data desain ketika pertama kali digunakan. Perbandingan ini menggunakan data desain, data kondisi operasi bulan September sampai Oktober 2011, serta data kondisi operasi bulan April 2015 pada beban 100 %. Efisiensi rata-rata desain sebesar 70,6 % mengalami penurunan terus menerus sampai yang paling rendah terjadi pada air preheater A pada pengujian tahun 2015 yaitu hanya tinggal sebesar 55,99 %. Hal itu menunjukkan bahwa panas yang bisa dimanfaatkan untuk memanaskan udara pembakaran semakin berkurang sehingga dapat menurunkan efisiensi total boiler.
Kata kunci : perpindahan panas, air preheater, efisiensi
PERFORMANCE EVALUATION OF UNIT 2 PLTU 1 JAWA
BARAT INDRAMAYU AIR PREHEATER
Air preheater is one of installed heat exchanger in steam power plant boiler area. Air preheater used to transfer some heat remaining in flue gas to combustion air which pass through the air preheater. Installation of the air preheater can increase the total efficiency of boiler steam power plant. In the operation of air preheater, it always get contact with the residue of steam power plant boiler flue gas which the main fuel of the combustion is low range coal, so the flue gas can result some slag in the air preheater components. The slag can cause performance decreasing of the air preheater.
The purpose of this research is to know how much of performance decreasing of air preheater compared with the design data of the installed air preheater. The comparation uses some data, that is the design data, operation data at September until October 2011, and the operation data at April 2015 on 100 % load condition. The efficiency of design data is 70,6 % and it keep decreasing until the lowest point of this research is 55,99 % at 2015 calculation of air preheater A. This condition means that heat transfered to the combustion air is decreasing too, so it can cause decreasing of the total boiler efficiency.
Keyword : heat transfer, air preheater, efficiency
DAFTAR ISI
Halaman Judul... ii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS... iii
HALAMAN TUGAS PROYEK AKHIR ... iv
HALAMAN PENGESAHAN... v
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... vi
KATA PENGANTAR ... vii
ABSTRAKSI ... ix
ABSTRACT... x
DAFTAR ISI... xi
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR TABEL... xvi
DAFTAR NOTASI ... xvii
DAFTAR LAMPIRAN... xx BAB I ...Error! Bookmark not defined. PENDAHULUAN ...Error! Bookmark not defined. 1.1. Latar Belakang...Error! Bookmark not defined. 1.2. Perumusan Masalah...Error! Bookmark not defined. 1.3. Batasan Masalah...Error! Bookmark not defined. 1.4. Tujuan Penelitian...Error! Bookmark not defined. 1.5. Manfaat Penelitian...Error! Bookmark not defined. BAB II...Error! Bookmark not defined. TINJAUAN PUSTAKA ...Error! Bookmark not defined. 2.1. Skema Sistem Udara Pembakaran dan Gas Buang Error! Bookmark not defined.
2.2. Perpindahan Panas...Error! Bookmark not defined. 2.2.1. Radiasi...Error! Bookmark not defined. 2.2.2. Konduksi ...Error! Bookmark not defined. 2.2.3. Konveksi ...Error! Bookmark not defined. 2.3. Air Heater Heat Exchanger ...Error! Bookmark not defined.
2.3.1. Recuperatif Air Heater ...Error! Bookmark not defined. 2.3.2. Regeneratif Air Heater ...Error! Bookmark not defined. 2.4. Laju perpindahan panas keseluruhan...Error! Bookmark not defined. 2.5. Log Mean Temperature Difference (LMTD)... Error! Bookmark not defined.
2.6. Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan (U) .... Error! Bookmark not defined.
2.7. Faktor pengotoran...Error! Bookmark not defined. 2.8. Kebocoran udara...Error! Bookmark not defined. 2.9. Pressure Drop ...Error! Bookmark not defined. 2.10. Undiluted Gas Exit Temperature...Error! Bookmark not defined. 2.11. Efisiensi Termal Air Heater ...Error! Bookmark not defined. 2.12. X-ratio ...Error! Bookmark not defined. BAB III ...Error! Bookmark not defined. 3.1. Peralatan Penelitian Tugas Akhir ...Error! Bookmark not defined. 3.1.1. Tinjauan Umum ...Error! Bookmark not defined. 3.1.2. Prinsip Kerja Peralatan ...Error! Bookmark not defined. 3.2. Perencanaan Penelitian Tugas Akhir...Error! Bookmark not defined. 3.2.1. Data Perencanaan...Error! Bookmark not defined. 3.2.2. Variabel Penelitian...Error! Bookmark not defined. 3.3. Diagram Alir Perhitungan ...Error! Bookmark not defined. 3.3.1. Suhu Rata-Rata Fluida Dingin ...Error! Bookmark not defined. 3.3.2. Laju Perpindahan Panas Keseluruhan (q) Error! Bookmark not defined. 3.3.3. Log Mean Temperature Difference (LMTD) ... Error! Bookmark not defined.
3.3.4. Koefisien perpindahan panas keseluruhan (U) ... Error! Bookmark not defined.
3.3.5. Faktor pengotoran (Rd) ...Error! Bookmark not defined. 3.3.6. Kebocoran Udara (AL) ...Error! Bookmark not defined. 3.3.7. Undiluted Gas Exit Temperature ( ... Error! Bookmark not defined.
3.3.8. Efisiensi Termal Air Heater ( ...Error! Bookmark not defined. 3.3.9. X-ratio ...Error! Bookmark not defined.
3.3.10. Pressure Drop ...Error! Bookmark not defined. 3.4. Pengolahan Data Penelitian Tugas AkhirError! Bookmark not defined. 3.4.1. Suhu Rata-Rata Fluida dingin...Error! Bookmark not defined. 3.4.2. Laju Perpindahan Panas Keseluruhan (q) Error! Bookmark not defined. 3.4.3. Log Mean Temperature Difference...Error! Bookmark not defined. 3.4.4. Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan (U) ... Error! Bookmark not defined.
3.4.5. Faktor Pengotoran (Rd)...Error! Bookmark not defined. 3.4.6. Kebocoran Udara (AL) ...Error! Bookmark not defined. 3.4.7. Undiluted Gas Exit Temperature ( ) ... Error! Bookmark not defined.
3.4.8. Efisiensi Termal Air Heater ( )...Error! Bookmark not defined. 3.4.9. X-Ratio ...Error! Bookmark not defined. 3.4.10. Pressure Drop ...Error! Bookmark not defined. BAB IV ...Error! Bookmark not defined. 4.1. Evaluasi dan Pembahasan Nilai Koefisien Perpindahan Panas
Keseluruhan dan Faktor Pengotoran ...Error! Bookmark not defined. 4.2. Evaluasi dan Pembahasan Nilai Efisiensi Termal Air Preheater.... Error! Bookmark not defined.
4.3. Evaluasi dan Pembahasan Nilai X-ratioAir Preheater.Error! Bookmark not defined.
4.4. Evaluasi dan Pembahasan Nilai Pressure Drop Air Preheater... Error! Bookmark not defined.
BAB V...Error! Bookmark not defined. KESIMPULAN DAN SARAN...Error! Bookmark not defined. 5.1. Kesimpulan...Error! Bookmark not defined. 5.2. Saran ...Error! Bookmark not defined.
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Skema sistem udara pembakaran dan gas buang ...Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.2. Skema sistem gas buang...Error! Bookmark not defined. Gambar 2.3. Tubular air heater ...Error! Bookmark not defined. Gambar 2.4. Macam-macam variasi pengaturan udara tubular air heater .... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.5. Komponen-komponen Ljungstrom air heater Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.6. Bentuk nyata Ljungstrom air heater .Error! Bookmark not defined. Gambar 2.7. Penampang samping Ljungstrom air heater ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.8. Penampang diagonal rotor Ljungstrom air heater .Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.9. Air Heater Rothemuhle...Error! Bookmark not defined. Gambar 2.10. Profil elemen pemanas pada regenerative air heater ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.11. Distribusi temperatur untuk penukar kalor aliran paralel... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.12. Distribusi temperatur untuk penukar kalor aliran lawan (counter flow) ...Error! Bookmark not defined. Gambar 2.13. Kebocoran di air heater ...Error! Bookmark not defined. Gambar 3.1. Penyusunan elemen penukar panas pada rotor Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.2. Pelat pada elemen penukar panas...Error! Bookmark not defined. Gambar 3.3. Pelat elemen penukar kalor yang telah disusun dalam basket .. Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.4. Pembagian aliran dalam air preheater ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.5. Arah putaran rotor APH ...Error! Bookmark not defined. Gambar 3.6. Skema Perencanaan Penelitian Tugas Akhir... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.1. Perbandingan nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan desain dan hasil perhitungan ...Error! Bookmark not defined. Gambar 4.2. Perbandingan nilai faktor pengotoran desain dan hasil perhitungan ...Error! Bookmark not defined. Gambar 4.3. Perbandingan nilai efisiensi termal desain dan hasil perhitungan ...Error! Bookmark not defined. Gambar 4.4. Perbandingan nilai x-ratio desain dan hasil perhitungan ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.5. Perbandingan nilai Pressure Drop desain dan hasil perhitungan ...Error! Bookmark not defined. Gambar 3.7. Pengambilan data suhu udara primer masuk APH.Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.8. Pengambilan data suhu udara sekunder masuk APH ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.9. Pengambilan data suhu udara primer keluar APH .Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.10. Pengambilan data suhu udara sekunder keluar APH ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.11. Pengambilan data suhu flue gas masuk APH Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.12. Pengambilan data suhu flue gas keluar APH Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.13. Pengambilan data kadar oksigen masuk APH...Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.14. Pengambilan data kadar oksigen keluar APHError! Bookmark not defined.
Gambar 3.15. Pengambilan data flow udara boiler keseluruhan.Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.16. Pengambilan data flow udara sekuder total dari windbox ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.17. Pengambilan data tekanan masuk dan keluar APH... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.18. tampilan antar muka aplikasi “Air Properties”....Error! Bookmark not defined.
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Spesifikasi Boiler ...Error! Bookmark not defined. Tabel 3.1. Spesifikasi air preheater unit 2 PLTU 1 Jawa Barat Indramayu.. Error! Bookmark not defined.
Tabel 3.2. Format data masukan evaluasi penelitian ... Error! Bookmark not defined.
Tabel 3.3. Contoh data kondisi operasi air preheater... Error! Bookmark not defined.
Tabel 3.4. Data desain APH Unit 2 PLTU 1 Jawa Barat Indramayu... Error! Bookmark not defined.
Tabel 3.5. Contoh data hasil perhitungan unjuk kerja air heaterError! Bookmark not defined.
Tabel 4.1. Hasil perhitungan rata-rata kinerja air preheater Error! Bookmark not defined.
DAFTAR NOTASI
Simbol Keterangan Penggunaan
pertama halaman Laju perpindahan panas radiasi 11 Konstanta dimensional Boltzman 11 Emitansi 11 T Suhu 11 A Luas permukaan perpindahan panas 11 Laju perpindahan panas konduksi 12
k Koefisien perpindahan panas
konduksi
12
Laju perpindahan panas konveksi 13
h Koefisien perpindahan panas
konveksi
13
q Laju perpindahan panas total 25
U Koefisien perpindahan panas
keseluruhan 25 Log mean temperature difference 25 Laju alir sisi panas 25 Kalor spesifik sisi panas 25 xvii
Selisih suhu sisi panas 25 Laju alir sisi dingin 25 Kalor spesifik sisi dingin 25 Selisih suhu sisi dingin 25 Suhu masukan sisi panas 27 Suhu keluaran sisi panas 27 Suhu masukan sisi dingin 27 Suhu keluaran sisi dingin 27
Koefisien perpindahan panas konveksi sisi panas
28
Koefisien perpindahan panas konveksi sisi dingin 28 Faktor pengotoran 29 Koefisien perpindahan panas aktual 29 AL Kebocoran udara 31 Kadar oksigen sisi keluaran 31 Kadar oksigen sisi masukan 31 Tekanan masukan gas buang 32 Tekanan keluaran gas buang 32 Undiluted gas exit temperature 33 Suhu keluaran gas buang 33 xviii
Suhu masukan udara 33 Suhu masukan gas buang 34 Suhu keluaran gas buang 34 Kapasitas kalor sisi udara 34 Kapasitas kalor sisi gas 34 Laju alir udara total 34 Laju alir gas 34 Kalor spesifik udara 34 Kalor spesifik gas 34 Laju alir udara primer 48 Laju alir udara sekunder 48 Suhu masukan udara primer 48 Suhu keluaran udara primer 48 Suhu masukan udara sekunder 48 Suhu keluaran udara sekunder 48 xix
xx
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A-1 PELAKSANAAN METODE PENGAMATAN DAN
PENCATATAN DATA KOMPUTER PEMANTAU... Error! Bookmark not defined.
LAMPIRAN A-2 PENENTUAN NILAI KALOR SPESIFIK ...Error! Bookmark not defined.
LAMPIRAN A-3 DATA KONDISI OPERASI DAN HASIL PERHITUNGAN ...Error! Bookmark not defined.
