1

Tugas Akhir-Konversi Energi

Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Semakin bertambahnya perindustrian di Indonesia menyebabkan peningkatan kebutuhan listrik. Untuk mengatasi hal tersebut maka saat ini pemerintah berupaya untuk meningkatkan kapasitas daya listrik dengan cara menambah unit pembangkit listrik. Adapun pembangkit listrik yang umumnya digunakan di Indonesia yaitu PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap) dan PLTGU (Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap). Pada PLTU, uap dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin yang kemudian akan menggerakkan generator. Sedangkan pada PLTGU tenaga dari uap dikombinasikan dengan gas untuk menggerakkan generator.

Seperti yang diungkapkan pada paragraf diatas bahwa PLTU merupakan unit pembangkit yang banyak terdapat di Indonesia dan salah satu contohnya adalah PLTU UP Paiton unit 1 dan 2 dengan kapasitas tiap unitnya sebesar 400 MW. Berikut ini adalah alur siklus pada PLTU :

Gambar 1. 1 Siklus PLTU Secara Umum Gambar siklus dari PLTU secara umum dapat dilihat pada

gambar 1.1. Adapun penjelasan dari siklus tersebut dapat dimulai

2

Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

Tugas Akhir-Konversi Energi

dari boiler. Boiler (ketel uap) berfungsi untuk menghasilkan uap fase panas lanjut untuk memutar sudu – sudu turbin. Dengan berputarnya sudu – sudu turbin maka akan menyebabkan poros turbin berputar sehingga generator yang merupakan seporos dengan turbin otomatis akan ikut berputar. Dari generator inilah listrik dapat dihasilkan. Adapun sisa uap pada turbin akan dikondensasikan di kondenser untuk dimanfaatkan lagi pada siklus tersebut. Setelah uap turbin terkondensasi maka air kondensat tersebut akan dipompakan menuju feedwaterheater untuk dilakukan pemanasan awal sebelum masuk kedalam boiler. Proses ini terjadi terus menerus sehingga membentuk sebuah siklus tertutup. Meskipun siklus uap dan air pada PLTU merupakan siklus tertutup secara ideal, tapi tidak menutup kemungkinan terdapat loses di tengah – tengah perjalanan. Loses ini mungkin dikarenakan bocornya pipa – pipa pada boiler atau pada pipa – pipa pendukung lainnya Jika air dari siklus tersebut berkurang dikarenakan adanya loses – loses tersebut maka akan ditambahkan make up water yang merupakan air hasil proses demineralisasi.

Pada penjelasan tentang siklus diatas telah disebutkan bahwa air sebelum masuk kedalam boiler akan dipanaskan terlebih dahulu di feedwater heater. Pemanasan awal air pengisi boiler ini bertujuan untuk meningkatkan efisiensi thermal dari siklus pembangkit secara keseluruhan. Feedwater heater adalah sejenis heat exchanger yang dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu closed dan open feedwater heater. Closed feedwater heater merupakan shell and tube heat exchager yang diklasifikasikan menjadi dua macam yaitu LPH (Low Pressure Heater) dan HPH (High Pressure Heater). LPH dan HPH memiliki fungsi utama yang sama yaitu memanaskan air sebelum masuk boiler agar kerja boiler tidak terlalu berat sehingga tidak membutuhkan bahan bakar lebih banyak atau dengan kata lain akan meningkatkan efisiensi siklus secara keseluruhan. Yang membedakan antara LPH dengan HPH adalah ekstraksi uapnya. Ekstraksi uap pada LPH berasal dari LP (Low Pressure) turbin sedangkan pada HPH

3

3

Tugas Akhir-Konversi Energi

Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya

ekstraksi uapnya berasal dari HP (High Pressure) turbin dan IP (Intermediate Pressure) turbin. Sedangkan open feedwater heater atau yang disebut deaerator merupakan heat exchanger direct contact type yang berfungsi untuk memanaskan air setelah dari LPH dan memisahkan antara oksigen dengan air. Pada PLTU UP Paiton terdapat tujuh buah feedwater heater yaitu tiga buah LPH, tiga buah HPH, dan sebuah deaerator.

Jika kerusakan terjadi pada sebuah HPH maka akan menyebabkan turunnya efisiensi dari siklus secara keseluruhan. Kerusakan mungkin saja dapat terjadi karena kegagalan dari proses operasi. Seperti yang telah terjadi pada PLTU UP Paiton, telah terjadi kerusakan pada HPH yang macam – macam kerusakannya dapat dilihat pada gambar 1.2.

Dengan menurunnya efisiensi dari siklus secara keseluruhan yang disebabkan oleh kerusakan pada HPH seperti yang telah dijelaskan pada paragraf di atas, tentu saja akan membawa kerugian yang sangat besar. Hal ini sangat dihindari, oleh karena itu diperlukan proses redesign dan recalculation yang secara teori termodinamika dan perpindahan panas memenuhi sekaligus dapat membuat HPH tersebut life time yang lebih lama dari sebelumnya

Gambar 1. 2. Berbagai macam kerusakan pada HPH

4

Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

Tugas Akhir-Konversi Energi

1.2 Rumusan Masalah

Untuk menghindari kerusakan yang terjadi terus menerus pada HPH maka diperlukan proses redesign dan recalculation yang betujuan untuk mendapatkan dimensi baru pada masing – masing zona pada HPH khususnya zona subcooling. Adapun dimensi yang akan diperoleh dari perancangan tersebut meliputi besarnya luas perpindahan panas efektif, jumlah dan susunan tube, bentuk baffle dan baffle spacing. Setelah itu akan dilakukan proses analisa secara teori termodinamika dan perpindahan panas. Adapun analisa secara teori termodinamika meliputi analisa kontrol volume dengan HPH 6 sebagai kontrol volumenya dan analisa kekekalan energi (hukum Termodinamika I). Sedangkan analisa perpindahan panas meliputi perhitungan laju perpindahan panas, koefisien overall heat transfer (U), metode ∆𝑇 𝐿𝑀𝑇𝐷, perhitungan Nusselt number (Nu), koefisien konveksi (h) dan pressure drop (∆𝑃). Selanjutnya desain baru tersebut akan dianalisa performanya dengan menggunakan metode effectiveness – NTU.

1.3 Tujuan Perancangan Terkait dengan latar belakang dan rumusan masalah diatas maka tujuan perancangan ini adalah :

a. Mendesain ulang HPH 6 dengan menggunakan analisa termodinamika dan perpindahan panas

b. Mendapatkan dimensi baru pada masing – masing zona pada HPH 6 khususnya zona subcooling.

c. Mendapatkan karakteristik kecepatan dan penurunan tekanan yang diijinkan pada HPH 6

d. Mengetahui performa dari desain baru HPH 6 dan pengaruh tube plugginng terhadap performa tersebut.

5

5

Tugas Akhir-Konversi Energi

Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya

1.4 Batasan Masalah Beberapa batasan dan asumsi yang diambil dalam perancangan ini adalah: 1. Perancangan berdasarkan data operasi HPH 6 milik PT

PJB UP PAITON. 2. Kondisi operasi diasumsikan steady state. 3. Perpindahan panas terjadi secara konveksi dan konduksi

dengan mengabaikan perpindahan panas secara radiasi.. 4. Perhitungan overall heat transfer coefficient (U)

mengabaikan fouling factor. 5. Dalam menghitung panjang total U tube band tidak

diperhitungkan, hanya menghitung effective length. 6. Perancangan tidak mengikutsertakan analisa metalurgi

dan analisa ekonomi. 7. Analisa tidak berdasarkan batas vibrasi tetapi

berdasarkan batas penurunan tekanan kritis.

1.5 Manfaat Perancangan Penelitian ini memberi manfaat yang banyak selain bagi

penulis juga bagi perusahaan dimana tempat penulis mengambil data operasi HPH 6 yaitu PLTU UP Paiton. Adapun manfaat bagi penulis adalah dapat mengetahui aplikasi dari ilmu termodinamika dan perpindahan panas dalam perancangan Heat Exchanger (HE). Sedangkan manfaat yang diperoleh perusahaan adalah mendapatkan pertimbangan yang berupa desain baru dari HPH 6 yang memiliki keandalan yang lebih besar dibandingkan dengan sebelumnya.ang perlu diberikan.

6

Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

Tugas Akhir-Konversi Energi

Halaman ini sengaja dikosongkan