elektronika 2014

7/23/2019 elektronika 2014

1/16

ANALISA PERFORMANSI ALAT PENUKAR KALOR

(HEAT EXCHANGER)TYPE SHELL AND TUBEDI PLTA RENUN

LAPORAN TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan

Program Pendidikan Diploma III

Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik

Oleh

MODISSYA GABRIELLA VINAFADIHOZA SARAGIH

1105052084

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI MEDAN

MEDAN

2014


2/16

v

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah S.W.T atas rahmat dan

karunia-Nya sehingga penulis dapat meneylesaikan laporan tugas akhir ini sesuai

dengan waktu yang ditentukan oleh Program Studi Teknik Konversi Energi, Jurusan

Teknik Mesin.

Adapun judul dari laporan tugas akhir ini ialah ANALISA

PERFORMANSI ALAT PENUKAR KALOR (HEAT EXCHANGER) TIPE

SHELL AND TUBE di PLTA RENUN. Laporan tugas akhir ini penulis susun

sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III

Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri

Medan.

Dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini penulis telah mendapat

dukungan yang luar biasa besarnya dari berbagai pihak baik itu berupa materil,

motivasi, informasi dan doa sehingga penulis termotivasi untuk memberikan yang

terbaik. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih yang luar biasa

kepada:

1. Bapak M. Syahrudin, S.T, M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan;

2. Bapak Idham Kamil, S.T, M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin;

3. Bapak Ir. Abdul Razak, M.T., Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi;

4.

Bapak Aulia Salman, S.T, M.T., Sekretaris Jurusan Teknik Mesin;

5.

Bapak Abdi Hanra Sebayang, S.T, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah

meluangkan waktu dan tenaga dalam memberikan saran dan arahan kepada

penulis;

6. Bapak Ir. Silmi, M.T., Wali Kelas EN 6D;

7.

Kedua orangtua penulis yang tercinta Jahormat Saragih dan Yulizar Hanif,

SE. yang tidak pernah berhenti untuk selalu memberikan dukungan kepada

penulis;


3/16

vi

8.

Seluruh Dosen Pengajar di Jurusan Teknik Mesin, Teknik Konversi Energi

terutama Bapak Suprapto, Ibu Rahmawati, Bapak Darwis, Bapak Husein,

Bapak Isman, Bapak Rufinus. Dosen-Dosen favorit saya;

9. Adik Adik saya tercinta Jarenzhi Firjatullah Saragih dan Jovando Fawwaz

Rizqullah Saragih dan Seluruh Keluarga Besar;

10.Teman Teman susah senang saya, teman satu kelompok PKL, Mhd. Yunus

Lubis, M. Fahmisyah Putra Nst, Sutini Wulandari, Vika Ristiplimin Ginting;

11.

Sahabat Sahabat tercintaku yang selalu memberikan dukungan dansemangat, Okky, Ibun, Aci, Lizar, Ajik, Ian, Nugrah, Budi, Uti, Kak Depo,

Kak Gita, Ria Marissa, Ester, Lusi, Khesti, Peggy, Edo, Johannes, seluruh

teman-teman Rasikal Art, Fuiten;

12.

Seluruh rekan mahasiswa Teknik Mesin dan Teknik Konversi Energi

khususnya angkatan tahun 2011 kelas EN-6A, EN-6B, EN-6C, terkhusus EN-

6D.

Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam menyelesaikan

Laporan Tugas Akhir ini baik dari segi pembuatannya maupun dari segi

penyajiannya. Untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang

sifatnya membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini. Demikian Tugas

Akhir ini dibuat dengan harapan semoga berguna bagi semua pihak.

Medan, Agustus 2014

Hormat Penulis,

MODISSYA G.V SARAGIH

NIM. 1105052084


4/16

vii

DAFTAR ISI

SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ............................................................................ ii

LEMBAR PERSETUJUAN................................................................................... iii

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... iv

KATA PENGANTAR ........................................................................................... v

DAFTAR ISI .......................................................................................................... vii

DAFTAR TABEL .................................................................................................. ix

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. x

DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... xii

DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN .............................................................. xiii

INTISARI ............................................................................................................... xiv

ABSTRACT ........................................................................................................... xv

BAB I PENDAHULUAN ......................................................................... 1

A. Latar Belakang ................................................................... 1

B. Perumusan Masalah ........................................................... 3

C.

Tujuan Tugas Akhir ........................................................... 3

D.

Manfaat Tugas Akhir ......................................................... 4

E. Metode Pengumpulan Data ................................................ 4

BAB II LANDASAN TEORI ..................................................................... 5

A. Pandangan Umum Mengenai Alat Penukar Kalor ............. 5

B. Klasifikasi Penukar Kalor .................................................. 6


5/16

viii

C.

Jenis Jenis Alat Penukar Kalor ........................................ 7

D.

Klasifikasi Alat Penukar Kalor Berdasarkan Konstruksi

Penukar Kalor..................................................................... 15

E. Klasifikasi Alat Penukar Kalor Berdasarkan Mekanisme

Perpindahan Panas ............................................................. 22

F. Klasifikasi APK Menurut Susunan Aliran Fluida .............. 24

G.

Jumlah Lintasan Pada Alat Penukar Kalor ........................ 26

H.

Komponen Komponen Heat Exchanger.......................... 29I. Beda Temperatur Rata Rata Logaritma (LMTD)............ 43

J. Faktor Pengotoran (Fouling Factor) ................................... 45

BAB III PEMBAHASAN ............................................................................ 51

A. Konstruksi Alat Penukar Kalor Di PLTA Renun ............... 51

BAB IV ANALISA DATA .......................................................................... 66

A. Data Spesifikasi .................................................................. 66

BAB V PENUTUP ...................................................................................... 88

A. Kesimpulan ........................................................................ 87

B. Saran ................................................................................... 87

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN


6/16

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1 : Perbandingan Dari Susunan TubeAlat Penukar Kalor.36


7/16

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 : Chiller ........................................................................................... 7

Gambar 2.2 : Condenser .................................................................................... 8

Gambar 2.3 : Cooler ........................................................................................... 9

Gambar 2.4 : Evaporator .................................................................................... 10

Gambar 2.5 : Reboiler ........................................................................................ 11Gambar 2.6 : Heat Exchanger ............................................................................ 12

Gambar 2.7 : Vaporizer Sirkulasi Paksa ............................................................ 12

Gambar 2.8 : Vaporizer Sirkulasi Alamiah ........................................................ 13

Gambar 2.9 : Heater ........................................................................................... 14

Gambar 2.10 : Superheater................................................................................... 14

Gambar 2.11 : Ekonomizer .................................................................................. 15

Gambar 2.12 : Konstruksi Alat Penukar Kalor jenis Shell and Tube .................. 16

Gambar 2.13 : Alat Penukar Kalor Jenis Pipa Ganda .......................................... 18

Gambar 2.14 : Koil Pipa Heat Exchanger ............................................................ 19

Gambar 2.15 : Heat Exchanger Jenis Pipa Terbuka (Open Tube Section) .......... 20

Gambar 2.16 : Alat Penukar Kalor Jenis Spiral ................................................... 20

Gambar 2.17 : Alat Penukar Kalor Jenis Lamella ............................................... 21

Gambar 2.18 : Alat Penukar Kalor Jenis Gasket Plate ........................................ 22

Gambar 2.19 : Aliran Sejajar (Parallel Flow) ................................................... 24

Gambar 2.20 : Aliran Berlawanan (Counter Flow)........................................... 25

Gambar 2.21 : Unmixed Crossflow ..................................................................... 25

Gambar 2.22 : Mixed Unmixed Crossflow ....................................................... 26

Gambar 2.23 : Alat penukar kalor 1-1 pass, dan aliran berlawanan arah ............ 27

Gambar 2.24 : APK laluan 1-2 dengan counter parallel flow floating head ..... 28

Gambar 2.25 : Konstruksi-konstruksi shell berdasarkan TEMA ......................... 30

Gambar 2.26 : Tube dengan susunan segitiga (Triangular pitch)....................... 33


8/16

xi

Gambar 2.27 : Tube dengan susunan segitiga diputar 30o................................... 34

Gambar 2.28 : Tube dengan susunan bujur sangkar ............................................ 34

Gambar 2.29 : Tube dengan susunan bujur sangkar diputar 45o......................... 34

Gambar 2.30 : Sekat segmen tunggal................................................................... 38

Gambar 2.31 : Sekat segmen ganda ..................................................................... 38

Gambar 2.32 : Sekat segmen triple ...................................................................... 39

Gambar 2.33 : Sekat segmen dimana tidak terdapat tube pada jendela sekat ...... 39

Gambar 2.34 : Sekat cakram dan donat ............................................................... 39Gambar 2.35 : Sekat orifis ................................................................................... 40

Gambar 2.36 : Sekat batang (rod baffle) .............................................................. 41

Gambar 3.1 : Sistem aliran fluida pada alat penukar kalor ................................ 51

Gambar 3.2 : Distribusi suhu dalam penukar kalor aliran berlawanan arah ...... 57

Gambar 3.3 : Grafik faktor koreksi .................................................................... 58


9/16

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 : Sifat sifat fisik air

Lampiran 2 : Sifat sifat zat cair jenuh


10/16

xiii

DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN

U = Koefisien perpindahan panas menyeluruh

Nb = Jumlah baffle

TLMTD = Selisih temperatur rata-rata logaritmik

Cpc = Panas jenis air [kJ/kg K]

Cph = Panas jenis minyak pelumas [J/kg K]

Pt = Jarak tube dari pusat (m)v = Kecepatan oli [m

2/s]

Re = Bilangan Reynold

Nu = Bilangan Nusselts

Q = Laju aliran perpindahan panas [W]

At = Luas perpindahan panas total [m2]

L = Panjang tabung [m]

Tci = Suhu masuk air []

Tco = Suhu keluar keluar []

Thi = Suhu oli masuk []

Thi = Suhu oli keluar []

Ma = Laju aliran air [kg/s]

Mo = Laju aliran oli [kg/s]

Ds = Diameter dalam shell [mm]

Do = Diameter luar tube [mm]

Di = Diameter dalam tube [mm]

Ps = Tekanan dalam (shell) [bar]


11/16

xiv

INTISARI

Alat penukar kalor merupakan salah satu alat yang dipergunakan untuk

perpindahan energi dalam bentuk panas antara 2 fluida yang berbeda suhunya. Fluida

yang saling bertukar energi tersebut dapat merupakan 2 fluida yang berbeda fasanya

(cair - gas) atau fasa yang sama (cair cair atau gas gas) dan fluida juga dapat

bertukar energi dengan satu jenis fluida saja.

Pada Laporan Tugas Akhir ini, alat penukar kalor yang digunakan di PLTARenun ialah APK shell and tube tipe pipa ganda aliran berlawanan arah (counter

flow)dengan 1-2 pass.Alat penukar kalor tipe shell and tube ini difungsikan untuk

mendinginkan oli upper dan thrust guide bearingGenerator Sinkron 41 MW dengan

mengunakan fluida air. Q = 240000W, LMTD = 16,50, L = 2,22m, = 55%.

Kata Kunci: Alat penukar kalor Shell and tube


12/16

xv

ABSTRACT

Heat exchanger is one of the equipment that used for heat transferring

between 2 fluid which has different temperatures. The fluid could be a different phase

fluid (liquid gas) or same phase (liquid liquid or gas gas) or fluid also could

exchange with the same kind of fluid.

In this last assignment, PLTA Renun is using shell and tube heat exchanger

double pipe counter flow type with 1-2 pass. This shell and tube heat exchanger have

function for coolling upper oil and thrust guide bearing of generator sinkron 41MW

by using water fluids. Q = 240000W, LMTD = 16,50, L = 2,22m, = 55%.

\Keyword: Shell and Tube Heat Exchanger


13/16

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Alat penukar kalor atau Heat Exchanger (HE) adalah alat yang digunakan

untuk memindahkan energi panas antara 2 (dua) fluida yang berbeda suhunya

tanpa perpindahan massa dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun pendingin.

Fluida yang saling bertukar energinya tersebut dapat dapat merupakan 2 (dua)

fluida yang berbeda fasenya (cair gas) atau mempunyai fase yang sama (cair

cair atau gas gas) dan dapat merupakan satu jenis fluida saja.

Energi dapat berpindah dalam bentuk panas dari suatu zat ke

lingkungannya atau zat lain apabila di antara kedua zat tersebut beda

temperaturnya. Jadi beda temperatur merupakan potensial utama terjadinya

perpindahan energi dalam bentuk panas yang sering atau lebih popular di singkat

dengan perpindahan panas saja.

Proses terjadinya perpindahan panas dapat dilakukan secara langsung,

yaitu fluida yang panas akan bercampur secara langsung dengan fluida dingin

tanpa adanya pemisah dan secara tidak langsung, yaitu bila diantara fluida panas

dan fluida dingin tidak berhubungan lansung tetapi dipisahkan oleh sekat sekat

pemisah.

Sesuai dengan fungsinya, alat penukar kalor diperlukan untuk sistem

sistem yang berkaitan dengan pemakaian energi, oleh karena itu pemakaian alat

ini sangat luas. Di industri proses termal seperti petrokimia, industri makanan,

baja, kimia dasar, industri agro dan pembangkit energi baik dari segi jumlah

maupun nilai pemakaian alat penukar kalor perananannya cukup penting. Dengan


14/16

pertumbuhan di sektor industri yang semakin cepat, kebutuhan untuk alat penukar

kalor akan semakin meningkat. Oleh karena itu, penelitian pada berbagai tipe

penukar kalor untuk mendapatkan suatu penukar kalor yang mempunyai prestasi

kerja yang baik terus dilakukan.

Efektivitas dari alat penukar kalor didefinisikan sebagai perbandingan

antara perpindahan kalor nyata dengan perpindahan kalor maksimum yang

mungkin terjadi. Perpindahan kalor nyata dengan kalor maksimum yang mungkin

terjadi. Perpindahan kalor nyata merupakan perpindahan kalor yang diterima

fluida dingin. Sedangkan perpindahan kalor maksimum mungkin terjadi bila satu

fluida mengalami perbedaan suhu sebesar beda suhu maksimum yang terdapat

dalam alat penukar kalor tersebut, yaitu selisih antara suhu masuk fluida panas

dan fluida dingin. Untuk Alat Penukar Kalor (APK) yang baik harus mempunyai

efektivitas yang tinggi yang dipengaruhi oleh bentuk pipa, temperatur dan

kecepatan dari udara masuk baik dingin maupun panas serta keadaan lingkungan.

Salah satu tipe dari alat penukar kalor yang banyak dipakai adalah Shell

and Tube Heat Exchanger. Alat ini terdiri dari sebuah shellsilindris di bagian luar

dan sejumlah tube (tube bundle) di bagian dalam, dimana temperatur fluida di

dalam tube bundleberbeda dengan di luar tube (di dalam shell) sehingga terjadi

perpindahan panas antara aliran fluida di dalam tube dan di luar tube. Adapun

daerah yang berhubungan dengan bagian dalam tubedisebut dengan tube sidedan

yang di luar tubedisebut shell side.

Didasarkan atas definisi definisi yang menjelaskan tentang Alat Penukar

Kalor dan karena alat penukar kalor telah dibahas pada mata kuliah Mesin Fluida

dan Perpindahan Panas pada semester sebelumnya, maka penulis tertarik untuk

mengangkatnya sebagai judul dan bahasan dalam Laporan Tugas Akhir. Adapun

yang menjadi judul dari Laporan Tugas Akhir tersebut adalah Analisa


15/16

Performansi Alat Penukar Kalor (Heat Exchanger) Tipe Shell And Tubedi PLTA

Renun.

B. Perumusan Masalah

Pada laporan tugas akhir analisa performansi alat penukar kalor (Heat

Exchanger) tipe shell and tube ini, penulis membatasi masalah yang akan dibahas

yaitu:

1. Apa saja jenis jenis dari APK?

2. Bagaimana mengetahui efektivitas alat penukar kalor tipe shell and tube?

C. Tujuan Tugas Akhir

Adapun yang menjadi tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah:

1. Untuk mengetahui jenis jenis dari APK.

2. Untuk mengetahui prinsip kerja APK tipe shell and tube.

3. Untuk mengetahui efektivitas APK di PLTA Renun.

4. Untuk mengetahui panjang dari APK.

5. Untuk mengetahui kaitan Hukum Thermodinamika dan Heat Transfer

dengan APK.


16/16

D. Manfaat Tugas Akhir

Adapun manfaat dari penulisan Tugas Akhir ini adalah:

1. Sebagai pengembangan ilmu pengetahuan khususnya ilmu perpindahan

panas.

2. Membantu para pembaca yang ingin menambah pengetahuan tentang ilmu

perpindahan panas dan thermodinamika.

E. Metode Pengumpulan Data

Pengumpulan data mengenai analisa tugas akhir ini diperoleh penulis

dengan cara:

1.

Data yang diperoleh penulis dalam penyusunan tugas akhir ini didapat dari

pengambilan data akurat di PT. PLN (Persero) Sektor Pembangkitan

Pandan Sibolga Unit PLTA Renun, Desa Silalahi Kabupaten Dairi,

Sumatera Utara.

2. Studi Literatur di Politeknik Negeri Medan dan juga dari berbagai sumber

lainnya seperti internet dan buku mengenai alat penukar kalor dan

Thermodinamika.

3.

Konsultasi dengan Dosen Pembimbing.

4. Menganalisa data data tersebut untuk mendapatkan perhitungan

efisisensi APK tipe shell and tube.

elektronika 2014

Documents