BAB I

PENDAHULUAN

Di zaman sekarang ini, energi listrik termasuk kebutuhan paling

vital dalam kehidupan. Semua lapisan penting dalam suatu negara seperti

masyarakat, perkantoran, industri tidak bisa terlepas dari pemanfaatan

energi ini. Di Negara kita, untuk memproduksi listrik dilakukan oleh

bermacam-macam jenis instalasi pembangkit listrik yang sangat rumit.

Salah satunya adalah PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap).

PLTU adalah lembaga pembangkitan energi listrik yang dalam

proses kerjanya memanfaatkan tenaga uap untuk membangkitkan energi

listrik. Jika menerangkan tentang Siklus PLTU, hal pertama yang harus

diketahui adalah bahan baku dari PLTU itu sendiri yakni air, serta bahan

bakar tentunya. Air ini bukan sembarang air. Air yang digunakan dalam

siklus PLTU ini disebut air demin, yakni air yang mempunyai kadar

conductivity (Kemampuan untuk menghantarkan listrik) sebesar 0.2 µs

(mikro siemen). Sebagai perbandingan air mineral yang kita minum

sehari-hari mempunyai kadar conductivity Sekitar 100 – 200 µs.

Untuk mendapatkan air demin ini, setiap unit PLTU biasanya

dilengkapi dengan Desalination Plant dan Demineralization Plant yang

berfungsi untuk memproduksi air demin ini. Jika kita melihat secara

sederhana bagaimana siklus PLTU itu, lihat saja proses memasak air. Air

dimasak hingga menguap dan uap ini lah yang digunakan untuk memutar

turbin dan generator yang nantinya akan menghasilkan energi listrik. Dan

sebelum turbin dan generator tersebut dapat berputar oleh uap, dalam

suatu instalasi PLTU diperlukan satu perangkat komponen / mesin untuk

menghasilkan uap, yaitu Ketel uap (Boiler). Di dalam Instalasi ketel uap

juga terdapat komponen-komponen pembantu lain, salah satu yang paling

1

penting adalah Heater.

Heater merupakan suatu alat penukar kalor yang memanfaatkan

panas gas asap untuk memanaskan udara pembakaran agar didapatkan

proses pembakaran bahan bakar yang sempurna di ruang bakar. Heater

pun terdiri dari beberapa jenis, tergantung dari fungsinya masing-masing

dalam suatu instalasi. Yang akan dibahas dalam penulisan ini adalah

penelitian dalam mendesain salah satu dari jenis heater, yaitu Heat

exchanger

Heat exchanger adalah alat yang digunakan untuk mentransfer

panas dari suatu media ke media yang lain yang mempunyai perbedaan

temperatur. Alat ini selain sering dijumpai pada industri yang

menggunakan Ketel Uap (Boiler), kondenser, cooling tower, juga

digunakan dalam peralatan rumah tangga seperti Air Conditioner (AC),

Lemari Es, serta pada radiator kendaraan.

Jika Heat exchanger dapat bekerja dengan baik, maka tentunya sangat

mempengaruhi siklus kerja instalasi secara keseluruhan. Contohnya,

proses kerja yang terjadi pada pada mesin Ketel Uap (Boiler), sangat

diperngaruhi oleh Heater (Heat exchanger) agar proses mengubah air

menjadi uap dapat terjadi. Dan hal yang cukup mempengaruhi efektifitas

serta performa kerja dari Heat exchanger tersebut adalah rancangan atau

desain awal dari Heat exchanger itu sendiri.

Untuk mendapatkan suatu rancangan / desain dari Heat exchanger,

sebelumnya perlu diketahui unsur-unsur terkait yang bekerja dalam Heat

exchanger tersebut nantinya. Karena hal tersebut tentunya akan

mempengaruhi perkiraan-perkiraan yang patut dipertimbangkan dalam

mendesain Heat exchanger. Seperti diantaranya adalah penjelasan

mengenai jenis fluida yang bekerja, besarnya temperatur masuk dan

2

keluar, besarnya tekanan, kapasitas, dan lain sebagainya. Setelah

mengetahui hal tersebut, proses mendesain kemudian dapat dilakukan

dengan memperkirakan berapakah besarnya luas bidang pemanasan

efektif pada Heat exchanger dan penjelasan lain mengenai jenis-jenis

komponen-komponen pendukung di dalamnya.

Unit penukar kalor adalah suatu alat untuk memindahkan panas

dari suatu fluida ke fluida yang lain. Sebagian besar dari industri-industri

yang berkaitan dengan pemprosesan selalu menggunakan alat ini,

sehingga alat penukar kalor ini mempunyai peran yang penting dalam

suatu proses produksi atau operasi.

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Tinjauan Umum alat Penukar Panas

Istilah umum yang digunakan untuk alat penukar panas ialah Heat

Exchanger. Hal ini disesuaikan dengan fungsinya sebagai pemindah

panas atau antara cairan dengan gas, melewati suatu dinding pemisah.

Peralatan tersebut dapat dikatakan alat penukar panas. Fungsi alat

penukar panas ialah untuk menaikkan suhu fluida dingin dan menaikkan

suhu fluida panas.

Adapun tujuan dari pertukaran panas didalam suatu proses adalah :

1. Memasukkan atau mendinginkan fluida hingga mencapai

temperatur tertentu yang didinginkan di dalam proses berikutnya.

Misalnya pemanasan reaktan, pendinginan produk pada cooler.

2. Mengubah keadaan fasa fluida

Misalnya kondensasi, destilasi, evaporasi.

Pada alat penukar panas, proses perpindahan panas tersebut

dapat terjadi secara langsung maupun tidak langsung, yaitu :

1. Alat penukar panas yang lansung, ialah dimana fluida panas akan

bercampur dengan fluida dingin secara langsung tanpa adanya

pemisahan dalam suatu bejana atau ruangan tertentu.

2. Alat penukar kalor yang tidak langsung, ialah dimana fluida panas

tidak berhubungan langsung (indirect contact) dengan fluida

dingin. Jadi proses perpindahan panasnya itu mempunyai media

perantara, seperti pipa, pelat atau peralatan jenis lainnya.

4

B. Jenis Alat Penukar Panas

Jenis Alat Penukar Panas yang Sering Dipakai dapat diklafikasikan

mnjadi :

1. Beradasrkan Arah Aliran pada Alat Penukar Panas

Tipe aliran di dalam alat penukar panas ini ada 4 macam aliran yaitu :

- Counter current flow (aliran berlawanan arah)

- Paralel flow/co current flow (aliran searah)

- Cross flow (aliran silang)

- Cross counter flow (aliran silang berlawanan)

2. Berdasarkan Prinsip Kerja

- Surface Exchanger

Perpindahan panas dilakukan melalui batas pemisah dimana aliran

fluidanya tidak bercampur.

- Kontak Langsung

Perpindahan panas terjadi secara kontak langsung antara kedua

fluida.

3. Beradasarkan fungsi alat

- Kondensor

Digunakan untuk mengembunkan uap dengan cara memindahkan

panas latennya ke media pendingin, media pendingin yang biasa

dipakai yaitu air.

- Cooler

Digunakan untuk mendinginkan cairan atau gas dengan

mempergunakan air sebagai media pendingin. Pada umumnya

tidak akan terjadi perubahan fase dari kedua fluida.

- Chiller

Digunakan untuk mendinginkan fluida sampai pada temperatur

sangat rendah. Temperatur pendinginan didalam chiller jauh lebih

rendah bila dibandingkan dengan pendinginan yang dilakukan

5

dengan pendingin air. Media pendinginan yang digunakan adalah

amoniak dan feron.

- Reboiler

alat penukar panas ini bertujuan untuk mendinginkan kembali serta

menguapkan sebagian cairan yang diproses. Media pemanas yang

sering digunakan adalah uap atau zat panas yang sedang diproses

itu sendiri.

- Boiler

alat untuk merubah fasa air menjadi uap melalui proses transfer

energ atau pemanasan.

- Super heater

Alat penukar panas yang digunakan untuk mengubah uap basah

(saturated steam) menjadi uap kering(superheater steam).

6

BAB III

PEMBAHASAN

A. Prinsip dan Teori Dasar Perpindahan Panas

Panas adalah salah satu bentuk energi yang dapat dipindahkan

dari suatu tempat ke tempat lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau

dimusnahkan sama sekali. Dalam suatu proses, panas dapat

mengakibatkan terjadinya kenaikan  suhu suatu zat dan atau perubahan

tekanan, reaksi kimia dan kelistrikan.

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

langsung tetapi dipisahkan oleh sekat-sekat pemisah.

1. Perpindahan Panas Secara Konduksi

            Merupakan perpindahan panas antara molekul-molekul yang

saling berdekatan antar yang satu dengan yang lainnya dan tidak diikuti

oleh perpindahan molekul-molekul tersebut secara fisik. Molekul-molekul

benda yang panas bergetar lebih cepat dibandingkan molekul-molekul

benda yang berada dalam keadaan dingin. Getaran-getaran yang cepat

ini, tenaganya dilimpahkan kepada molekul di sekelilingnya sehingga

menyebabkan getaran yang lebih cepat maka akan memberikan panas.

2. Perpindahan Panas Secara Konveksi

            Perpindahan panas dari suatu zat ke zat yang lain disertai dengan

gerakan partikel atau zat tersebut secara fisik.

7

3. Perpindahan Panas Secara Radiasi

            Perpindahan panas  tanpa melalui media (tanpa melalui molekul).

Suatu energi dapat dihantarkan dari suatu tempat ke tempat lainnya (dari

benda panas ke benda yang dingin) dengan pancaran gelombang

elektromagnetik dimana tenaga elektromagnetik ini akan berubah menjadi

panas jika terserap oleh benda yang lain.

Gambar 1. Perpindahan Kalor pada Heat Exchanger\

Pada Dasarnya prinsip kerja dari alat penukar kalor yaitu

memindahkan panas dari dua fluida padatemperatur berbeda di mana

transfer panas dapat dilakukan secara langsung ataupun tidak langsung.

a. Secara kontak langsung

panas yang dipindahkan antara fluida panas dan dinginmelalui

permukaan kontak langsung berarti tidak ada dinding antara kedua

fluida.Transfer panas yang terjadi yaitu melalui interfase / penghubung

antara kedua fluida.Contoh : aliran steam pada kontak langsung yaitu 2

zat cair yang immiscible (tidak dapat bercampur), gas-liquid, dan partikel

padat-kombinasi fluida.

8

b. Secara kontak tak langsung

perpindahan panas terjadi antara fluida panas dandingin melalui

dinding pemisah. Dalam sistem ini, kedua fluida akan mengalir.

Adapun komponen pada pembangkit PLTU di PT. Makassar te’ne yang

mengalamai proses perpindahan panas yaitu :

B. Boiler Pulverize

1. Prinsip Kerja

Sebuah boiler batu bara bubuk adalah energy yang atau utilitas boiler

yang menghasilkan energi panas dengan membakar batu bara bubuk

(juga dikenal sebagai batubara bubuk atau debu batubara karena sehalus

bedak di makeup kosmetik) yang ditiupkan ke dalam tungku.

Gambar 2 Boiler PLTU

9

Ide dasar dari sistem pembakaran menggunakan bahan bakar

bubuk adalah dengan menggunakan volume seluruh tungku untuk

pembakaran bahan bakar padat. Batubara adalah tanah dengan ukuran

butir halus, dicampur dengan udara dan dibakar dalam aliran gas buang.

Biomassa dan bahan lainnya juga dapat ditambahkan ke dalam

campuran. Batubara mengandung bahan mineral yang diubah menjadi

abu selama pembakaran. Abu dihapus sebagai bottom ash dan fly ash.

Bottom ash dihapus di bagian bawah tungku.

Jenis boiler mendominasi industri tenaga listrik, menyediakan uap untuk

menggerakkan turbin besar. Bubuk batu bara menyediakan energi panas

yang memproduksi sekitar 50% dari pasokan listrik dunia.

Konsep batubara pembakaran yang telah ditumbuk menjadi bubuk

halus berasal dari keyakinan bahwa jika batubara dibuat cukup baik, hal

itu akan membakar hampir dengan mudah dan efisien sebagai gas.

Tingkat makan batubara sesuai dengan permintaan boiler dan jumlah

udara yang tersedia untuk pengeringan dan mengangkut bahan bakar

batu bara bubuk dikendalikan oleh komputer. Potongan batu bara yang

hancur antara bola atau rol silinder yang bergerak antara dua trek atau

"ras." The batubara mentah ini kemudian dimasukkan ke dalam pulverizer

bersama dengan udara dipanaskan sampai sekitar 650 derajat F dari

boiler. Sebagai batubara akan dihancurkan oleh aksi bergulir, mengering

udara panas dan pukulan yang digunakan batubara serbuk halus keluar

untuk digunakan sebagai bahan bakar. Batubara bubuk dari pulverizer

secara langsung ditiup ke burner di boiler. Burner mencampur bubuk

batubara dalam suspensi udara dengan tambahan pra-dipanaskan udara

pembakaran dan memaksanya keluar dari nozzle yang sama dalam

tindakan untuk bahan bakar yang dikabutkan oleh injektor bahan bakar di

mobil modern. Dalam kondisi operasi, ada cukup panas di zona

pembakaran untuk membakar semua bahan bakar yang masuk.

10

Boiler terdiri dari dua komponen utama yaitu:

• Ruang bakar sebagai alat untuk mengubah energi kimia menjadi

energi panas.

• Alat penguapan terdiri dari pipa-pipa penguap yang mengubah energi

pembakaran (energi kimia) menjadi energi potensial uap, (energi panas).

2. Konstruksi boiler dari beberapa bagian antara lain :

- Tube Wall

Tube Wall adalah merupakan pipa yang dirangkai membentuk dinding

dan dipasang secara vertikal pada 4 (empat) sisi, sehingga membentuk

ruangan persegi empat yang disebut ruang bakar.

Fungsi tube wall adalah alat pemanas air dengan bidang yang luas

sehingga mempercepat proses penguapan.

- Burner (Alat Pembakaran)

Burner pada boiler dilengkapi dengan Nozzle dan Diffusor udara sehingga

dengan kedua peralatan tersebut terjadi pengabutan bahan bakar dan

udara bercampur untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna.

- Boiler Drum

Boiler drum terbuat dari plat baja yang berbentuk silinder dan dipasang

mendatar di atas rangkaian pipa-pipa pemanas.

Fungsi Boiler Drum adalah untuk menampung air pengisi dan uap basah

dari Tube Wall sekaligus untuk pemisah antara uap dan air.

- Super heater (Pemanas Lanjut)

Super Heataer adalah suatu alat yang kontruksinya merupakan

rangkaian pipa-pipa yang berbentuk spiral diletakkan di bagian atas ruang

pembakaran.

Fungsi dari Super Heater adalah untuk memanaskan uap basah menjadi

uap kering.

· Economizer

11

Economiser adalah suatu alat yang konstruksinya merupakan rangkaian

pipa-pipa yang berbentuk spiral dan dipasang pada saluran gas bekas

yang berfungsi untuk memanaskan air sebelum masuk ke Boiler Drum.

· Air heater (Pemanas Udara)

Air Hetaer adalah suatu alat yang konstruksinya dapat dibuat dari pipa

lurus yang disusun pada saluran gas bekas dan berfungsi untuk

memanaskan udara pembakar.

3. Komponen Pendukung Boiler

Komponen pendukung Boiler terdiri dari : Forced Draft Fan, MFO

Heater, Air Preheat Coil, Air Heater, Burner, Gas Recirculating Fan, Soot

Blower dan Safety Valve.

1. Forced Draft Fan

Alat yang berupa fan (kipas) ini berfungsi untuk memasukkan udara

pembakaran secara paksa ke dalam furnace, terpasang pada bagian

ujung saluran air intake boiler dan digerakkan oleh motor listrik.

2. MFO Heater

MFO Heater merupakan alat yang berfungsi untuk memanaskan

bahan bakar berupa MFO dengan tujuan menurunkan viskositas dari

MFO. Hal ini perlu dilakukan karena MFO memiliki viskositas yang relatif

tinggi (satu tingkat di bawah aspal) sehingga sulit untuk teratomisasi di

burner. Dengan proses pemanasan maka viskositas MFO dapat

diturunkan sehingga dapat teratomisasi dengan baik dan menghasilkan

pembakaran yang baik.

3. Air Preheat Coil

Alat yang berfungsi untuk memanaskan udara sebelum memasuki

Air Heater dengan sumber panas berasal dari air Deaerator. Udara yang

akan memasuki Air Heater harus dipanaskan terlebih dulu agar tidak

12

terjadi thermal stress akibat perbedaan suhu yang ekstrim.

4. Air Heater

Air Heater merupakan alat pemanas udara, dimana panas diambil

dari gas buang hasil pembakaran sebelum masuk ke cerobong (stack).

Dengan pemanfaatan gas buang ini, maka dapat menghemat biaya bahan

bakar sehingga bisa meningkatkan efisiensi pembakaran.

Air Heater yang digunakan pada PLTU adalah tipe Ljungstrom. Tipe ini

paling banyak digunakan di dunia karena performa dan ketahanannya

yang telah teruji. Selain itu tipe ini dapat digunakan dalam jangka waktu

yang lama sebelum dilakukan overhaul. Perbaikan dan perawatan berkala

mudah dilakukan pada Air Heater tipe ini karena desainnya yang

sederhana. Air Heater terdiri dari hot end element dan cold end element.

Air Heater yang digunakan di PLTU merupakan Air Heater jenis

Regenerative, yaitu gas sisa pembakaran dilalukan pada sebuah selubung

tertutup untuk memanaskan sebagian dari elemen air heater, dan elemen

yang dipanaskan ini, diputar ke selubung yang lain dimana disini dilalukan

udara yang akan dipanaskan, sehingga terjadi perpindahan panas secara

konduksi.

5. Burner

Alat yang berfungsi untuk membakar campuran antara bahan bakar

(fuel) dengan udara (air) di dalam ruang bakar (furnace) pada boiler.

6. Gas Recirculating Fan

Alat ini berfungsi untuk mengarahkan sebagian flue gas (gas sisa

pembakaran) kembali ke furnace untuk meningkatkan efisiensi boiler.

7. Soot Blower

Sootblower merupakan peralatan tambahan boiler yang berfungsi

untuk membersihkan kotoran yang dihasilkan dari proses pembakaran

yang menempel pada pipa-pipa wall tube, superheater, reheater,

economizer, dan air heater . Tujuannya adalah agar perpindahan panas

tetap berlangsung secara baik dan efektif . Sebagai media pembersih

13

digunakan uap. Suplai uap ini diambil dari primary superheater melalui

suatu pengaturan tekanan PVC yang diset pada tekanan 40 kg/cm 2.

Setiap sootblower dilengkapi dengan poppet valve untuk mengatur

kebutuhan uap sootblower. Katup ini membuka pada saat sootblower

dioperasikan dan menutup kembali saat lance tube dari sootblower

tersebut mundur menuju stop.

Dilihat dari cara kerja/mekanisme pengoperasiannya sootblower

dibagi atas :

Short Retractable Sootblower / Furnace Wall Blower , digunakan

untuk membersihkan pipa-pipa penguap (wall tube) pada daerah

furnace.

Long Retractable Sootblower, digunakan untuk membersihkan

pipa-pipa superheater, dan reheater.

Air Heater Sootblower, digunakan untuk membersihkan elemen-

elemen air Heater.

8. Safety Valve

Safety valve berfungsi sebagai pengaman ketika terjadi tekanan uap

yang berlebih yang dihasilkan oleh boiler. Tekanan berlebih ini dapat

terjadi karena panas boiler yang berlebihanatau adanya penurunan beban

turbine secara drastis.

C. Kondensor

Kondensor adalah suatu alat yang berfungsi untuk

mengkondensasikan uap bekas dari turbin menjadi air. Kondensor terbuat

dari plat baja berbentuk silinder yang diletakkan secara mendatar dan

didalamnya dipasang pipa-pipa pendingin yang terbuat dari kuningan

paduan.

14

Gambar 3 Kondensor

a. Peralatan pada Kondensor

- Ejector

Fungsinya adalah untuk membuat ruangan kondensasi di dalam

kondensor menjadi vaccum (Hampa) sehingga uap bekas dari turbin

mengalir ke ruang kondensor tersebut dengan cepat dan bersinggungan

terhadap pipa-pipa pendingin kondensor yang akhirnya uap tersebut

menjadi air kondensat.

- Pompa Air Kondensat (Condensat Pump)

Pompa tersebut untuk memompakan air kondensat dari dalam bak

penampungan (Hotwell) ke tanki air pengisi.

- Pompa Air Pendingin (Cooling Water Pump)

Pompa tersebut untuk memompakan air kedalam kondensor dan lat

pendingin lainnya yang dipompakan dari sungai, laut atau bak

penampungan bagi unit yang menggukan pendingin tertutup.

15

BAB IV

PENUTUP

A. Kesimpulan

B. Saran

16

DAFTAR PUSTAKA

17