laporan tugas besar he
Post on 08-Apr-2016
206 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
ANALISIS ENERGI INTERCOOLER METODE LMTD
PT INDONESIA POWER UBP KAMOJANG
diajukan untuk memenuhi tugas besar mata kuliah penukar panas tahun ajaran
2014/2015
Anggota kelompok:
Ahmad Romadun 13111014
Arif Nugroho 13111022
Muhammad Azka 13111038
Muhammad Kamal W 13111039
Moch. Yusuf Bachtiar 13111073
Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Abdurrachim
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2014
2
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ............................................................................................................................. 2
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................ 3
DAFTAR TABEL ..................................................................................................................... 4
BAB I ........................................................................................................................................ 5
PENDAHULUAN .................................................................................................................... 5
1.1 Latar Belakang .......................................................................................................... 5
1.2 Objektif ..................................................................................................................... 5
1.3 Tujuan ....................................................................................................................... 6
1.4 Ruang Lingkup Masalah ........................................................................................... 6
BAB II ....................................................................................................................................... 7
STUSI KASUS ......................................................................................................................... 7
2.1 Penukar Panas yang Dibutuhkan .............................................................................. 7
2.2 Plate Heat Exchanger ................................................................................................ 9
BAB III ................................................................................................................................... 13
PENGOLAHAN DATA ......................................................................................................... 13
3.1 Perhitungan LMTD ................................................................................................. 15
3.2 Perhitungan U (overall heat transfer coefficient) .................................................... 16
3.3 Perhitungan Q (heat transfer rate) ........................................................................... 20
3.4 Perhitungan Efectiveness (E) .................................................................................. 20
3.5 Perhitungan Cost (Biaya) Intercooler ..................................................................... 21
BAB IV ................................................................................................................................... 22
ANALISIS .............................................................................................................................. 22
BAB V .................................................................................................................................... 24
KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................................... 24
5.1 Kesimpulan ............................................................................................................. 24
5.2 Saran ....................................................................................................................... 24
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................. 25
3
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema Operasi Intercooler PT. Indonesia Power Kamojang PLTP
Darajat ..........................................................................................................................8
Gambar 2.2 Skema Operasi Intercooler PT. Indonesia Power Kamojang PLTP
Darajat..........................................................................................................................9
Gambar 2.3. Plate Heat Exchanger tipe Chevron....................................................10
Gambar 2.4 Intercooler PLTP Kamojang.................................................................11
Gambar 2.5 Plate Heat Exchanger PLTP Kamojang...............................................12
4
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Spesifikasi desain intercooler PLTP Kamojang........................................13
Tabel 3.2 Parameter proses dalam desain intercooler PLTP Kamojang....................14
Tabel 3.3 Data kondisi opersi pada intercooler PLTP Kamojang..............................14
Tabel 3.4 Tabel konstanta chevron untuk perhitungan..............................................17
5
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Penukar panas merupakan perangkat yang cukup vital dalam kehidupan
sehari-hari, termasuk dalam dunia pembangkitan energi. PT. Indonesia Power UBP
Kamojang merupakan salah satu perusahaan pembangkitan listrik dengan
memanfaatkan panas bumi sebagai sumber energi primernya. Untuk mendukung
performa yang optimal pada sistem pembangkitannya, peralatan penukar panas sangat
berperan penting. Perangkat penukar panas yang penting dalam sistem pembangkitan
PT. Indonesia Power UBP Kamojang diantaranya adalah kondensor, cooling tower,
dan pendingin-pendingin komponen seperti turbin, generator, motor pompa dan
sebagainya.
Analisis sistem penukar panas pada suatu sistem pembangkit sangat penting
agar sesuai dengan performa yang diinginkan. Terganggunya performa komponen
penukar panas akan menyebabkan performa keseluruhan sistem pembangkit akan
menurun.
1.2 Objektif
Menganalisis salah satu penukar panas yang ada dalam proses pembangkitan
energi listrik di PT. Indonesia Power UBP Kamojang
Memenuhi tugas mata kuliah pilihan MS4035 Penukar Panas di program studi
Teknik Mesin, Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara - Institut Teknologi
Bandung
6
1.3 Tujuan
Menentukan nilai LMTD, Overall Heat Transfer (U), perpindahan
panas(Q), dan Efectiveness (E) dari Intercooler PT. Indonesia Power
Kamojang UBP Kamojang
Menganalisis kinerja dari Intercooler PT. Indonesia Power Kamojang
UBP Kamojang
Menentukan biaya Intercooler PT. Indonesia Power Kamojang UBP
Kamojang
1.4 Ruang Lingkup Masalah
Laporan ini hanya akan membahas analisis energi dengan metode LMTD
pada intercooler yang terdapat di PT Indonesia Power UBP Kamojang unit 2.
7
BAB II
STUSI KASUS
2.1 Penukar Panas yang Dibutuhkan
Pada Unit Bisnis Pembangkit Kamojang PLTP Darajat, terdapat sebuah
secondary cooling water system yang digunakan untuk mendinginkan beberapa
komponen seperti generator cooler, lube oil cooler, dan kompresor. Secondary
cooling water system mempunyai siklus tertutup sehingga tidak memerlukan supply
air dari luar secara terus menerus. Kadar pH pada air yang mengalir di secondary
cooling water system harus dijaga dalam keadaan netral. Jika kadar pH meningkat,
maka akan terjadi scale formation, yaitu terbentuknya lapisan dari kristalisasi
senyawa-senyawa kimia pada air. Jika kadar pH menurun, maka korosi akan mudah
terjadi. Oleh karena itu, temperatur air pada secondary cooling water system harus
dijaga pada nilai tertentu agar nilai pH fluida pendingin dapat dikendalikan sehingga
komponen-komponen yang didinginkan mempunyai umur yang panjang.
Untuk menjaga temperatur secondary cooling water system, dibutuhkan
sebuah pendingin. Pendingin tersebut adalah air dari primary cooling water system
yang diperoleh dari cooling tower. Berbeda dengan secondary cooling water system,
primary cooling water system menggunakan siklus terbuka. Fluida pendingin pada
primary cooling water system diperoleh dari uap yang didinginkan di cooling tower.
Fungsi utama dari primary cooling water adalah sebagai pendingin secondary cooling
water.
Dibutuhkan suatu media agar terjadi perpindahan panas antara fluida dingin
dari primary cooling water system dengan fluida panas dari secondary cooling water
system. Media tersebut adalah intercooler. Intercooler merupakan suatu heat
exchanger (alat penukar panas) yang berfungsi sebagai media perpindahan panas
8
antara dua fluida yang mengalir di dalamnya. Penukar panas yang digunakan berupa
plate heat exchanger, terdiri dari tumpukan pelat yang mempunyai bentuk khusus dan
mempunyai saluran untuk mengalirkan fluida.
Berikut ini gambaran skema operasi intercooler pada PT Indonesia Power
UBP Kamojang PLTP Darajat, yang kemungkinan sama dengan PLTP Kamojang
unit 2 :
Gambar 2.1 Skema Operasi Intercooler PT. Indonesia Power Kamojang PLTP Darajat
9
Gambar 2.2 Skema Operasi Intercooler PT. Indonesia Power Kamojang PLTP Darajat
Pada Unit Darajat I, terdapat satu buah unit pembangkit dan memiliki satu
unit intercooler. Unit Darajat I merupakan unit yang mulai beroperasi pada tahun
1994 dengan kapasitas pembangkitan sebesar 55 MW. Sedangkan untuk Unit
Kamojang I beroperasi sejak 1983 (dengan kapasitas 30 MW) dan Unit II, III
Kamojang beroperasi sejak 1987 (dengan kapasitas masing-masing 55 MW).
2.2 Plate Heat Exchanger
Plate heat exchanger merupakan alat penukar panas yang tidak memakan
ruang yang banyak dan mempunyai koefisien perpindahan panas yang baik. Pelat
yang digunakan pada plate heat exchanger merupakan pelat tipis yang memiliki pola
khusus pada permukaan dan memiliki empat lubang sebagai saluran fluida. Pola
khusus pada permukaan pelat membuat aliran fluida menjadi turbulen sehingga
koefisien perpindahan panas menjadi tinggi. Pola tersebut juga membantu
meningkatkan luas permukaan efektif perpindahan panas. Pola yang digunakan pada
10
plate heat exchanger UBP Kamojang PLTP Kamojang unit 2 adalah produk dari
Alfa-Laval Engineering model AM-20FM single pass tipe Chevron.
Gambar 2.3. Plate Heat Exchanger tipe Chevron
(sumber: http://www.wassertech.net/content/view/15/51/lang,thai/)
Berikut ini merupakan foto intercooler pada PLTP Darajat yang kira – kira
mirip dengan intercooler pada PLTP Kamojang adalah sebagai berikut :
11
Gambar 2.4 Intercooler PLTP Kamojang
Berikut ini merupakan foto – foto pelat – pelat intercooler saat dilakukan
pembersihan secara berkala :
13
BAB III
PENGOLAHAN DATA
Pada bab pengolahan data, digunakan spesifikasi desain dan juga kondisi
operasi intercooler pada PLTP Kamojang unit 2. Data – data dan perhitungan heat
rate ini kami dapatkan pada daftar pustaka yang pertama (laporan Kerja Praktek atas
nama Muhammad Rifky).
Berikut ini merupakan data – data operasi dan spesifikasi desain dari
intercooler PLTP Kamojang unit 2 :
Tabel 3.1 Spesifikasi desain intercooler PLTP Kamojang
Dan parameter proses dalam kondisi desain sebagai berikut :
14
Tabel 3.2 Parameter proses dalam desain intercooler PLTP Kamojang
Untuk kondisi operasi pada PLTP Kamojang intercooler, digunakan pada 1 hari
yaitu pada tanggal 6 November 2013
Tabel 3.3 Data kondisi opersi pada intercooler PLTP Kamojang
15
3.1 Perhitungan LMTD
Salah satu cara untuk menganalisis performa heat exchanger adalah dengan
menggunakan metoda Logarithmic Mean Temperature Difference (LMTD). Menurut
metoda LMTD,
dengan q adalah laju perpindahan panas, U adalah koefisien perpindahan panas
keseluruhan, A adalah luas perpindahan panas, adalah perbedaan temperature
rata-rata logaritmik, dan F adalah faktor koreksi LMTD.
Untuk mengetahui digunakan persamaan:
Plate heat exchanger yang digunakan pada intercooler UBP Kamojang memiliki
aliran counter-flow, sehingga untuk:
dimana adalah temperatur fluida panas masuk, adalah temperatur fluida
panas keluar, adalah temperatur fluida dingin masuk, dan adalah temperatur
fluida dingin keluar. Maka,
16
3.2 Perhitungan U (overall heat transfer coefficient)
Plate heat exchanger yang digunakan pada intercooler UBP Kamojang unit 2
memiliki konfigurasi single pass dan counter-flow, sehingga LMTD Factor adalah
sebesar 0,95. Maka
Untuk mengetahui koefisien perpindahan panas keseluruhan, digunakan persamaan:
dimana U adalah koefisien perpindahan panas keseluruhan, adalah koefisien
perpindahan panas pada fluida panas, adalah koefisien perpindahan panas pada
fluida dingin, adalah tebal pelat, dan adalah konduktivitas termal pelat. Untuk
mengetahui koefisien perpindahan panas pada fluida panas dan dingin, dibutuhkan
bilangan Nusselt, dengan persamaan:
dimana Nu adalah nusselt number, h adalah koefisien perpindahan panas, adalah
diameter ekivalen, k adalah konduktivitas termal, Ch adalah Konstanta Chevron
Angle. Nilai Ch dan n tergantung pada karakteristik aliran fluida dan chevron angle,
yang ditentukan oleh tabel berikut:
17
Tabel 3.4 Tabel konstanta chevron untuk perhitungan
Diketahui bahwa dari perhitungan, dengan menggunakan data operasi dan juga
data pada tabel sifat air yang bergantung pada temperatur (seperti volume jenis),
didapatkan :
Ṁh =
Dan Ṁ
Dimana Ṁ merupakan mass flow rate dari aliran dingin maupun panas
Nilai dari bilangan Reynolds dapat dicari dengan menggunakan data dari
geometri pelat dan laju aliran massa fluida, menggunakan persamaan:
18
dimana μ adalah viskositas fluida dan Gc adalah laju aliran massa fluida pada tiap kanal,
didapatkan dengan menggunakan persamaan:
dengan NCP adalah jumlah kanal per laluan (channel per pass), didapat menggunakan
persamaan:
dengan Nt adalah jumlah total pelat pada plate heat exchangers dan Np adalah jumlah
laluan. Diameter ekivalen, De, didapat dengan menggunakan persamaan:
dengan W adalah lebar pelat dan b adalah jarak celah pelat rata-rata (mean plate gap).
Karena nilai b sangat kecil bila dibandingkan dengan W, maka:
Untuk mencari mean plate gap, digunakan persamaan:
dimana p adalah pitch antara dua pelat. Untuk mencari besarnya pitch digunakan
persamaan:
Dengan memasukkan data yang dimiliki, maka
19
Karena plate heat exchanger pada intercooler unit 2 menggunakan pelat tipe
chevron dengan angle sebesar 65°, maka nilai Ch adalah sebesar 0,087 sedangkan nilai n
adalah sebesar 0,718, sehingga:
( )
( )
20
3.3 Perhitungan Q (heat transfer rate)
Pada kondisi operasi, laju perpindahan panas yang terjadi adalah sebesar:
3.4 Perhitungan Efectiveness (E)
Effectiveness pada heat exchanger dihitung dengan menghitung terlebih dulu
kriteria dengan kapasitas terkecil, apakah di aliran dingin atau aliran panas.
Rumus awal
Dikarenakan nilai Ṁh (mass flow rate aliran panas) adalah 88.27 kg/s dan Ṁc
(mass flow rate pada aliran dingin) adalah 81.42 kg/s, dan juga nilai dari cp,l pada
kedua aliran panas dan dingin adalah sama karena temperatur tidak jauh berbeda,
yaitu pada temperatur 305 K dan 310 K adalah 4178 J/kgK, maka kapasitas (Ṁ*cp)
pada aliran panas lebih besar daripada kapasitas aliran dingin. Sehingga digunakan
persamaan efektivitas adalah sebagai berikut :
[ ]
[ ]
Untuk mengetahui efektivitas, maka diperlukan nilai NTUmin, dimana :
21
=
0.36
Sedangkan untuk mengetahui nilai R adalah :
Sehingga nilai Efektivitas intercooler adalah :
[ ]
[ ]
( )
( )
3.5 Perhitungan Cost (Biaya) Intercooler
Dari nilai Q dan ∆Tm yang didapat, maka untuk mencari cost per Q/∆Tm
diperlukan nilai Q/∆Tm. Sehingga didapatkan :
Q/∆Tm =
Sehingga didapatkan nilai cost dalam poundsterling / (W/K) adalah dengan
interpolasi, 0.017 poundsterling / (W/K). Sehingga harga intercooler setelah operasi
adalah 0.017*246426 = 17,496.24 poundsterling atau Rp 347.178.000.
22
BAB IV
ANALISIS
Dari nilai LMTD dan nilai yang diperoleh, terlihat bahwa nilainya
sangat kecil. Hal ini dapat disebabkan karena laju massa fluida pendingin sama
dengan fluida panas yaitu 320 m3/h, sehingga perpindahan panas yang terjadi
hanyalah kecil. Jika massa fluida pendingin diperbesar, maka LMTD juga akan
meningkat.
Nilai LMTD pada counter flow plate heat exchanger ini secara teoritik lebih
tinggi daripada co-current. Hal ini disebabkan karena ada driving force atau
perbedaan temperatur yang cukup besar disetiap titiknya.
Nilai heat transfer rate (Qdot) terlihat sangat besar, hal ini disebabkan karena
beberapa hal :
- Nilai koefisien heat transfer yang sangat besar, jika dilihat lebih lanjut, yang
menyebabkan nilai koefisien heat transfer besar adalah koefisien perpindahan
panas konveksi pada sisi panas dan dingin (hc dan hh). Kenaikan koefisien
konveksi ini disebabkan karena laju fluida yang mengalir baik panas maupun
dingin tinggi.
- Luas permukaan yang besar yaitu sekitar 1,173 m3
per plat.
- Menggunakan plat sebanyak 79 plat.
Nilai efektivitas yang didapatkan adalah 0.27. Nilai ini cenderung kecil
dibandingkan efektivitas yang seharusnya terdapat pada berbagai heat exchanger,
yaitu mendekati nilai 1. Hal ini antara lain disebabkan oleh penurunan dan penaikan
temperatur pada aliran air yang panas dan dingin sangat kecil (hanya sekitar 2 derajat
23
celcius). Sehingga semakin kecil temperatur yang berubah pada kedua aliran tersebut,
maka semakin kecil efektivitas.
Hal ini kami hitung berdasarkan kenyataan temperatur masuk dan keluar pada
aliran panas dan dingin. Karena itu, nilai LMTD dan nilai NTU min sangat kecil,
sehingga menyebabkan pendinginan semakin tidak efektif. Hal ini juga dapat dilihat
pada grafik efektivitas terhadap NTU, dimana NTU yang semakin kecil menyebabkan
efektivitas makin kecil. Namun hal ini tidak masalah, dikarenakan fungsi intercooler
pada PLTP untuk menurunkan temperatur secara tidak terlalu jauh, yang penting
masih berada dalam batas normal.
Sedangkan untuk perhitungan harga, didapatkan bahwa nilainya adalah Rp
347.178.000. Harga ini cukup mahal dibandingkan harga – harga plate heat
exchanger lainnya. Hal ini disebabkan besarnya nilai Q dan kecilnya nilai .
Sehingga nilai Q/ sangat besar, walaupun harga per W/K nya sangat kecil, tetapi
nilai harganya akan sangat besar. Sehingga menurut analisis kami, dengan harga yang
mahal tersebut pembelian intercooler ini kurang tepat, dikarenakan efektivitasnya
yang sangat kecil namun harganya sangat mahal.
24
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang kami peroleh setelah melakukan proses perhitungan dan
analisis adalah
- Intercooler PT. Indonesia Power Kamojang UBP Kamojang memiliki nilai :
LMTD = 6.61 oC
Overall Heat Transfer (U) =
Heat transfer rate (Q) =
Efectiveness (E) = 0.27
- Biaya yang dibutuhkan dalam pembuatan Intercooler PT. Indonesia Power
Kamojang UBP Kamojang adalah sebesar Rp 347.178.000.
5.2 Saran
Untuk saran, yang diperlukan untuk pengembangan efektivitas intercooler
pada PLTP Kamojang adalah mengganti pelat agar efektivitas bagus dan sesuai
kondisi desain, dan juga membersihkan pelat sehingga efektivitas lebih tinggi.
25
DAFTAR PUSTAKA
1. Mukhammad Rifky (NIM 13110119). Laporan Kerja Praktek, “Analisis
Performa Plate Heat Exchanger UNIT II”. Fakultas Teknik Mesin dan
Dirgantara, Teknik Mesin ITB, Bandung : Juni 2013
2. Hewitt, G.F., Shires G.L., Bott, T.R. 1994. “Process Heat Transfer”.New
York : Begell house, inc.
3. Saunders, E. A. D. Heat Exchangers – Selection, Design and Construction.
New York: John Wiley & Sons. 1988.
4. http://novita-elyanti.blogspot.com/2011/01/exchanger-spesifikasi-
peralatan.html
5. http://www.wassertech.net/content/view/15/51/lang,thai/)
top related