Designed by : Irma Vania R “Condenser dan Cooling Tower “

Reviewed by :

Approved by : Sheet 1 : Filosofi Equipment Rev : A

A. Deskripsi equipmentJelaskan mengapa memilih equipment ini

Setelah selesai memutar turbine, uap dibuang ke condenser yang posisinya tepat berada

di bawah LP Turbine. Di dalam condenser uap tersebut diubah menjadi air untuk dipompakan

kembali ke dalam boiler.

Condenser memerlukan air pendingin untk mengubah uap menjadi air. Beberapa PLTU

memanfaatkan air laut sebagai pendingin condenser, sementara PLTU yang lain mempergunakan

cooling tower untuk mendinginkan air condenser yang diputar terus menerus dalam sistem

tertutup (closed loop).

Condenser system terdiri dari beberapa peralatan utama, yaitu condenser itu sendiri,

condenser tube cleaning system, condenser vaccum system dan condensate pump. Condenser

vaccum system berfungsi untuk menjaga agar tekanan di dalam condenser selalu lebih kecil dari

tekanan atmosfer. Hal ini dilakukan untuk meningkatkan plant efficiency dari PLTU.

Water Treatment plant berfungsi untuk memproduksi semua kebutuhan air bagi

operasional PLTU. Pada dasarnya ada 2 jenis air yang dibutuhkan PLTU. Yang pertama adalah

demineralized water (demin water) untuk mensuplai boiler dalam memproduksi uap penggerak

turbin. Disebut demineralized water karena air tersebut sudah dihilangkan kandungan

mineralnya.

Yang kedua adalah raw water yang diperlukan untuk pendingin (cooling water) bagi

mesin-mesin PLTU dan untuk dipergunakan sebagai service water.

Secara umum water treatment system PLTU terdiri dari desalination plant untuk

memproses air laut atau air payau menjadi raw water, demineralized plant untuk memproduksi

demin water dan tanki-tanki atau kolam penyimpanan air.

Seperti yang sudah disebutkan sebelumnya, uap yang meninggalkan turbin masuk ke

condenser untuk diubah kembali menjadi air. Air tersebut dipompa kembali masuk ke boiler

untuk diproses menjadi superheated steam yang siap memutar turbin.

Jadi di sini terjadi closed-loop system. Air dan uap diolah terus menerus dalam sistem

tertutup untuk menggerakkan turbin uap (steam turbine). Meskipun demikian tetap ada air atau

uap yang hilang sebagai system loses dalam proses tersebut. Maka selama PLTU beroperasi selalu

diperlukan penambahan demin water baru secara kontinyu.

Air yang dipompa masuk kembali ke dalam boiler biasa dikenal dengan nama boiler

feedwater. Sistem yang mensuplai feedwater ini terdiri dari beberapa peralatan utama, yaitu :

– Feedwater pumps

– Feedwater tank yang dilengkapi dengan deaerator tank

– Feedwater heaters

Feedwater tank berfungsi untuk menampung feedwater sebelum dipompa masuk ke

boiler oleh feedwater pumps. Pada PLTU berkapasitas kecil, pompa feedwater digerakkan oleh

motor listrik, sedangkan pada PLTU berkapasitas besar mempergunakan turbin uap mini.

Untuk meningkatkan efisiensi PLTU, sebelum dipompa masuk ke boiler, feedwater harus

dipanaskan terlebih dahulu hingga mencapai suhu tertentu. Pemanasan tersebut dilakukan

dengan heater (heat exchanger), yang berlangsung secara konduksi dengan memanfaatkan uap

panas yang diambil (diektraksi) dari turbin. Jadi selain diteruskan ke condenser, ada sejumlah kecil

uap dari turbin yang diambil untuk memanaskan feedwater heater.

Designed by : Irma Vania R Condenser dan Cooling Tower

Reviewed by :

Approved by : Sheet 2 : Spesifikasi Teknis Peralatan Rev : A

Masukan Spesifikasi teknis peralatan

Gambar 1. Sistem pendingin Condenser dan Cooling Tower

Tabel 1 menunjukkan data spesifikasi dari hasil perhitungan desain kondensor yang untuk sistem cooling-tower dan didasarkan pada data input Tabel 3 yang menggunakan data dari referensi. Dalam hal ini diperlukan data asumsi dan data tambahan lain untuk parameter yang belum teridentifikasi seperti temperatur pendingin masuk dan faktor resistansi (Rd).

Tabel 1. Data Spesifikasi Hasil Desain Termal Kondensor (Sistem Cooling-Tower)

Data Parameter Desain Sisi-Uap (steam) Sisi-Pendingin (air)

Tipe Kondensor Horizontal surface condenserTotal Beban Termal, KKal/ jam 7,9.108

Laju aliran pendingin, m /jam ------ 180.700Temperatur masuk pendingin, oC ------ 32,2Temperatur keluar pendingin, oC ------ 38,8

Temperatur kondensat, oC 36 ------Tekanan Saturasi uap, KPa 5,940 ------

LMTD, oC 6,46Tube OD/18BWG, mm ------ 38,1

Tube ID, mm ------ 35,1Panjang tube, m ------ 13,28

Jumlah Tube ------ 73032Luasan transfer kalor, m 66.638

Re ------ 73837

Pr ------ 2,52Koef. transfer kalor ht , KKal/(j.m. oC) ------ 4814Koef. transfer kalor hs ,KKal/(j.m. oC) 5854 ------Koef. transfer kalor Uo ,KKal/(j.m. oC) 1264

Desain Resistansi, Rd, m . oC.j/KKal 0,0097Jumlah pass-tube ------ 2

Kalor Latent λ ,KKal/kg 582,2 ------Kecepatan pendingin, m/detik ------ 2,042

Tabel 2 adalah perolehan hasil perhitungan desain untuk temperatur air pendingin yang menggunakan dua asumsi yaitu sistem once-through dan sistem cooling tower yang mengalirkan air untuk sirkulasi pendingin. Dalam asumsi ini, dianggap temperatur pada sistem once-through 28,8 oC, sedangkan penggunaan cooling tower memiliki temperature yang lebih tinggi yaitu 32,2 oC (asumsi tersebut berdasarkan kondisi temperature bola basah di Indonesia).

Tampak bahwa hasil perhitungan desain sistem once-through pada kondensor berbeda dengan sistem cooling tower. Hal ini karena dalam perhitungan ini menggunakan beda temperatur pendingin masuk dan keluar yang berbeda. Oenentuan parameter temperatur desain kondensor sistem cooling tower, harus mempertimbangkan kinerja cooling-tower dan perubahan cuaca. Kelebihan kondensor menggunakan sistem once-through adalah tanpa cooling tower dan ketersediaan air tidak terbatas. Akan tetapi dalam penggunaan air laut memerlukan perhatian pada material sistem pendingin.

Tabel 2. Parameter kondensor Berdasarkan temperatur once-through dan cooling tower system

Data ParameterTemperatur pendingin masuk

once-through water 28,8 oC Cooling tower system 32,2 oCLMTD, oC 5,76 6,46

Jumlah Tube 64073 73032A, m2 58.463 66.638

Uo, KKal/(j.m. oC) 1217 1257Laju aliran pendingin, m3 /jam 156.261 180.700

Designed by : Irma Vania R “Condenser dan Cooling Tower”

Reviewed by :

Approved by : Sheet 3 : Detail Perhitungan peralatan Rev : A

Masukan detail perhitungan

Pada tahap awal perhitungan, yang perlu diperiksa adalah keberlakuan persamaan koefisien transfer kalor. Tercatat bahwa besarnya angka Reynolds sebagai indikasi turbulensi berada dalam rentang 10.000 – 120.000, dengan demikian nilai UO berada dalam rentang nilai standar yang berlaku. Koefisien kondensasi menggunakan mdel kondensasi film pada permukaan tube, yang memiliki angaka laju transfer kalor yang lebih rendah daripada model kondensasi tetesan/butiran (drop condensation), dengan demikian hasil perhitungan desain cenderung konservatif, hal ini ditambah dengan penggunann faktor foulung, Rd.

Menghitung koef. Transfer kalor

Menentukan jumlah tube

Menampilkan data

spesifikasi

Beban termal, Laju aliran, Temp. pendingin, Temp.

Kondensat, Diameter Tube

Menghitung LMTD Menghitung hkondensasi

Menghitung hpendingin

Gambar 2. Diagram Tata-Kerja

Tabel 3. Data Input Parameter Operasi Kondensor

Data Parameter Aliran uap

Aliran Pendingin Keterangan

Beban termal, KKal/jam 7,9.108

Laju aliran pendingin, m /jam ------ 180.700 SONS

Temperatur masuk pendingin, oC [10, 13] ------ 32.2/28.8 CTS/OTS (*)

Temperatur keluar pendingin, oC [11] ------ 38.8/35.5 CTS/OTS (*)

Temperatur kondensat, oC 36Diameter tube, mm, 18BWG ------ 31.75

Panjang tube, m ------ 9.14 Referensi (**)

(*) Asumsi menggunakan cooling tower system (CTS) dan once-through system (OTS) [9,10] Temperatur OTS berdasarkan Twet-bulk = 28,8 C, Temperatur CTS = temperatur dari cooling tower system = 32,2 oC

(**)Table of tube Commonly Used in steam condenser (Allis Chalmers Mfg.Co.)

Selanjutnya persamaan konstitutif untuk pendinginan dan perubahan temperatur keluar- masuk aliran pendingin melalui tube:

Q p=mp . c p [t o−ti ]

Q p=156261 .766 . [ 38,8−32,2 ]

Q p=7,9 x 108 kkaljam

Nilai LMTD yang merupakan beda temperatur logaritmik antar fluida diekspresikan oleh persamaan berikut:

LMTD=t o−t i

ln [ T c−t tT c−t o ]

LMTD= 38,8−32,2

ln [ 36−43,8436−38,8 ]

LMTD=6,46℃

Menghitung hpendingin menggunakan rumus bilangan nusselt, yaitu:

Nu=0,023. ℜ0.8. Pr0,4

Nu=0,023.73837 .2,5 2

Nu=4279,5 9

Nu=h t .d t

k t

ht=Nu .k t

d t

ht=4279,59.35,7231,75

ht=4814kkal

j .m .℃

Untuk menghitung koefisien kondensasi uap luar tube horisontal (sisi-shell) menggunakan korelasi kondensasi film berikut ini:

hs=0,725 [ k c3 . ρc

2 . g . γ

(t c−tw ) .d t . μc]0,25

hs=0,725 [ 56903 .130002 .9 .81.582,2(38,8−32,2 ) .31,75 .1000 ]

0,25

hs=5854kkal

j .m.℃

menghitung koef. Transfer kalor, dihitung dengan persamaan:

Uo= 11hs

+1h t

+Rd

Uo= 11

5854+

14814

+0,0097

Uo=1264kkal

j .m.℃

Jumlah tube dihitung berdasarkan nilai A dibagi luasan satu batang tube (A ) yang telah ditentukan pada awal perhitungan.

Jumlahtube= AA t

A=m p. c p

U o . LMTD.(t o−t i)

A=156261 .7661264 .6,46

.(38,8−32,2)

A=9674 8 ,38m2

Luas per-tube:

A=πD . L

A=π 0,03175. 13,28

A=1,325m2

Jumlahtube=96749,64m2

1,325m2

Jumlahtube=64073

Cooling tower mechanical draft counterflow adalah salah satu jenis dari cooling tower dimana air panas disemprotkan atau dipancarkan dari bagian atas ke bawah, sementara udara atmosfer ditarik ke atas oleh fan yang berlawanan dengan jatuhnya air panas tersebut. Luas permukaan air yang besar dibentuk dengan melewatkan air melalui kisi-kisi atau filler dan bersinggungan sehingga terjadi perpindahan panas antara air dengan udara.

Dengan data yang ada, bahwa air yang dialirkan dari cooling tower mempunyai debit 180.700 m3/jam, maka disarankan cooling tower yang dipakai mempunyai kapasitas bak penampung minimal 211.000 m3 untuk mengantisipasi rugi-rugi air. Cooling tower yang dipilih mempunyai bak dengan diameter minimal.

Menentukan laju kalor yang diserap

Q1=180700m3

jam

Dengan faktor koreksi 20% sehingga menjadi:

Q1=1,2 x180700m3

jam

Q1=216840m3

jam

Q1=60,23m3

s

Suhu air masuk heat exchanger sisi shell = 32oC

Suhu ai keluar heat exchanger sisi shell = 37oC

Laju kalor yang diserap/air pendingin dihitung dengan persamaan

q=m xcpair x ∆T

Dimana:

˙m=Q x ρ

˙m=60,23

m3

sx994,92

kgm3

m=59924,03kgs

q=59924,03 x 4,179x (37−32 )

q=1,25 MW

Dengan mengetahui kalor yang harus diserap oleh media pendingin dalam hal ini air maka dalam pemilihan cooling tower harus diperhatikan kemampuan cooling tower agar mampu menerima dan melepaskan kalor sebesar 1,25 MW ke lingkungan.

Menentukan kemampuan cooling tower

Perhitungan cooling tower dianggap terbagi-bagi, dimana setiap tingkat bagian penurunan suhu air 0.5oC. karena air jatuh melalui bagian dasar (paling bawah), t turun dari 32,5 oC menajdi 32,0 oC. suhu bola basah udara yang masuk hampir secara tepat menunjukkan entalphi udara, dengan menggunakan

grafik psikometri:

Suhu kering (Tdl) : 33 oC

Untuk suhu udara basah (Twb) : 26,4 oC

Kelembaban relatif : 62%

Entalphi : 82,20 kJ/kg

Rasio perbandingan L?G diambil = 1,2 (batasan L?G berharga 0.75 – 1,5), sedanglan dalam menentukan harga entalphi:

ha ,1−ha ,0=LG

x 4,179kJ

kg . Kx ∆ t

ha ,1−ha ,0=1,2 x 4,179 x0,5

ha ,1−ha ,0=2,5074kJkg

Entalphi udara yang meniggalkan bagian ruas paling bawah ha, adalah:

(82,20+2,5074 ) kJkg

=84,7074kJkg

Entalphi rata-rata dalam bagian ini yaitu :

82,20+84,70742

=83,4537kJkg

Air mempunyai suhu rata-rata 32,25 oC dalam bagian paling bawah dan entalphi udara jenuh pada suhu ini menggunakan perhitungan :

hi=4,7926+2,568.t−0,029834. t 2+0,0016657.t 3

hi=4,7926+2,568.(32,25)−0,029834.(32,25)2+0,0016657.(32,25)3

hi=112,45kJkg

Untuk harga (hi-ha)m dalam bagian paling bawah ini yaitu:

(hi−ha)=(112,45−83,4537) kJkg

(h i−ha )=28,9963kJkg

Perhitungan-perhitungan untuk mencari jumlah 1/(hi-ha)m digunakan untuk menentukan perhitungan performance cooling tower.

Evaporation loss (We)

Kehilangan air akibat dari ter evaporasinya sebagian kecil air akan menguap karena adanya pemanasan.

We=0,00085W c (T2−T1 ) x1,8

We=0,00085 x0,172 (37−32 ) x 1,8

We=1,3158 x10−3 m3

jam

Drift Loss (Wd)

Air yang keluar karena fan berputar, untuk ini standarnya 0,1-0,2 % jumlah air yang bersirkulasi.

W d=0,2 % x Jumlah air yangbersirkulasi

W d=0,2 % x 216840m3

jam

W d=433,68m3

jam

Blow Down (Wb)

Air terbuang yang diakibatkan sirkulasi air pada sistem pendingin. Perhitungan akibat kehilangan air tadi harus disediakan “make up” air sebagai penyuplai air tambahan sebesar:

S = cycles (harga s = 3 s/d 5)

W b=W s

(s−1)

W b=2168,4(5−1)

W b=542,1m3

jam

Jadi air yang dibutuhkan untuk penambahan adalah:

Wm=W e+W d+W b

Wm=(1,3158 x 10−3)+(433,68)+(542,1)

Wm=975,78m3

jam

Kebutuhan air akibat kehilangan pada saat bersirkulasi dan terjadinya penguapan karena pemanasan serta akibat berputarnya fan dan lainnya, dari hasil perhitungan jumlah air yang hilang

tersebut sebesar 975,78 m3/jam perlu diantisipasi untuk menjaga kestabilan air yang bersirkulasi, jika tidak diperhitungkan berkurangnya air kemungkinan akan habis dan menggangu proses pendinginan.