RE-DESAIN OIL COOLER PEMBANGKIT LISTRIK

TENAGA AIR TIPE SHELL AND TUBE

TUGAS AKHIR

Diajukan Kepada

Universitas Muhammadiyah Malang

Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin

OLEH

DIAZ DWIKY NUGRAHA PUTRA

NIM : 201510120311122

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

JANUARI 2020

ii

iii

LEMBAR PENGESAHAN

RE-DESAIN OIL COOLER PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA

AIR TIPE SHELL AND TUBE

Diajukan Kepada :

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Mesin

Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin

Disusun Oleh :

Nama : Diaz Dwiky Nugraha Putra

NIM : 201510120311122

Diterima dan Disetujui

Pada tanggal : 20 Januari 2020

Dosem Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Ir.Herry Suprianto,M.T Ir.Sudarman,M.T

NIP: 108.8709.0049 NIP: 108.8909.132

Ketua Jurusan,

Murjito,S.T,.M.T

NIP: 108.9404.0313

iv

LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR

Nama : Diaz Dwiky Nugraha Putra

NIM : 201510120311122

SK Pembimbing : 1 Maret 2019

Judul Tugas Akhir : Re-Desain Oil Cooler Pembangkit Listrik Tenaga Air

Tipe Shell and Tube

Dosen Pembimbing I : Ir.Herry Suprianto,M.T

No Tanggal Uraian Asistensi Paraf Dosen

1. 24-4-2019 Latar belakang di sesuaikan

2. 21-5-2019 Lanjutkan dasar teori BAB II

3. 21-6-2019 Diberi gambar pada dasar teori

4. 25-6-2019 Lanjutkan BAB III

5. 13-8-2019 Langkah metode di sesuaikan

6. 21-8-2019 Lanjutkan perhitungan BAB IV

7. 17-9-2019 Data perhitungan ditentukan

8. 30-9-2019 Perhitungan sesuai dengan desain

9. 4-10-2019 Lanjutkan

10. 25-11-2019 Buat makalah seminar hasil

Malang, 20 Januari 2020

Pembimbing I,

Ir.Herry Suprianto,M.T

NIP: 108.8709.0049

v

LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR

Nama : Diaz Dwiky Nugraha Putra

NIM : 201510120311122

SK Pembimbing : 1 Maret 2019

Judul Tugas Akhir : Re-Desain Oil Cooler Pembangkit Listrik Tenaga Air

Tipe Shell and Tube

Dosen Pembimbing II : Ir.Sudarman,M.T

No Tanggal Uraian Asistensi Paraf Dosen

1. 20-6-2019 Latar belakang fokus pada apa yg

dibahas pada PLTA

2. 27-6-2019 Pendahuluan fokus dengan job yang

diberikan oleh PLTA

3. 9-7-2019 BAB II tentang Heat Exchanger yang

dituju

4. 19-8-2019 Lanjutkan BAB III

5. 21-8-2019 Lanjutkan BAB IV

6. 29-8-2019 Gambar layout diberi ukuran

7. 10-10-2019 Lanjutkan ke kontruksinya

8. 27-11-2019 Baffle dan Shell

9. 6-12-2019 Digambar

10. 13-12-2019 Seminar hasil

Malang, 20 Januari 2020

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Mesin, Pembimbing II,

Murjito,S.T.,M,T. Ir.Sudarman,M.T

NIP: 108.9404.0313 NIP: 108.8909.132

vi

SURAT PERNYATAAN

KEASLIAN TULISAN

Yang bertanda tangan di ini

Nama : Diaz Dwiky Nugraha Putra

NIM : 201510120311122

Jurusan : Teknik Mesin

Fakultas : Teknik

Universitas Muhammadiyah Malang

Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa:

1. Tugas Akhir dengan judul:

Re-Desain Oil Cooler Pembangkit Listrik Tenaga Air Tipe Shell and

Tube.

Adalah hasil karya saya, dan dalam naskah tugas akhir ini tidak terdapat

karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh

gelar akademik di suatu Perguruan Tinggi, dan tidak terdapat karya atau

pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, baik

sebagian ataupun keseluruhan, kecuali yang secara tertulis dikutip dalam

naskah ini dan disebutkan dalam sumber kutipan dan daftar pustaka.

2. Apabila ternyata di dalam naskah tugas akhir ini dapat dibuktikan terdapat

unsur-unsur PLAGIASI, saya bersedia TUGAS AKHIR ini

DIGUGURKAN dan GELAR AKADEMIK YANG TELAH SAYA

PEROLEH DIBATALKAN, serta diproses sesuai dengan ketentuan

hukum yang berlaku.

3. Tugas akhir ini dapat dijadikan sumber pustaka yang merupakan HAK

BEBAS ROYALTI NON EKSKLUSIF.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya untuk dipergunakan

sebagaimana mestinya.

Koordinator Koordinator Malang, 3 Februari 2020

Plagiasi Naskah Publikasi Yang Menyatakan

M.Irkham Mamungkas, Ary Dwiastuti,S.Pd Diaz Dwiky NP

S.T.,M.T

Scanned with CamScanner

vii

ABSTRAK

Sistem Pendingin adalah suatu sistem yang menyangkut tentang

pendinginan suatu peralatan. Sistem pendingin dimaksudkan untuk mengurangi

panas berlebih dari suatu peralatan agar peralatan tersebut tidak cepat aus

sehingga dapat menimbulkan kerusakan. Sistem pendingin minyak pelumas pada

pembangkit listrik tenaga air ini menggunakan air sebagai media pendingin atau

yang biasa disebut dengan Cooling Water System dengan menyadap air dari

penstock yang menggunakan potensial head. Air digunakan sebagai media

pendingin karena air lebih cepat mendinginkan minyak daripada udara, hal itu

karena air memiliki panas jenis yang lebih besar daripada udara. Namun

kelemahan bila menggunakan air yaitu apabila terjadi kebocoran akibat dari

korosi dan tersumbat endapan lumpur pada pipa pendingin (tube) maka air

tersebut akan bercampur dengan minyak sehingga akan terjadi gangguan pada

peralatan-peralatan yang mengalami kebocoran.. Metode penelitian yang

digunakan pada penelitian ini adalah metode penelitian Pahl and Beitz. Pahl dan

Beitz mengusulkan cara merancang produk sebagaimana yang dijelaskan dalam

bukunya; Engineering Desaign : A Systematic Approach. Hasil yang di dapatkan

adalah Tempertarure yang diketahui adalah temperature air masuk yaitu sebesar

23°C, didapatkan perhitungan hasil untuk temperature air keluar yaitu sebesar

53°C, hasil luas perpindahan panasnya (heat exchanger) sebesar 55 KW, luas

penampang perpindahan panas (heat exchanger) sebesar 14,29 m2, jumlah tube

bundle didapatkan sebanyak 135 buah dengan panjang 2m. Diameter luar sebesar

12,7 mm, dan diameter dalam sebesar 10,9 mm. Bahan menggunakan Aluminium

Alloy.

Keywords: : Oil cooler, Pahl and Beitz, air, heat exchanger

viii

ABSTRACT

Cooling System is a system that involves the cooling of an equipment. The

cooling system is intended to reduce overheating of an equipment so that the

equipment does not wear out quickly so that it can cause damage. The lubricating

oil cooling system in this hydroelectric power plant uses water as a cooling

medium or commonly called the Cooling Water System by tapping water from a

penstock that uses a potential head. Water is used as a cooling medium because

water cools oil faster than air, that is because water has a greater heat type than

air. But the drawback when using water is that if there is a leak due to corrosion

and mud sediment clogged in the cooling pipe (tube) then the water will be mixed

with oil so that there will be interference with equipment that is leaking .. The

research method used in this study is Pahl and Beitz research methods. Pahl and

Beitz proposed how to design products as described in his book; Engineering

Desaign: A Systematic Approach. The results obtained are the known

Tempertarure is the inlet water temperature of 23 ° C, the calculation results

obtained for the temperature of the outgoing water is 93 ° C, the result of the heat

transfer area (heat exchanger) of 55 KW, the heat exchanger cross-sectional area

(heat exchanger) amounted to 14.29 m2, the number of tube bundles obtained as

many as 135 pieces with a length of 2m. The outer diameter is 12.7 mm, and the

inner diameter is 10.9 mm. Materials using Aluminum Alloy.

Keywords: : Oil cooler, Pahl and Beitz, water, heat exchanger

ix

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan

karuniaNya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini

dengan baik. Shalawat dan salam senantiasa tercurahkan kepada Rasulullah SAW

yang mengantarkan manusia dari zaman kegelapan ke zaman yang terang

benderang ini. Penyusunan skripsi ini dimaksudkan untuk memenuhi sebagian

syarat-syarat guna mencapai gelar Sarjana Teknik Mesin di Universitas

Muhammadiyah Malang

Penulis menyadari bahwa penulisan ini tidak dapat terselesaikan tanpa

dukungan dari berbagai pihak baik moril maupun materil. Oleh karena itu, penulis

ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah

membantu dalam penyusunan skripsi ini terutama kepada:

1. Kedua orang tua, Ayah tercinta Ismaon Gazali dan Mami tersayang Tatik

Iswati yang telah memberikan dukungan baik moril maupun materil serta

doa yang tiada henti-hentinya kepada penulis.

2. Kakak Adhitya Arief Permana Putra yang telah memberikan semangat

untuk menyelesaikan skripsi ini.

3. Bapak Ir. Herry Suprianto,M.T, selaku Ketua Komisi Pembimbing yang

telah memberikan pengarahan, wawasan dan bimbingan dalam

penyusunan naskah tugas akhir ini.

4. Bapak Ir. Sudarman,M.T, selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah

memberikan pengetahuan, pengarahan dan koreksi dalam penyusunan

naskah skripsi ini.

5. Bapak Murjito,S.T.,M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin yang telah

memberikan kesempatan dan fasilitas dalam memperlancar penelitian dan

penyusunan naskah tugas akhir ini.

6. Seluruh Bapak/Ibu dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Malang yang telah memberikan pengetahuan

yang sangat bermanfaat selama masa perkuliahan.

7. Bapak Dhimas, selaku pembimbing PKL di PLTA Sutami yang telah

membimbing dan memberikan pengetahuan, pengarahan, serta masukan

dan saran untuk menyusun judul skripsi ini.

8. Bapak Gito, selaku Kepala PLTA Sutami yang telah membimbing dan

memberikan masuksan serta saran untuk menyusun skripsi ini.

9. Teman-teman Mesin 2015 C dan teman-teman seperjuangan di Teknik

Mesin 2015 yang telah membantu menyelesaikan naskah tugas akhir ini.

x

10. Sahabat-sahabatku di Paduan Suara Mahasiswa “GITASURYA” UMM

yang telah memberikan semangat dan selalu mengisi hari-hari menjadi

menyenangkan.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna dikarenakan

terbatasnya pengalaman dan pengetahuan yang dimiliki penulis. Oleh karena itu,

penulis mengharapkan segala bentuk saran serta masukan bahkan kritik yang

membangun dari berbagai pihak. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi para

pembaca dan semua pihak khususnya dalam bidang manajemen pemasaran.

Malang, 13 Januari 2020

Penulis,

Diaz Dwiky Nugraha P

NIM: 201510120311122

xi

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL .......................................................................................... i

POSTER .......................................................................................................... ii

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

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

LEMBAR ASISTENSI .................................................................................. iv

LEMBAR SURAT PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN .................... vi

ABSTRAK INDONESIA ............................................................................... vii

ABSTRAK INGGRIS .................................................................................... viii

KATA PENGANTAR .................................................................................... ix

DAFTAR ISI ................................................................................................... xi

DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiii

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiv

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

1.1 Latar Belakang .................................................................................. 1

1.2 Rumusan Masalah ............................................................................. 2

1.3 Tujuan Penulisan .............................................................................. 2

1.4 Batasan Masalah ............................................................................... 2

BAB II DASAR TEORI ................................................................................. 3

2.1 Prinsip Dasar Pelumasan .................................................................. 3

2.2 Minyak Pelumas ............................................................................... 4

2.3 Panas Pada Pelumasan ...................................................................... 6

2.4 Sistem Pendingin .............................................................................. 7

2.5 Sistem Pada Air Pendingin ............................................................... 8

2.6 Proses Perpindahan Kalor ................................................................. 9

2.7 Heat Exchanger ................................................................................ 14

2.8 Shell and Tube Heat Exchanger ....................................................... 18

2.9 Sistem Kerja Cooling System pada PLTA ........................................ 22

2.10 Lubrication Sump Tank (Pelumasan).............................................. 25

xii

2.11 Mendesain Alat Penukar Kalor Tipe Shell and Tube ..................... 25

2.12 Perhitungan Yang Digunakan ......................................................... 26

BAB III METODE PENELITIAN DAN MATERIAL .............................. 29

3.1 Metode Pahl and Beitz ..................................................................... 29

3.2 Diagram Alir Metode Pahl and Beitz ............................................... 34

BAB IV PERHITUNGAN HEAT EXCHANGER ...................................... 35

4.1 Data Perancangan ............................................................................. 35

4.2 Perhitungan Sisi Air .......................................................................... 36

4.3 Perhitungan Pada Sisi Minyak Pelumas ........................................... 37

4.4 Beda Temperatur log (ΔTm) ............................................................ 40

4.5 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh (U) ................................ 40

4.6 Menghitung Luas Penampang .......................................................... 41

4.7 Memperkirakan Jumlah Tube (N) .................................................... 41

4.8 Perhitungan Baffles ........................................................................... 41

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 43

5.1 Kesimpulan ....................................................................................... 43

5.2 Saran ................................................................................................. 43

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 44

LAMPIRAN

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Perencanaan Konsep ........................................................................ 31

Tabel 4.1 Konstanta C dan n ............................................................................ 38

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Flowchart Lubricating System Thrust Bearing dan Lower Bearing 7

Gambar 2.2 Flowchart Lubricating System Upper dan Turbin guide Bearing 7

Gambar 2.3 Perpindahan Panas Konduksi Pada Dinding ................................ 10

Gambar 2.4 Perpindahan Panas Konveksi Pada Tabung ................................. 11

Gambar 2.5 Perpindahan Panas Konveksi ....................................................... 12

Gambar 2.6 Perpindahan Kalor Secara Konveksi Pada Pelat Rata .................. 12

Gambar 2.7 Perpindahan Panas Secara Radiasi ............................................... 13

Gambar 2.8 Aliran Parallel Flow dan Profil Temperatur ................................ 16

Gambar 2.9 Aliran Counter Flow dan Profil Temperatur ................................ 16

Gambar 2.10 Aliran Cross Flow dan Profil Temperatur.................................. 17

Gambar 2.11 Fixed Tube Heat Exchanger ....................................................... 19

Gambar 2.12 TEMA S (pull trhough with backing device) ............................. 20

Gambar 2.13 TEMA T (pull through) ............................................................. 20

Gambar 2.14 U-Tube Heat Exchanger............................................................. 21

Gambar 2.15 TEMA Designation .................................................................... 22

Gambar 2.16 Lubrication Sump Tank .............................................................. 25

Gambar 3.1 Diagram Alir Pahl and Beitz ........................................................ 34

Gambar 4.1 Susunan Tube Bundle Selang-Seling ........................................... 37

44

DAFTAR PUSTAKA

Chengel, Yunus A.2007.Heat Transfer A Practical Approach.New York:The

McGraw-Hill Companies.

G.Pahl and W.Beitz.2007.Engineering Design A System Approach.New

York:Springer

Holman, Jack P.2010.Heat Transfer Tenth Edition.New York:The McGraw-Hill

Companies.

Jasin, M Djauhar.2003.Landasan Teori Pelumas.Jakarta:PPPTMGB "LEMIGAS"

Sularso.2004.Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen

Mesin.Jakarta:PT.Prandya Paramita.

Supriyanto, Herry. 2016.Perpindahan Panas. Malang:Jurusan Teknik Mesin

UMM.