BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar belakang Salah satu
proses dalam sistem pembangkit tenaga adalah proses pendinginan untuk mendinginkan mesin-mesin
pada sistem. Proses pendinginan ini
memerlukan beberapa kebutuhan atau syarat temperatur tertentu dalam prosesnya, sehingga sistem dapat berjalan
dengan baik. Sementara, di sisi lain, mungkin,
terdapat medium yang berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai media pendingin. Jika kasusnya seperti ini, akan
diperlukan suatu alat yang dapat memanfaatkan
media pendingin yang berpotensi itu untuk kebutuhan proses pendinginan tersebut, yaitu Alat Penukar Kalor
(APK).
Ada banyak jenis-jenis Alat Penukar Kalor,
namun APK jenis cangkang dan tabung (Shell and Tube Heat Exchanger) masih yang
terbanyak digunakan di dunia industri
dibandingkan dengan jenis lainnya. Salah satu keuntungan APK ini adalah konstruksinya dapat dipisah-pisah,
tidak merupakan satu kesatuan. Oleh karena
itu APK jenis ini dapat untuk
dikembangkan lagi. Salah satu penggunaannya terdapat pada proses pendinginan
pada sistem pembangkit tenaga PLTGU unit
I dan II PT. PLN (Persero) KITSU sektor Belawan, SicanangMedan. Alat yang
digunakan dinamakan Close Cooling Water Heat Exchanger (CCWHE), berupa APK
jenis cangkang dan tabung. APK ini digunakan untuk memanfaatkan air laut sebagai pendingin air
demineralisasi, air demineralisasi ini kemudian
dimanfaatkan untuk mendinginkan oli mesin,
dengan APK yang berbeda yang dinamakan Oil Cooler, sehingga sifat-sifat oli tetap terjaga.
Temperatur air demineralisasi masuk CCWHE 42, o
C dan temperatur keluar yang diharapkan
adalah o C. Oleh karena itu untuk
memenuhi kebutuhan temperatur pada
proses pendinginan ini, diperlukan suatu APK yang efektif yang dapat diperoleh melalui perancangan yang dilanjutkan
dengan pengujian secara eksperimental
pada tingkat kemampuannya.
Dalam pemakaian APK ini, ada beberapa hal yang
perlu diperhatikan untuk memperoleh
perpindahan panas yang optimum untuk mendapatkan hasil yang diinginkan, yaitu jenis fluida, laju
aliran, suhu, penurunan tekanan, laju perpindahan
kalor, dimensi tabung dan cangkang, jarak baffle, baffle cut, snan tabung, jarak pitch, dan jenis material.
Baffle pada APK cangkang tabung adalah sangat
penting untuk dibahas dalam memperbaiki
atau meningkatkan unjuk kerja termal. Baffle juga diperlukan untuk mendukung keberadaan tabung
dan membentuk pola aliran silang disepanjang tabung tersebut. Tunggul [1]
mengemukakan bahwa jarak maksimum antara
sekat (maximum spacing) adalah diameter dalam cangkang dan minimum 1/5 dari diameter dalam cangkang. Apabila
jarak antara sekat itu dibuat terlalu jarang,
maka aliran fluida akan aksial sehingga tidak terdapat aliran yang melintang sebaliknya kalau jarak antara sekat
dibuat terlalu sempit menimbulkan bocoran
yang berlebihan antara sekat dan cangkang.
Perubahan pemasangan baffle dengan posisi tegak lurus dari beberapa variasi jarak dengan sendirinya memberi
implikasi terhadap bentuk zona aliran maupun
pola alirannya yang pada gilirannya akan dapat mempengaruhi unjuk kerja termal dan penurunan tekanan. Dalam
penggunaannya pada APK, baffle dengan type segmental yang dipasang tegak lurus
terhadap tabung atau arah axial APK.
Sekat (baffle) yang terpasang tegak lurus tabung akan mengakibatkan arah aliran sebagian fluida dalam cangkang melintas
tegak lurus (transversal) terhadap bundle
tabung dan kondisi demikian akan meningkatkan efek turbulensi. Aliran tersebut sangatlah komplek, namun demikian
dapat memberi dampak perpindahan kalor
konveksi yang lebih baik disatu sisi, tetapi kurang baik terhadap penurunan tekanan di sisi lain.
Dengan kata lain proses aliran dan perpindahan
kalor di sisi tabung sangat bergantung
kepada ukuran tabung itu sendiri, jarak pitch, snan tabung, tipe baffle, jarak baffle, baffle cut, dan celah
antara baffle dan shell. Tunggul [2] mengemukakan
bahwa besarnya pemotongan sekat berrkisar antara 15-45% diameter sekatnya, sebab pada kondisi ini akan
terjadi perpindahan panas yang baik
serta penurunan tekanan (pressure drop) tidak terlalu besar.
Pertimbanganpertimbangan operasi menjadi hal yang sangat penting di dalam memilih
baffle cut mana yang akan digunakan.
Dari segi operasi dan pemeliharaan suatu APK
cangkang tabung, snan tabung adalah hal yang sangat prinsip karena dapat
mempengaruhi besar penurunan tekanan
pada aliran fluida. Penurunan tekanan dalam sisi cangkang sangat
dipengaruhioleh faktor gesekan dan laju aliran masa fluida. Besarnya faktor gesekan dalam sisi cangkang yang
berkorelasi langsung dengan bilangan Reynold.
Oleh karena itu dalam sebuah tahap
memperkirakan kinerja atau APK, bahwa
begitu diketahui konfigurasinya maka akan tampaklah perbedaannya, namun sayangnya tidak selalu mengetahui banyak
hal dari sistim tersebut sebelum perencanaannya
lengkap. Setiap APK didesain sedemikian rupa agar dapat melakukan pertukaran energi kalor dari suatu
media ke media lain atau perpindahan
kalor antara dua atau lebih fluida yang berbeda suhunya, dengan luas permukaan yang minimum dan kondisi operasi
yang efektip serta konstruksi yang kokoh, maka pada penelitian ini jenis APK yang
direncanakan adalah jenis cangkang tabung
yang terdiri satu cangkang atau
dengan satu tabung serta dilengkapi dengan beberapa baffle.
Pada penelitian ini yang akan diamati dan
dianalisa unjuk kerja termal dan penurunan
tekanan suatu APK jenis cangkang tabung snan segiempat yang dipengaruhi oleh pemasangan baffle dalam
berbagai variasi posisi jarak, dimana pada
sisi tabung dialiri fluida dingin yaitu air laut dan pada sisi cangkang dialiri
fluida panas yaitu air demineralisasi.
Dalam hal ini unjuk kerja termal dinyatakan dalam angka koefisien perpindahan kalor
menyeluruh dan penurunan tekanan.
1.2. Perumusan dan Batasan Masalah 1.2.1.
Perumusan masalah Dalam penelitian ini, penulis membatasi masalah pada analisa
koefisien perpindahan kalor menyeluruh
dan penurunan tekanan pada APK jenis cangkang dan tabung dengan snan tabung
segiempat dengan variasi nilai jarak baffle, dimana pada tabung dialiri fluida dingin
berupa air laut dan pada cangkang dialiri fluida panas berupa air demineralisasi. Dalam
penelitian ini dirumuskan masalah yang
ditinjau yaitu berapa jarak baffle optimal dan angka koefisien perpindahan panas menyeluruh (overall heat transfer
coefficient) dan penurunan tekanan.
1.2.2. Batasan masalah Batasan masalah dalam
penelitian ini yaitu pengujian dilakukan dengan rencana awal data yang ditetapkan sebagai
berikut : 1. Dengan 6 (enam) variasi
jarak baffle yaitu pada 40 mm, 44 mm,49 mm, mm, 63 mm dan 73 mm. Laju aliran massa air
demineralisasi (fluida panas) adalah 0,2
kg/det dengan rencana suhu masuk 42, C
dan fluida dingin adalah air laut dengan
laju aliran massa 0,2kg/det.
2. APK
ini merupakan hasil rancang bangun yang didasarkan atas perhitungan teoritis dengan metode trial and error dan
sebagai data hasil pengujian yang diamati
dan diperoleh berupa suhu air keluar yang diukur dengan menggunakan alat ukur Termo Resistance PT-100
ohm dan perbedaan tekanan pada sisi
cangkang diukur menggunakan manometer air pipa U serta variabel lain yang dibutuhkan juga diukur dengan
alat-alat ukur standar lainnya.
1.3. Tujuan penelitian Adapun tujuan
penelitian pada tugas akhir ini, adalah: a.
Menganalisa APK cangkang dan tabung secara eksperimental dengan variasi jarak baffle untuk mendapatkan data
laju perpindahan kalor dan penurunan
tekanan.
b.
Untuk mendapatkan nilai jarak baffle yang optimal pada APK cangkang dan tabung snan segiempat.
1.4. Manfaat Penelitian Adapun manfaat
penelitian pada tugas akhir ini, adalah: a.
Menghasilkan informasi nilai jarak baffle yang optimal untuk APK cangkang dan tabung snan tabung segiempat yang
dapat digunakan untuk perancangan APK.
b.
Sebagai pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi bidang APK cangkang dan tabung snan tabung segiempat.
c.
Sebagai pengembangan wawasan penelitian secara eksperimental pada laboratorium Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara.
1.5. Metode Pengumpulan Data Adapun metode
pengumpulan data dalam tugas akhir ini, dilakukan dengan cara: a. Study Lapangan, dimana penulis melakukan
pengamatan langsung dari APK pada
Laboratorium Perpindahan Panas
Departemen Teknik Mesin .
b.
Study Literatur, dimana penulis melakukan penelaahan dari buku-buku yang berhubungan dengan permasalahan yang
dibahas dalam tugas akhir ini.
0 komentar:
Posting Komentar