BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar belakang Salah satu proses

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 42,8oC dan
temperatur keluar yang diharapkan adalah 38oC.
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, susunan
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 aksial
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, susunan tabung, tipe
baffle, jarak baffle, baffle cut, dan celah antara baffle dan shell. Tunggul [2]
mengemukakan bahwa besarnya pemotongan sekat berkisar 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, susunan
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 laluan 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 susunan segitiga 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 susunan tabung segitiga 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, 55
mm, 63 mm dan 73 mm. Laju aliran massa air demineralisasi (fluida panas)
adalah 0,2 kg/det dengan rencana suhu masuk 42,80C 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 skripsi 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 susunan segitiga.
1.4. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat penelitian pada skripsi ini, adalah:
a. Menghasilkan informasi nilai jarak baffle yang optimal untuk APK
cangkang, dan tabung susunan tabung segitiga yang dapat digunakan
untuk perancangan APK.
b. Sebagai pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi bidang APK
cangkang, dan tabung susunan tabung segitiga.
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 skripsi ini, dilakukan dengan
cara:
a. Study Lapangan, dimana penulis melakukan eksperimen pada APK di
Laboratorium Perpindahan Panas Departemen Teknik Mesin USU.
b. Study Literatur, dimana penulis melakukan penelaahan dari buku-buku
yang berhubungan dengan permasalahan yang dibahas dalam skripsi
ini.
c. Survey Study , dimana penulis melakukan pengamatan langsung di
PLN Sicanang Belawan.
d. Diskusi.