HALAMAN PENGESAHAN

Judul:PERHITUNGAN KINERJA PERPINDAHAN PANAS LOW PRESSURE HEATER 5 DAN 6 UNIT 1 PADA BEBAN 350 MW PLTU 3 JAWA TIMUR TANJUNG AWAR-AWAR dilaksanakan oleh :Nama: DEVI ANANTANURNIM: 21050112083010Jurusan: PSD III Teknik MesinProposal ini telah disetujui pada,Hari:Tanggal:

Semarang, Maret 2015 Mengetahui,Menyetujui,Ketua Program DIII KerjasamaDosen PembimbingFT Undip PT.PLN

Ir. Bambang Winardi,M.KomDrs. Juli Mriharjono, MTNIP. 19610616 199303 1 002NIP.19600727 198603 1 004

A. JUDULSesuai dengan rencana terhadap topik yang saya pilih, judul yang saya pilih sebagai Tugas Akhir adalah PERHITUNGAN KINERJA PERPINDAHAN PANAS LOW PRESSURE HEATER 5 DAN 6 UNIT 1 PADA BEBAN 350 MW PLTU 3 JAWA TIMUR TANJUNG AWAR-AWAR

B. LATAR BELAKANGSeiring dengan kebutuhan energi listrik pada zaman globalisasi ini, Indonesia melaksanakan program percepatan pembangkitan listrik sebesar 10.000 MW dengan mendirikan beberapa pembangkit listrik, terutama pembangkit listrik dengan menggunakan tenaga uap (PLTU). PLTU diprioritaskan sebagai pemercepat pemenuhan kebutuhan energi listrik di Indonesia dengan mempertimbangkan efisiensinya yang tinggi dan bahan bakarnya yang relatif lebih murah dibandingkan bahan bakar pembangkit listrik tenaga selain uap. Salah satu pembangkit listrik tenaga uap yang didirikan di Jawa adalah PLTU 3 Jawa Timur Tanjung Awar-Awar berkapasitas 2 x 350 MW.Pada prinsipnya, proses pembangkitan energi listrik dengan tenaga uap mengkonversikan tiga energi utama, yaitu :1. Tahap pertama terjadi di boiler, yaitu proses perubahan energi pada air umpan dari energi kimia batu bara menjadi uap bertekanan dan bertemperatur tinggi.2. Tahap kedua berlangsung pada turbin uap, yaitu terjadi perubahan energi uap (dalam bentuk panas) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran.3. Tahap ketiga terjadi pada generator, dimana terjadi perubahan energi dari energi mekanik berupa putaran menjadi energi listrik yang kemudian ditransmisikan ke jaringan.Komponen utama pada suatu sistem PLTU dengan bahan bakar batu bara antara lain adalah pompa, boiler, turbin, kondenser dan generator. Namun, komponen-komponen lainnya dalam lingkup yang lebih spesifik mampu menaikkan efisiensi secara keseluruhan pada PLTU. Salah satunya adalah pada kompoen Low Pressure Heater (LP Heater). LP Heater adalah komponen yang memanfaatkan energi sisa dari uap yang telah digunakan untuk memutar turbin tekanan rendah (LP Turbine). Uap yang demikian disebut sebagai uap ekstraksi (steam extraction). Dengan menggunakan prinsip pertukaran panas, LP Heater dapat memindahkan panas yang terkandung pada uap ekstraksi untuk kemudian dipindahkan pada air umpan, agar air umpan naik suhu dan temperaturnya. Dengan demikian, apabila air umpan yang diumpankan ke boiler telah dinaikkan suhu dan temperaturnya maka proses pemanasan di boiler dapat dihemat sehingga dapat menaikkan efisiensi siklus. Sementara itu, uap yang diambil panasnya tersebut akan turun suhu dan tekanannya sehingga sangat besar kemungkinannya uap ekstraksi tersebut berubah wujud menjadi air yang siap didinginkan di kondenser. Namun, ada kalanya juga suatu komponen dapat mengalami kendala-kendala yang dapat menurunkan kinerjanya. Begitu juga pada LP Heater ini. Apabila terjadi gangguan dan kendala pada unit ini, maka LP Heater bisa mengalami penurunan kinerja yang menyebabkan air umpan dipanaskan tidak sampai pada suhu dan tekanan yang diharapkan. Akibat selanjutnya adalah efisiensi siklus menjadi turun. Apabila efisiensi turun, uap ekstraksi yang diambil panasnya bisa jadi masih berada di luar batas inlet kondenser sehingga dapat merusak kondenser.Untuk mengetahui ada tidaknya penurunan kinerja pada LP Heater PLTU 3 Jawa Timur Tanjung Awar-Awar, perlu dilakukan pemeriksaan dengan metode secara matematis. Metode yang saya maksut adalah perhitungan kinerja LP Heater dengan metode Performance test pada LP Heater itu sendiri. Dengan dilaksanakannya perhitungan ini akan didapatkan hasil analisis mengenai ada tidaknya penurunan kinerja pada LP Heater, sehingga apabila benar ada penurunan kinerja maka bisa segera dilakukan perbaikan guna mempertahankan kinerja pada LP Heater seperti pada saat komisioning.

C. PERUMUSAN MASALAHDengan berbagai macam peralatan dan komponen yang menunjang kerja di PLTU 3 Jawa Timur Tanjung Awar-Awar, maka tugas akhir yang saya rencanakan akan saya sajikan ke dalam lingkup yang lebih spesifik yaitu mengenai analisis kinerja Low Pressure Heater PLTU 3 Jawa Timur Tanjung Awar-Awar pada beban 350 MW .Adapun batasan masalah yang rencananya akan saya bahas adalah ;1. Hanya membahas proses pada PLTU batu bara dan tidak pada pembangkit dengan energi lain,2. Prinsip Transfer Panas pada Shell and Tube Heat Exchanger,3. Perhitungan performa LP Heater 5 dan 6 dengan metode Performance Test untuk mengetahui kinerja dari LP Heater itu sendiriTujuan dari pembuatan tugas akhir dengan mengambil judul ini adalah membuat grafik mengenai perhitungan kinerja LP Heater Unit#1 6 selama rentang waktu Februari 2015 sampai dengan April 2015 dan diambil datanya ketika unit 1 PLTU 3 Jawa Timur Tanjung Awar-Awar beroperasi pada beban 350 MW.

Langkah-langkah untuk mencari nilai performance LP Heater adalah sebagai berikut ;1) Menghitung perbedaan temperature dari steam masuk untuk memanasi condensate water dengan hasil condensate water setelah dipanaskan pada Low Pressure Heater yaitu TTD ( Terminal Temperatur difference). Rumus TTD sebagai berikut :TTD = TS T2 .([footnoteRef:1]) [1: Nelson Thompson, ASME PTC 12. 1-2000, The American Society of Mechanical Engineers New York, 2000, hal. 50]

Keterangan :TTD : Terminal Temperature Difference (C)TS : Temperature saturasi(C)T2 : Water Outlet Temperature(C)Semakin negatif nilai dari selisih temperature saturasi dengan temperature air keluar Low Pressure Heater, maka semakin bagus performa dari Low Pressure Heater, begitu sebaliknya.2) Menghitung DCA (Drain Cooler Aproach) dengan rumus :DCA = T4 T1 .([footnoteRef:2]) [2: Ibid, hal. 50]

Keterangan : DCA : Drain Cooler Aproach(C)T4 : Drain Outlet Temperature(C)T1 : Water Inlet Temperature(C)Semakin kecil nilai dari selisih temperature drainase dengan temperature air masuk LP Heater, maka semakin bagus performa dari LP Heater, begitu sebaliknya.3) Mencari massflow uap ekstraksi dengan rumus heat balance :Q pada air umpan= Q pada uap ekstraksi2. (h2 - h1) = 3. (h3 - h4) ....([footnoteRef:3]) [3: T.Kuppan,Heat Exchanger Design Handbook, hal. 29]

Keterangan :2: massflow air umpan keluar(t/h)3: massflow uap ekstraksi masuk(t/h)h1: Inlet Entalphy air umpan(kj/kg)h2: Outlet Entalphy air umpan(kj/kg)h3: Inlet Entalphy uap ekstraksi(kj/kg)h4: Outlet Drain Entalphy air dari uap ekstraksi(kj/kg)Catatan: Nilai h diambil dengan melihat tabel uap berdasarkan nilai Temperatur dan Tekanan4) Menghitung nilai Kapasitas Kalor untuk uap ekstraksi (Cs) dan Kapasitas Kalor pada air umpan (Cw)i) Kapasitas Kalor (uap), Cs = 3 . (3(h3-h4)) / 3(T3-T4)....([footnoteRef:4]) [4: Nelson Thompson, ASME PTC 12. 1-2000, The American Society of Mechanical Engineers New York, 2000, hal. 50]

ii) Kapasitas Kalor (air), Cw = 2 .( 2(h2-h1)) / 2 (T2-T1)....([footnoteRef:5]) [5: Ibid,Hal. 50]

3: Steam Extraction Massflow(t/h)3: Steam extraction massflow design (t/h)h3, h4: Entalpi steam extraction( kj/kg.0C)T3, T4: Temperatur uap ekstraksi( kj/kg.0C)Cs: Kapasitas Kalor pada Uap Ekstraksi( kj/ 0C)Cw: Kapasitas Kalor pada Air Umpan( kj/ 0C)5) Menghitung Log Mean Temperatur Differential (LMTD) dengan rumus:LMTD= ()....([footnoteRef:6]) [6: Nelson Thompson, ASME PTC 12. 1-2000, The American Society of Mechanical Engineers New York, 2000, hal. 59]

Keterangan :LMTD: Log Mean Temperature Differential(0C)T1: Water Inlet Temperature(0C)T2: Water Outlet Temperature(0C)T3: Steam Extraction Inlet Temperature(0C)T4: Drain Otlet Steam Extraction Temperature(0C)6) Menentukan faktor koreksi pada LMTD (F) dengan cara :i.) Menentukan Temperature Efficiency (P) :P= ....([footnoteRef:7]) [7: Richard C.Byrne,Tubular Exchanger Manufacturer Association Eighth Edition,Hal.134]

ii.) Menentukan Capacity Ratio (R) :R= ....([footnoteRef:8]) [8: Ibid,Hal.134]

iii.) Setelah P dan R diketahui, lihat grafik LMTD Correction Factor untuk single pass shell & U Pipe STHE seperti di bawah ini :

7

(Sumber : Tubular Exchanger Manufacturer) Gambar 3.10 Grafik LMTD Correction Factor

7) Menghitung Corrected LMTD dengan rumusCorrected LMTD= F . LMTD8) Menghitung Kalor yang dipindahkan (ambil salah satu , Q ada air atau Q pada uap), dengan rumus :Q= 3. (h3 - h4) ....([footnoteRef:9]) [9: Incropera,Fundamentals of Heat and Mass Transfer,Hal.675]

Keterangan :Q: Kalor yang dipindahkan(kj/s)3: massflow uap ekstraksi(t/h)h3: Inlet Entalphy uap ekstraksi(kj/kg)h4: Outlet Drain Entalphy air dari uap ekstraksi(kj/kg)9) Menghitung Heat Transfer Coefficient LPH 6 dengan rumus :U= ...([footnoteRef:10]) [10: Incropera,Fundamentals Heat and Mass Transfer,Hal.716]

Keterangan :U: Heat Transfer Coefficient LPH 6(kj/m2s 0C)Q: Kalor yang Dipindahkan(kj/s)A: Heat Transfer Area(m2)F: Correction Factor of LMTDLMTD: Log Mean Temperature Differential(0C)10) Menghitung Nilai NTU (Number of Transfer Unit)NTU= ....([footnoteRef:11]) [11: Ibid,Hal.687]

Keterangan:NTU: Number of Transfer UnitU: Heat Transfer Coefficient LPH 6(kj/m2s 0C)A: Heat Transfer Area(m2)C min: Kapasitas Kalor Minimal( kj/ 0C)11) Menghitung nilai Cr (perbandingan nilai )Cr = .([footnoteRef:12]) [12: Incropera,Fundamentals of heat and Mass Transfer,Hal. 723]

Keterangan:C min = Kapasitas kalor minimalC max = Kapasitas kalor max12) Menghitung nilai effectiveness = 2 1/2

.([footnoteRef:13]) [13: Incropera,Fundamentals of heat and Mass Transfer, Hal. 724]

Keterangan:: nilai effectivenessCr: Perbandingan nilai kapasitas kalorNTU : Number of Transfer UnitDengan dua langkah di atas, maka nilai effectiveness pada Low Pressure eater 5 dan 6 akan dapat diketahui dan hasilnya pasti hampir sama. Selanjutnya adalah menghitung semua data yang telah dikumpulkan dan target terakhir dari Tugas Akhir ini adalah membuat grafik efektivitas dari LP Heater 5 dan 6 selama rentang bulan Februari 2015 sampai April 2015.

D. TUJUANAdapun tujuan yang diharapkan dari penyusunan Tugas Akhir ini yaitu :1. Memenuhi persyaratan menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Ahli Madya pada Program Studi Diploma III Teknik Mesin Kelas Kerjasama FT.UNDIP PT. PLN (Persero) Universitas Diponegoro.2. Menerapkan ilmu yang didapatkan dari perkuliahan,3. Memperdalam wawasan dan pengetahuan tentang PLTU utamanya dengan bahan bakar batubara,4. Mengetahui kinerja dari unit LP Heater PLTU 3 Jawa Timur Tanjung Awar-Awar dan membandingkannya hasil uji analisis pada waktu tertentu dengan pada waktu comissioning test.5. Dapat menganalisa penyebab turunnya kinerja dari LP Heater jika terjadi penurunan dan segera mencari solusinya.

E. MANFAATManfaat yang diharapkan setelah selesainya penyusunan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut.1. Menambah ilmu pengetahuan dan teknologi bagi penulis maupun pembaca,2. Mengetahui dunia kerja di PLTU,3. Memahami metode perhitungan yang digunakan untuk mengetahui ada tidaknya penurunan kerja pada LP Heater,4. Mengetahui tindak lanjut yang perlu dilakukan apabila pada LP Heater benar-benar ditemukan penurunan kinerja.

F. TINJAUAN PUSTAKAF.1Pembangkit Listrik Tenaga Uap BatubaraPembangkit listrik tenaga uap batubara adalah salah satu jenis pembangkit listrik dimana listrik yang dihasilkan berasal dari putaran generator yang diputar (dikopel) oleh turbin uap yang diputar oleh uap yang dihasilkan dari pembakaran batubara di dalam boiler.

F.2Low Pressure HeaterLow Pressure Heater (LP Heater) merupakan komponen pada PLTU yang digunakan untuk proses pemanasan awal pada air umpan (feedwater) sebelum dialirkan ke boiler. Tujuan utamanya adalah untuk meningkatkan efisiensi termal pada air umpan sehingga air umpan yang akan dimasukkan ke boiler hanya membutuhkan panas yang lebih sedikit dibandingkan air umpan yang tanpa melalui proses pemanasan awal pada unit LP Heater. F.3Istilah Pengertian Kinerja LP HeaterUntuk mengetahui masih layak atau tidaknya kerja dari LP Heater di PLTU 3 Jawa Timur Tanjung Awar-Awar, maka penulis berencana untuk mengkalkulasi secara matematis demi mengetahui apakah LP Heater masih layak digunakan atau tidak. Proses perhitungan ini tentunya membutuhkan data data angka yang penulis ambil dari Common Control Room (CCR) PLTU 3 Jawa Timur Tanjung Awar-Awar.Istilah Analisis Kinerja ini sebenarnya adalah proses perhitungan dengan data-data yang diperoleh dari CCR untuk menilai performa dari suatu LP Heater yang dipilih. Metode yang digunakan adalah dengan metode Performance test. Dengan metode ini, akan diperoleh kesimpulan apakah LP Heater yang dipilih masih layak dipakai atau tidak.

G. METODOLOGIMetode yang digunakan untuk menyusun Tugas Akhir ini adalah :1. Untuk tinjauan pustaka, mempelajari buku penunjang, manual book dari perusahaan dan situs website terkait dengan LP Heater.2. Wawancara, dengan cara mengajukan pertanyaan yang berkaitan dengan LP Heater, baik kepada dosen pembimbing, teknisi lapangan maupun operator PLTU.3. Pengumpulan data, dimana pada tahap ini dilakukan dengan cara mengumpulkan data-data yang dibutuhkan untuk menghitung anasisi pada LP Heater berupa rekaman operator dan sistem database PLTU 3 Jawa Timur Tanjung Awar-Awar.4. Implementasi, yaitu dengan menerapkan teori yang diperoleh pada saat perkuliahan tentang LP Heater dengan cara menghitung data yang telah diperoleh dan melaksanakan analisa pada LP Heater sesuai data nyata dari pencatatan / rekaman. Dalam proses perhitungannya dibantu dengan menggunakan Microsoft Excel dan Tabel Uap untuk menentukan enthalpy.5. Penulisan tugas akhir, dimulai dari pembuatan proposal sampai dengan pembuatan kesimpulan dari implementasi perhitungan untuk LP Heater yang telah dilakukan.

H. JADWAL KEGIATANAdapun jadwal kegiatan untuk pelaksanaan penyusunan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :No.KegiatanBulan I(Juni)Bulan II(Juli)

1.Studi Pustaka

2.Studi Data

3.Perhitungan

4.Penyusunan Laporan

5.Bimbingan

I. DAFTAR PUSTAKA Bergmen,Ted dan Lavine,Adrienne, 2007, Fundamental of Heat and Mass Transfer,Wiley Press,New Jersey Nelson Thompson, ASME PTC 12. 1-2000, 2000, The American Society of Mechanical Engineers New York, New York China National Electric Engineering Co.Ltd, 2013, Turbine Operation Manual, China National Electric Engineering Technology Co.Ltd. Beijing. Kuppan,T.,-, Heat Exchanger Design Handbook, Marcel Dekker,Inc., New York7