RANCANGAN LUBE OIL COOLER PADA SISTEM

PELUMASAN TURBIN UNTUK PLTU KAPASITAS 600 MW

The Design of Lube Oil Cooler at Turbine Lubrication System for 600 MW

Steam Power Plant

Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan

DIPLOMA IV PROGRAM STUDI TEKNOLOGI

PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK

DI JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGI

Oleh :

Amelia Putri Nurhari NIM 141724001

TEKNOLOGI PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK

TEKNIK KONVERSI ENERGI

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2018

ii

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

RANCANGAN LUBE OIL COOLER PADA SISTEM

PELUMASAN TURBIN UNTUK PLTU KAPASITAS 600MW

Penulis :

Nama Mahasiswa : Amelia Putri Nurhari NIM : 141724001

Penguji :

1. Ketua : Arya Wulung, ST., MT

2. Anggota : Yanti Suprianti, M.T.

Tugas Akhir ini telah disidangkan pada tanggal 6 Agustus 2018 dan

disahkan sesuai ketentuan.

Menyetujui :

Pembimbing I Pembimbing II

Dr. Ir. Sri Wuryanti, M.Si. Drs. Maridjo, M.T. NIP 19650326 199103 2 001 NIP 19580219 198603 1 003

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Konversi Energi,

Ahmad Deni Mulyadi, S.T., M.T.

NIP 19630623 199203 1 002

PERNYATAAN PENULIS

“Saya yang bertanda tangan di bawah ini menyatakan bahwa laporan Tugas Akhir

ini adalah murni pekerjaan saya sendiri. Tidak ada pekerjaan orang lain yang saya

gunakan tanpa menyebutkan sumbernya. Materi dalam Laporan ini tidak/ belum

disajikan/ digunakan sebagai bahan untuk makalah/ Tugas Akhir kecuali saya

menyatakan dengan jelas saya menggunakannya. Saya memahami bahwa Laporan

Tugas Akhir yang saya kumpulkan dapat diperbanyak atau dikomunikasikan

untuk mendeteksi adanya plagiatisme.”

RANCANGAN LUBE OIL COOLER PADA SISTEM PELUMASAN TURBIN UNTUK PLTU KAPASITAS 600 MW

Bandung, Agustus 2017

Yang menyatakan,

Amelia Putri Nurhari

NIM 141724001

Mengetahui :

Pembimbing I Pembimbing II

Dr. Ir. Sri Wuryanti, M.Si. Drs. Maridjo, M.T. NIP 19650326 199103 2 001 NIP 19580219 198603 1 003

iv

ABSTRAK

Lube oil cooler merupakan salah satu auxiliary equipment dalam sistem pelumasan turbin pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap. Lube Oil Cooler berfungsi untuk mendinginkan temperatur lube oil yang telah membawa energi panas dari gesekan-gesekan komponen turbin uap. Jenis heat exchanger dari lube oil cooler yang akan dirancang adalah fin tube dengan arah aliran crossflow yang memindahkan panas lube oil , dimana demin water terletak di sisi tube sedangkan lube oil pada sisi duct. Karena pentingnya peran lube oil cooler pada sistem pelumasan turbin uap, maka dibutuhkan heat exchanger yang memiliki performa baik. Rancangan Lube Oil Cooler diawali dengan menentukan parameter awal rancangan yaitu temperatur, laju alir massa, panas spesifik, konduktivitas termal dan densitas dari demin water dan lube oil. Kemudian dilakukan perhitungan dimensi dengan rumus rancangan sesuai standar dan analisis rancangan. Hasil rancangan didapat dimensi tube dengan material Titanium berdiameter luar 1,5 inch 18 BWG, panjang tube 4500 mm, jumlah tube 13 buah dengan susunan triangular. Jumlah fin 2 buah per inch, tinggi fin 4500 mm dan tebal fin 1,02 mm. Standar dari rancangan lube oil cooler adalah nilai kekotoran ketentuan sama dengan nilai kekotoran perhitungan dan penurunan tekanan untuk sisi duct dan sisi tube yaitu ≤ 0,68 bar. Dari besaran dimensi hasil perhitungan rancangan lube oil cooler, didapatkan nilai faktor kekotoran sebesar 0,006015 sesuai dengan nilai ketentuan faktor kekotoran yaitu 0,006 dan besar penurunan tekanan untuk sisi duct yaitu 0,09 bar dan sisi tube 0,63 bar.

Kata kunci : Lube oil cooler, Sistem pelumasan turbin, Lube oil, fin tube heat exchanger, Nilai kekotoran, Penurunan tekanan.

v

ABSRACT

Lube oil cooler is one of auxiliary equipment in turbine lubrication system in Steam Power Plant. Lube Oil Cooler serves to cool the temperature of lube oil that has brought heat energy from friction components of steam turbine. The type of heat exchanger from the lube oil cooler to be designed is a fin tube with a crossflow flow direction that displaces the heat of the lube oil, where the demin water is located on the side of the tube while the lube oil on the duct side. Because of the importance of the role of lube oil cooler in steam turbine lubrication system, heat exchanger is required that has a good performance. The Lube Oil Cooler design begins with determining the initial design parameters of temperature, mass flow rate, specific heat, thermal conductivity and density of demin water and lube oil. Then the calculation of dimensions with the design formula according to standards and design analysis. The design results obtained tube dimension with Titanium material outside diameter 1.5 inch 18 BWG, 4500 mm tube length, 13 tube tube with triangular arrangement. Number of fin 2 pieces per inch, 4500 mm fin height and 1.02 mm fin thickness. The standard of the lube oil cooler design is the dirtiness value of the provision equal to the impurity value of the calculation and the pressure drop for the duct side and the tube side is ≤ 0.68 bar. From the dimension of the calculation result of lube oil cooler design, the impurity factor value is 0.006015 according to the value of the determination of the defilement factor of 0.006 and the pressure drop for the duct side is 0.09 bar and the tube side is 0.63 bar.

Keywords : Lube Oil Cooler, Turbine Lubrication System, Lube Oil, Fin Tube

Heat Exchanger, Dirt factor, Pressure drop.

vi

UCAPAN TERIMA KASIH

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah

mencurahkan rahmat, hidayah serta cahaya ilmu pengetahuan-Nya sehingga

akhirnya penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir yang berjudul

“RANCANGAN LUBE OIL COOLER PADA SISTEM PELUMASAN TURBIN

UNTUK PLTU KAPASITAS 600 MW”.

Pada kesempatan ini penulis juga ingin menyampaikan terimakasih kepada

semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian laporan ini khususnya

kepada:

1. Ibunda Neni Hariyanti, ayahanda Jajang Nurjaya Surakusumah serta

kakak tercinta, dan umumnya keluarga besar penulis yang tanpa lelah

selalu memberikan semangat, memotivasi dan mendoakan penulis.

2. Ibu Dr. Ir. Sri Wuryanti, M.Si dan Bapak Drs. Maridjo, M.T selaku

pembimbing yang tak kenal lelah menuntun penulis dalam pembuatan

Tugas Akhir ini.

3. Ibu Dra. Tina Mulya Gantina selaku koordinator Tugas Akhir yang

telah banyak membantu dalam pembuatan Tugas Akhir ini.

4. Seluruh dosen di Jurusan Teknik Konversi Energi yang selama 4

tahun telah mengajari banyak ilmu berharga kepada penulis

5. Bapak Dr. Ir. Hermagasantos Zein, M.Sc selaku wali kelas TPTL

2014 yang senantiasa mengayomi kami dengan baik.

6. Rekan-rekan mahasiswa TPTL angkatan 2014 yang telah bersama-

sama berjuang dalam menyusun Tugas Akhir khususnya Gjeengss

tercinta yang selalu memberi dukungan dan motivasi, khususnya

Elvani Sulistya, Risma Fajar Rahayu, Yelly Fitryani selaku rekan satu

bimbingan Tugas Akhir.

7. Asep Sopyan yang senantiasa membantu dan rekan berdiskusi dalam

desain gambar.

8. Nurlatipah dan Nurhassyati Luqiyana yang senantiasa membantu dan

rekan berdiskusi dalam membuat simulasi sistem di software.

9. Fitra Satria Maulana, Ega Lestapa, Rizal Darizki, Rizal Sakirin, Eldi

Novrizal yang selalu berjuang bersama, saling menyemangati dan

senantiasa bahu membahu untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini dan

bertekad untuk lulus bersama-sama.

10. Dan seluruh pihak yang tidak disebutkan secara langsung maupun

tidak langsung telah memberikan bantuan selama pelaksanaan Tugas

Akhir.

Semoga laporan ini dapat memberikan manfaat bagi penulis dan pembaca

lain umumnya. Semoga Allah SWT senantiasa melimpahkan rahmat dan barokah-

Nya.

Aamiin

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat-Nya

yang telah dilimpahkan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan

laporan Tugas Akhir ini yang ditujukan sebagai salah satu syarat kelulusan dari

Program Studi D-IV Teknologi Pembangkit Tenaga Listrik di Jurusan Teknik

Konversi Energi, Politeknik Negeri Bandung. Adapun isi dari karya tulis ini

adalah mengenai “RANCANGAN LUBE OIL COOLER PADA SISTEM

PELUMASAN TURBIN UNTUK PLTU KAPASITAS 600 MW”.

Penulis juga tidak lupa untuk mengucapkan terima kasih banyak kepada

para dosen serta staff pengajar Jurusan Teknik Konversi Energi yang selalu

membimbing dan mengajari penulis dalam menyusun laporan Tugas Akhir ini.

Serta semua pihak yang telah membantu penulis dalam penyusunan karya tulis ini.

Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu kritik serta

saran yang membangun sangat penulis harapkan untuk penyempurnaan rancangan

ini. Sebagai manusia biasa penulis merasa memiliki banyak kesalahan, oleh

karenanya penulis mohon maaf yang sebesar besarnya.

Atas perhatian dari semua pihak yang membantu penulisan ini, penulis

ucapkan terima kasih. Semoga Tugas Akhir ini dapat diambil manfaatnya oleh

pembaca

Bandung, Agustus 2018

Penulis

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR ........................................................ ii

PERNYATAAN PENULIS ................................................................................... iii

ABSTRAK ............................................................................................................. iv

ABSRACT ................................................................................................................ v

UCAPAN TERIMA KASIH .................................................................................. vi

KATA PENGANTAR ......................................................................................... viii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiv

DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xv

NOMENKLATUR ................................................. Error! Bookmark not defined.

BAB I PENDAHULUAN ................................... Error! Bookmark not defined.

I.1. Latar Belakang ........................................ Error! Bookmark not defined.

I.2. Tujuan ...................................................... Error! Bookmark not defined.

I.3. Rumusan Masalah ................................... Error! Bookmark not defined.

I.4. Batasan Masalah ...................................... Error! Bookmark not defined.

I.5. Sistematika Penulisan .............................. Error! Bookmark not defined.

BAB II LANDASAN TEORI ........................... Error! Bookmark not defined.

II.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap .............. Error! Bookmark not defined.

II.2. Turbin Uap .............................................. Error! Bookmark not defined.

II.2.1. Prinsip Kerja Turbin Uap ................. Error! Bookmark not defined.

II.2.2. Komponen-komponen Utama Sistem Turbin Uap Error! Bookmark

not defined.

II.3. Sistem Pelumasan pada Turbin Uap ........ Error! Bookmark not defined.

II.4. Lube Oil Cooler ....................................... Error! Bookmark not defined.

II.5. Perpindahan Panas ................................... Error! Bookmark not defined.

II.6. Penukar Panas .......................................... Error! Bookmark not defined.

II.7. Aliran pada Heat Exchanger ................... Error! Bookmark not defined.

II.8. Fin and Tube Heat exchanger ................. Error! Bookmark not defined.

II.8.1. Susunan Tube ................................... Error! Bookmark not defined.

II.8.2. Sirip (Fin) ......................................... Error! Bookmark not defined.

II.9. Tahap Rancangan Lube Oil Cooler ......... Error! Bookmark not defined.

II.9.1. Perencanaan Pipa ............................. Error! Bookmark not defined.

II.9.2. Perhitungan Kalor Lube Oil ............. Error! Bookmark not defined.

II.9.3. Perhitungan Penyerapan Panas ........ Error! Bookmark not defined.

II.9.4. Kesetimbangan Energi ..................... Error! Bookmark not defined.

II.9.5. Menghitung Diameter Ekivalen ....... Error! Bookmark not defined.

II.9.6. Menentukan Jumlah Pipa Per Bundle ............ Error! Bookmark not

defined.

II.9.7. Menghitung Koefisien Perpindahan Panas Dalam Pipa (hi) .... Error!

Bookmark not defined.

II.9.8. Menghitung Efektivitas Sirip () .... Error! Bookmark not defined.

II.9.9. Menghitung Koefisien Perpindahan Panas Luar Pipa ( ) ..... Error!

Bookmark not defined.

II.9.10. Menghitung Koefisien Perpindahan Panas Pada Permukaan

Dalam Pipa (h’fi) ............................................. Error! Bookmark not defined.

II.9.11. Menghitung Koefisien Desain Perpindahan Panas Menyeluruh

(fin) Error! Bookmark not defined.

II.9.12. Menghitung Luas Perpindahan Panas (A) .. Error! Bookmark not

defined.

II.9.13. Menghitung Jumlah Bundle Pipa (n) .......... Error! Bookmark not

defined.

II.9.14. Menghitung Koefisien Desain Aktual Perpindahan Panas

Menyeluruh ( ) ...................................... Error! Bookmark not defined.

II.9.15. Menghitung Koefisien Dirt factor (Rd’) .... Error! Bookmark not

defined.

II.9.16. Menghitung Penurunan Tekanan (Pressure Drop) .............. Error!

Bookmark not defined.

BAB III METODE PERANCANGAN ............. Error! Bookmark not defined.

III.1. Tahap Perancangan Lube Oil Cooler ... Error! Bookmark not defined.

III.2. Data Rancangan ................................... Error! Bookmark not defined.

III.2.1. Perhitungan Kesetimbangan Energi ........... Error! Bookmark not

defined.

III.2.2. Perhitungan .............................. Error! Bookmark not defined.

III.2.3. Perhitungan Diameter Ekivalen .... Error! Bookmark not defined.

III.2.4. Perhitungan Jumlah Pipa per bundle .......... Error! Bookmark not

defined.

III.2.5. Perhitungan Koefisien Perpindahan Panas Dalam Pipa (h’i) Error!

Bookmark not defined.

III.2.6. Perhitungan Koefisien Perpindahan Panas Luar Pipa (h’o) .. Error!

Bookmark not defined.

III.2.7. Perhitungan Efektivitas Sirip (Ω) . Error! Bookmark not defined.

III.2.8. Perhitungan Perpindahan Panas Permukaan Dalam Pipa (h’fi)

………………………………………………………………Error

! Bookmark not defined.

III.2.9. Perhitungan Koefisien Desain Perpindahan Panas Menyeluruh

(UDi)

……………………………………………………………….Erro

r! Bookmark not defined.

III.2.10. Perhitungan Luas Perpindahan Panas (A) .. Error! Bookmark not

defined.

III.2.11. Perhitungan Jumlah Bundle Pipa (n) .......... Error! Bookmark not

defined.

III.2.12. Perhitungan Koefisien Desain Aktual Menyeluruh (UDact) .. Error!

Bookmark not defined.

III.2.13. Perhitungan Dirt factor (Rd’) ....... Error! Bookmark not defined.

III.2.14. Perhitungan Pressure Drop .......... Error! Bookmark not defined.

III.2.15. Spesifikasi Hasil Rancangan Lube Oil Cooler .. Error! Bookmark

not defined.

BAB IV ANALISIS RANCANGAN ................. Error! Bookmark not defined.

IV.1. Analisis Spesifikasi .................................. Error! Bookmark not defined.

IV.2. Analisis Efektivitas Heat Exchanger ................................................... IV-3

IV.3 Analisis Sinkronisasi Lube Oil Cooler ................................................. IV-4

IV.4 Analisis Material .................................................................................. IV-5

BAB V SIMPULAN DAN SARAN .............................................................. V-1

V.1 Simpulan ................................................................................................... V-1

V.2 Saran ......................................................................................................... V-2

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... xx

LAMPIRAN-LAMPIRAN ..................................... Error! Bookmark not defined.

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar II. 1 Diagram Siklus PLTU Suralaya ....... Error! Bookmark not defined.

Gambar II. 2 Diagram T-s Siklus Rankine Ideal.... Error! Bookmark not defined.

Gambar II. 3 Turbin Uap ........................................ Error! Bookmark not defined.

Gambar II. 4 Single line diagram Turbine Lube Oil Sytem .. Error! Bookmark not

defined.

Gambar II. 5 Penukar kalor pipa konsentris one shell one tube . Error! Bookmark

not defined.

Gambar II. 6 Susunan tube pada heat exchanger ... Error! Bookmark not defined.

Gambar II. 7 Jenis-jenis sirip (fin) ......................... Error! Bookmark not defined.

Gambar II. 8 Derivation of the transverse fin efficiency ...... Error! Bookmark not

defined.

Gambar III. 1 Diagram Alir Perancangan Lube Oil Cooler . Error! Bookmark not

defined.

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel III. 1 Data Rancangan .................................. Error! Bookmark not defined.

Tabel III. 2 Data yang Ditentukan.......................... Error! Bookmark not defined.

Tabel III. 3 Spesifikasi Hasil Rancangan ............... Error! Bookmark not defined.

Tabel V. 1 Tabel Hasil Rancangan……………………………………………V-1

xv

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A Curicullum Vitae ...................................................................... xi

LAMPIRAN B Grafik dan Tabel yang Digunakan ....... Error! Bookmark not

defined.

LAMPIRAN C Simulasi Rancangan ................. Error! Bookmark not defined.

LAMPIRAN D Gambar Hasil Rancangan…………………………………-23-

xvi

DAFTAR PUSTAKA

1. Incropera, P Frank. and Dewitt, P David., 1996, Fundamentals of Heat and Mass Transfer Seventh Edition.

2. Kays, W.M., London, A.L. 1964. Compact Heat exchanger Second Edition. New York: Mc Grow Hill Book Company.

3. Rosady, S. D. N dan Dwiyantoro, B. A, Re-Design Lube Oil Cooler pada Turbin Gas dengan Analisa Termodinamika dan Perpindahan Panas, Jurnal Teknik Pomits, Vol. 1, No. 2, (2014) ISSN: 2301-9271.

4. Giampaolo, A. 2000. Gas Turbine Handbook Principles and Practices. Lilburn: The Fairmont Press Inc.

5. Kern, D. Q., 1950. Process Heat Transfer. International Student ed. New York: Mc. Graw-Hill.

6. Wuryanti, Sri. 1995. Perpindahan Panas. Bandung : Penerbit Pusat Pengembangan Pendidikan Politeknik.

7. Closed Circulating Cooling System (C3W), Arsip PLTU Suralaya Unit 1-7.

8. Holman, J.P., 1986, Heat Transfer Tenth Edition. Mc Graw – Hill Book. USA.

9. Tubulare Exchanger Manufacturers Association (TEMA), Design of Heat Exchanger, 1998.

xvii

Name : Amelia Putri Nurhari

Sex : Female

Marital status : Single

Religion : Islam

Place, date of birth : Karawang, March 8th1997

Contact Address : Jalan Babakan Ciparay Gang Pa Sarmadi No.30

Contact Phone : 085814650970

e-mail : Nurhariamelia@gmail.com

Degree Institutional City Major Duration

a Akademic POLBAN Bandung Energy

Conversion 2014 now

b SeniorHigh

School

SMAN 4

Bandung Bandung Science Class 2011 2014

c Junior High

School

SMPN 3

Bandung Bandung - 2008 2011

B. Educational Background

PERSONAL DATA

xviii

d Elementary SDN Al

Irsyad Karawang - 2002 2008

July – August 2017 Mechanical Maintenance Division at PT Indonesia

Power UPJP PLTP Kamojang.

Himpunan Mahasiswa Teknik Energi (HMTE) in Politeknik Negeri Bandung

(POLBAN)

2014-2018 Position : Member of Commission 4 in

Delegation Committee

ORGANIZATION EXPERIENCE

WORK EXPERIENCE