## ANALISIS EFEKTIVITAS HIGH PRESSURE HEATER UNIT 1 PLTU PANGKALAN SUSU OPERATION AND MAINTENANCE
ANALYSIS EFFECTIVENESS OF HIGH PRESSURE HEATER UNIT 1

## PLTU PANGKALAN SUSU OPERATION AND MAINTENANCE
Lestari Handayani Lumban Tobing * , Joko Sutrisno
* Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Medan
Jl. Almamater No.1, Padang Bulan, Kec. Medan Baru, Kota Medan, Sumatera Utara 20155 Email korespondensi: lestarilumban@students.polmed.ac.id

## ABSTRAK
Alat Penukar Kalor adalah suatu alat yang  digunakan untuk  menukar atau  mengubah temperatur fluida atau mengubah fasa fluida dengan cara mengubah kalornya dengan fluida lain. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) adalah sistem  pembangkit termal dengan  menggunakan uap sebagai fluida kerjanya. Di dalam sistem PLTU Unit 1 Pangkalan Susu Operation And Maintenance Unit PT  Indonesia  Power  menerapkan  prinsip  penukar  kalor.  Salah  satu  contoh  Alat  Penukar  Kalor yang  dipakai  adalah High  Pressure  Heater  (HPH ). High  Pressure  Heater adalah  alat  yang berfungsi  untuk  memanaskan  air  umpan  sebelum  masuk  ke  boiler.  Dengan  beroperasinya High Pressure  Heater ,  maka  beban  boiler  akan  semakin  ringan,  karena  air  yang  masuk  ke  boiler memiliki  temperatur  yang  tinggi. High  presure  heater pada  PLTU  Unit  1  Pangkalan  Susu Operation  And  Maintenance  Unit  PT  Indonesia  Power  terdiri  dari  tiga  unit  dan high  pressure heater yang dianalisis adalah high pressure heater unit 2 dengan temperatur uap masuk 369,62 o C, laju aliran uap 7,167 kg/s dan temperatur air umpan masuk 222,7 o C dengan laju aliran air 157,778 kg/s. Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui efektivitas dari high pressure heater pada Unit 1 PLTU Pangkalan Susu Operation And Maintenance Unit PT Indonesia Power. Dari hasil Analisis, diperoleh efektivitas high pressure heater sebesar 93,53%.
Kata kunci : Perpindahan panas, Alat Penukar kalor, efektivitas

## ABSTRACT
A heat exchanger is a device used to change or change the temperature of the fluid or change the fluid  phase  by  changing  the  heat  with  another  fluid.  Steam  Power  Plant (PLTU) is  a  thermal generating  system  using  steam  as  its  working  fluid.  In  the PLTU Unit 1 Pangkalan  Susu Operation  and  Maintenance  Unit  system,  PT  Indonesia  Power  applies  the  heat  exchanger principle. A heat exchanger was used is the High Pressure Heater (HPH). High Pressure Heater is a tool that serves to heat feed water before it enters the boiler. With the operation of the High Pressure Heater, the  boiler  load  will  be lighter,  due  to  the  water  entering  the  boiler has  a high temperature. High pressure heater at PLTU Unit 1 Pangkalan Susu Operation and Maintenance Unit PT Indonesia Power consists of 3 units and the high pressure heater which is analyzed is the high pressure heater unit 2 with an incoming steam temperature of 369.62 o C , steam flow rate of 7.167 kg/s and water temperature. The purpose of this thesis is to determine the effectiveness of the high pressure heater at Unit 1 of the Pangkalan Susu PLTU Operation and Maintenance Unit of PT Indonesia Power . From the analysis, it was found that the effectiveness of the high pressure heater was 93.53%.
Keywords : heat trannsfer, heat exchanger,effectiveness

## PENDAHULUAN
Listrik  merupakan  sumber  energi  yang  digunakan  manusia.  Banyaknya  kebutuhan  energi listrik  di  Indonesia  mendesak  pemerintah  untuk  membangun  pembangkit  energi  listrik. Pembangkit  listrik  yang  banyak  digunakan  adalah  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap  (PLTU), selain  dapat  menghasilkan  daya  listrik  relatif  besar  juga  mudah  untuk  mendapatkan  fluida utamanya.  PLTU  memanfaatkan  energi  panas  dari  uap  dengan  cara  memanaskan  air  untuk mengubah fasa cair menjadi fasa uap untuk menghasilkan energi listrik.
High  pressure  heater merupakan  suatu  alat  yang  berfungsi  untuk  memanaskan  air  yang akan diisi ke dalam boiler atau pemanas air umpan yang diolah pada Feed water pump. High pressure  heater dibutuhkan  untuk  menaikkan  temperatur  air  sebelum  masuk  ke boiler sehingga  kerja  boiler tidak  terlalu  berat  dan  apabila  kinerja High  pressure  heater menurun akan  berakibat  naiknya  konsumsi  bahan  bakar  pada  boiler  sehingga  menurunkan  efisiensi PLTU dan biaya produksi meningkat. Alat ini terdiri dari sebuah shell silindris dibagian luar dan sejumlah tube ( tube bundle ) di bagian dalam, dimana temperature fluida di dalam bundle berbeda dengan di luar tube (di dalam shell ) sehingga terjadi perpindahan panas antara aliran fluida di dalam tube dan di luar tube (Pardosi, S. C. P., 2018).
Gambar 1. High pressure heater
(PLTU Unit 1 Pangkalan Susu Operation And Maintenance Unit PT Indonesia Power, 2020)

## Faktor Pengotoran
Faktor  pengotoran  ditentukan  berdasarkan  harga  koefisien  perpindahan  panas  menyeluruh baik  dalam  kondisi  bersih  ataupun  kotor.  Pengotoran  ini  dapat  terjadi  karena  endapan  dari fluida  yang  mengalir,  dan  juga  disebabkan  oleh  korosi  pada  komponen  dari heat  exchanger akibat  pengaruh  dari  jenis  fluida  yang  dialirinya.  Terjadinya  pengotoran  tersebut  dapat mempengaruhi temperatur fluida mengalir juga koefisien perpindahan panas menyeluruh dari fluida  tersebut.  Beberapa  faktor  yang  dipengaruhi  akibat  pengotoran  antara  lain  temperatur fluida,  temperatur  dinding  plat  dan  kecepatan  aliran  fluida  (Iskandar  S,  2014;  Muin,  S.  A., 1988).  Faktor  pengotoran  harus  didapatkan  dari  percobaan  yaitu  dengan  menentukan perpindahan panas menyeluruh untuk kondisi bersih dan kondisi kotor pada alat penukar kalor sebagai berikut: (Iskandar S, 2014; Muin, S. A., 1988)
Rf = (1) Rf = faktor pengotoran (fouling factor) U kotor = Koefisien perpindahan kalor menyeluruh direncanakan[W/m 2 °C] U bersih = Koefisien perpindahan kalor menyeluruh bersih [W/m 2 °C]
Nilai faktor pengotoran untuk berbagai fluida ditunjukkan pada tabel di bawah ini
Tabel 1. Nilai faktor pengotoran untuk berbagai fluida (Iskandar, S, 2014)
Jenis fluida Faktor pengotoran R. ft 2 . / Btu ( m 2 /W) Air laut, di bawah 125 o F 0,0005 0,00009 Di atas 125 o F 0,001 0,002 Air umpan ketel yang diolah 0,001 0,0002 Minyak  bakar 0,005 0,0009 Minyak celup 0,004 0,0007 Uap alkohol 0,0005 0,00009 Uap, tak mengandung minyak 0,0005 0,00009 Udara industri 0,002 0,0004 Zat cair pendingin 0,001 0,0002

## Analisis Perhitungan Alat Penukar Kalor

## 1. Analisis Efektivitas dengan Pendekatan LMTD
Pendekatan  LMTD (log  mean  temperature  difference) dalam  analisis  penukar  kalor berguna  jika  temperatur  masuk  dan  keluar  diketahui  sehingga  LMTD  dapat  dihitung. Temperatur  antara  fluida  panas  dan  fluida  dingin  pada  waktu  masuk  dan  pada  waktu keluar tidaklah sama (JP.Holman, 1997).
Gambar 2. Profil temperatur untuk aliran sejajar (a) dan aliran lawan arah (b) dalam penukar kalor (Iskandar, S, 2014)
Jika  aliran  panas  dan  dingin  masuk  atau  keluar  di  kedua  ujung  penukar  panas  maka LMTD didefenisikan dengan persamaan 2 sebagai berikut (Iskandar S, 2014):
LMTD = (       )  (       ) (       ) (       ) (2) T h1 = Temperatur inlet pada sisi panas [°C], [K] T h2
= Temperatur outlet pada sisi panas [°C], [K] T c1
= Tmperatur inlet pada sisi dingin [°C], [K] T c2
= Temperatur outlet pada sisi dingin [°C], [K] (b) (a)

## 2. Bilangan Reynolds
Untuk  menentukan  jenis  aliran  laminar  maupun  turbulen  ditunjukkan  oleh  bilangan reynolds (Iskandar S, 2014; Muin, S.  A., 1988).  Aliran laminar merupakan aliran fluida yang  dapat  bergerak  dengan  kondisi  yang  membentuk  garis-garis  alir  yang  tidak berpotongan  satu  sama  lain.  Aliran  turbulen  merupakan  aliran  fluida  yang  partikelnya bergerak  secara  acak  dan  tidak  stabil  dengan  kecepatan  berfluaktif  yang  saling berinteraksi.  Jenis  aliran  fluida  dapat  ditentukan  dari  bilangan  reynoldsnya  pada persamaan 3 sebagai berikut: (Kreith, F., 2018; Iskandar S, 2014):
(3) D = Diameter pipa [m] v = Kecepatan aliran [m/s] ρ = Kerapatan massa fluida [kg/m 3 ] µ = Kekentalan dinamik [Pa.s] v = Kekentalan kinematik [m 2 /s] Dengan ketentuan: Aliran laminar (Re < 2000) Aliran transisi (2000 < Re < 4000) Aliran turbulen (Re > 4000)

## 3. Analisis dengan metode Efektivitas
Analisis dengan menggunakan metode yang berdasarkan efektifitas penukar panas dalam memindahkan sejumlah panas tertentu. Perpindahan panas sebenarnya dapat dihitung dari energi  yang  dilepaskan  oleh  fluida  panas  atau  energi  yang  diterima  oleh  fluida  dingin. Untuk penukar kalor aliran sejajar (Iskandar S, 2014; Irijanto,. M. Z., 2012):
Persamaan  4  yaitu  efektivitas  dalam  aliran  sejajar,  jika  fluida  minimum  adalah  fluida dingin (Putra, D. S. N., 2012)
( ) ( ) (4)
Persamaan  5  yaitu  efektifitas  dalam  aliran  sejajar,  jika  fluida  minimum  adalah  fluida panas
( ) ( ) (5)
Persamaan 6 yaitu efektifitas dalam aliran lawan arah, jika fluida minimum adalah fluida dingin
( ) ( ) . (6)
Persamaan 7 yaitu efektivitas dalam aliran lawan arah, jika fluida minimum adalah fluida panas
( ) ( ) (7)

## METODE PENELITIAN
Prosedur Perhitungan Efektivitas Pemanas Tekanan Tinggi ( High Pressure Heater ) Untuk  menghitung  efektivitas  pemanas  tekanan  tinggi  ( high  pressure  heater ),  dapat ditentukan dengan prosedur sebagai berikut:
1. Menentukan temperatur rata-rata air dan uap air
2. Menentukan  sifat-sifat  fluida  pada  temperatur  rata-rata  air  dan  uap  air  dengan menggunakan tabel ( properties of saturated water)
3. Menentukan beda temperatur rata-rata ( LMTD )
4. Menentukan bilangan reynols pada shell dan tube
5. Menghitung faktor perpindahan panas berdasarkan jenis aliran masing-masing pada
6. Menghitung koefisien perpindahan panas menyeluruh
7. Menentukan faktor pengotoran
8. Menghitung laju perpindahan panas
9. Menghitung jumlah kalor yang dipindahkan
10. Menghitung efektivitas high pressure heater

## Metode Analisis Data
Mencari landasan teori dan metode perhitungan yang dibutuhkan dalam penyusunan tugas akhir dengan  judul  yang  telah  ditentukan,  studi  kepustakaan  kemudian  mengumpulkan  data  yang diperlukan  untuk  perhitungan  teoritis. Selanjutnya m emasukkan  data  ke  dalam  metode perhitungan yang telah didapat untuk mengetahui hail perhitungan tang diinginkan. Analisis data dilakukan untuk mengetahui hasil perhitungan efektivitas alat penukar kalot tipe shell and tube .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Data High  Pressure  Heater Unit  1  PLTU  Pangkalan  Susu Operation  and  Maintenance Unit PT Indonesia Power Data pada shell sebagai berikut: Fluida yang digunakan : Bled Steam (uap ekstrasi turbin) Temperatur uap masuk, T hi : Temperatur uap keluar, T ho : Laju aliran uap, ̇ uap : 7,167 kg/s Diameter dalam, ds : 1,35 m Jarak sekat, Lb : 0,3 m Jumlah laluan, n pass : 2 Data pada pada tube sebagai berikut: Fluida yang digunakan : Air umpan Temperatur air masuk, T ci : 222,7 Temperatur air keluar, T co : 241,2 Laju aliran air, ̇ air : 157,778 kg/s Diameter dalam, di : 0,0204 m Diameter luar, do : 0,016 m Jumlah tube, Nt : 1936 Panjang tube, L : 10 m Pitch tube, Pt : 1,8 do = 1,8 (0,015 m) = 0,0288 m Menentukan sifat-sifat fluida dingin dan fluida panas
1. Temperatur rata-rata fluida dingin (air) dan fluida panas (uap air)
(             )
)
k air = 0,639 W/m
2. Menghitung Beda Temperatur Rata-rata (ΔT
LMTD ) ( )   ( ) ( ) ( ) (            )  (           )
(            ) (           ) (           )
3.  Menentukan Bilangan Reynold pada Shell dan Tube
1.  Bilangan Reynold pada tube

## (                         )
2.  Bilangan Reynold pada shell
Nilai  De  ditentukan  berdasarkan  pola  susunan tube .  Pola  susunan tube  High  Pressure Heater ini adalah triangular ,
( )
( (      ) )
Maka,
(
3. Menghitung Koefisien Perpindahan Panas Koefisien perpindahan panas pada tube :
Koefisien perpindahan panas pada shell :
4. Menghitung  Koefisien  Perpindahan  Panas  Menyeluruh  dan  Menentukan  Faktor Pengotoran Dengan temperatur dinding tube , maka diperoleh nilai k baja karbon sebesar
( ) ( )
Tobing & Sutrisno, Analisis Efektivitas High Pressure He ater Unit 1 Pltu Pangkalan Susu…

## (                           ) (                          )
Maka:
Untuk menentukan nilai faktor koreksi (F) dapat melalui diagram/grafik Maka F = 1
5.  Laju Perpindahan Kalor
18596218 W
( )
(             )
= 13717687,92 W
6.  Menghitung Efektivitas High pressure heater ( ) ( )
(              )
(              )

## KESIMPULAN
Setelah  mengamati  dan  menganalisis  perpindahan  panas  yang  terjadi  pada high  pressure heater pada  Unit  1  PLTU  Pangkalan  Susu Operation  and  Maintenance Unit  PT  Indonesia Power diperoleh simpulan Koefisien perpindahan panas shell (ho) adalah
, Koefisien  perpindahan  panas tube (hi)  adalah ;  Laju  perpindahan  kalor (Q PP )  adalah  18596218  W,  Perpindahan  panas  total  adalah
;  sehingga efektivitas high pressure heater dihitung berdasarkan metode Efektivitas adalah dan nilai ini efektif untuk tekanan yang tinggi.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terima kasih atas dukungan yang diberikan oleh Politeknik Negeri Medan (POLMED). Penulis juga mengucapkan terima kasih pada dosen pembimbing Dr.  Arridina  Susan  Silitonga,  S.T.,  M.Eng.  yang  telah  banyak  memberikan  pelatihan  dan bimbingan tentang penulisan jurnal ini.

## REFERENSI
El – Wakil, M.M., 1992, Instalasi Pembangkit Daya , Jakarta, Erlangga. Haryanto, A., 2015., Perpindahan Panas . Innosain, Yogyakarta. Iftadi, I., 2015, Kelistrikan industri , Yogyakarta, Graha Ilmu. Irijanto,. M. Z., 2012, Pengujian Efektivitas Penukar Kalor Multi Flat Plate Heat Exchanger Aluminium dengan Aliran Cross Flow , Jurnal Teknik Mesin, Universitas Diponegoro. Iskandar, S. 2014, Perpindahan Kalor , Jakarta, Erlangga. Kreith, F., 2018, Prinsip-prinsip Perpindahan Panas . Edisi ketiga, Jakarta, Erlangga.
Muin, S. A., 1988, Pesawat-pesawat Konversi Energi 1 (Ketel Uap) , Rajawali Pres, Jakarta. Pardosi,  S.  C.  P.,  2018.  Analisis  Efektivitas High  Pressure  Heater Unit  2  dengan Beban  67 MW  dan  Tekanan  0,85  MPa  pada  PLTU  Labuhan  Angin,  Tugas  Akhir.  Medan, Program Studi Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Medan.
PLN., 2014, Pengoperasian PLTU, Pangkalan Susu: Pusat Pendidikan dan Pelatihan Pudjanarsa A dan Nurtemperaturd D., 2014, Mesin Konversi Energi , Andi, Yogyakarta. Putra, D. S. N., 2012, Alat Penukar Kalor , Depok, Departemen Teknik Mesin UI. Shiyakhin. P., 2017, Turbin Uap , Erlangga, Jakarta. Silalahi, R. L., 2015, Analisis Performansi High Pressure Heater Unit 4 dengan laju aliran air 64,28 kg/s di PLTU PT PLN (Persero)Pembangkitan Sumbagut Sektor Belawan. Tugas Akhir Program Studi Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Medan
Soekardi, C., 2015, Termodinamika Dasar Mesin Konversi Energi , Andi, Yogyakarta.