## PENGARUH VARIASI TEMPERATUR AIR PENDINGIN KONDENSOR TERHADAP TEKANAN PADA BEBAN TETAP
Atoni 1 , Kisman H. Mahmud 2
1) Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Jakarta
2) Departemen Fisika Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Jakarta Jl. Cempaka Putih Tengah-27, Jakarta Pusat 10510, Indonesia Email : kismanmahmud@yahoo.co.id

## ABSTRACT
The main function of steam condensor in steam plant installation is to condense exhaust steam from turbine which causes the high quality water feed to be reused in the cycle. When the circulating cooling water is low, it will cause low reverse pressure to bring the steam out from the turbine. This will decrease the end pressure which exit from the turbine which in turn causes the turbine power to become higher than the installation which  does  not  use  condensor.  It  means  that  the  fixed  turbine  power  increases  efficiency  of  installation. Steam condensor which is water-cooling heat alternator significantly will be affected by the water cooling condition or the circulation, either its temperature or its cleanness. This paper will analyze the effect of the water-cooling temperature variation on condensor performance. The analysis was carried out based on the data  collected  from  PLTU  Muara  Karang  Unit  3.  The  result  showed  that  the  high  temperature  of  water cooling  increased  the  condensor  pressure,  the  saturated  temperature  of  condensor,  the  difference  of  the average temperature, the coefficient of total exchanging heat, and the condensor heat load. As a result, it will reduce the efficiency of cycle thermal.
Keywords: Condensor, Heat Exchanging

## ABSTRAK
Fungsi utama kondensor uap pada suatu instalasi pembangkit tenaga uap adalah untuk mengkondensasikan uap buangan dari turbin dan dengan demikian rnemulihkan air-umpan berkualitas tinggi untuk dipakai Iagi dalam  siklus.  Jika  air  pendingin  yang  bersirkulasi  cukup  rendah,  akan  menimbulkan  tekanan  balik  yang rendah  untuk  membuang  uap  keluar  dari turbin.  Hal ini  akan  menurunkan  tekanan  akhir  yang  keluar  dari turbin sehingga daya turbin akan menjadi lebih besar dibandingkan dengan instalasi yang tidak meggunakan kondensor.  Atau  dengan  daya  turbin  yang  tetap,  efisiensi  instalsi  akan  meningkat.  Kondensor  uap  yang merupakan  alat  penukar  kalor  berpendingin  air  akan  sangat  dipengaruhi  oleh  kondisi  air  pendingin  atau sirkulasi,  baik  suhu  atau  kebersihannya.  Pada  pembuatan  tulisan  ini  akan  diperhitungkan  pengaruh  dari variasi  suhu  air  pendingin  terhadap  unjuk  kerja  kondensor.  Perhitungan  diambil  berdasarkan  data-data yang didapat dari PLTU Muara Karang unit 3. Hasil akhir dapat dilihat bahwa dengan sernakin tingginya suhu air pendingin, maka akan meningkatkan tekanan kondensor, suhu saturasi kondensor, beda suhu rata- rata, koefisien perpindahan kalor total dan beban kalor kondensor. Dan dari sini akan mengakibatkan makin menurunnya efisiensi termal siklus.

## Kata kunci : Kondensor,  perpindahan kalor

## I. PENDAHULUAN
Proses  dalam  suatu  system  thermodinamika,  khususnya  bidang  temperature  entropi  mempunyai  peran yang  penting.  Apabila  zat  mengalami  proses  reverrsibel  tidak  terdapat  perubahan  energi  dalam  netto  untuk suatu  daur,  jadi  perpindahan  energy  netto  ke  satu-satuan  massa  zat  sebagai  panas  selama  daur  berlangsung harus  sama  dengan  perpindahan  energy  netto  sebagai  energy  kerja  dari  zat.  Salah  satu  usaha  yang menghasilkan  perbaikan  yang  sangat  berarti  terhadap  efisiensi  konversi  energy,  dengan  memperhatkan keluaran  kerja  turbin  akan  bertambah  besar  apabila  tekanan  keluar  turbin  dibuat  lebih  rendah.  Untuk menciptakan suatu daerah bertekanan rendah dimana fluida dari turbin dapat dibuang. Hal ini dapat dicapai dengan penambahan sebuah kondensor.
Kondensor  adalah  alat  pengatur  panas,  dengan  proses  perpindahan  panas  terjadi  dari  suatu  fluida  kerja yang  temperaturnya  tinggi  ke  fluida  kerja  yang  temperaturnya  rendah.  Terjadi  perubahan  fasa  dari  fluida kerja  bertemperatur  tinggi  pada  kondisi  tekanan  dan  temperatur  konstan  (uap  ke  cair).  Tekanan  dan temperatur uap adalah besaran yang mempunyai kaitan satu dengan yang lainnya, dimana untuk suatu harga temperatur  tertentu  akan  didapat  suatu  suatu  harga  tekanan  uap  yang  tertentu  pula.  Pemakaian  suatu kondensor  memungkinkan  suatu  pendauran  berkesinambungan  fluida  yang  sama,  berarti  bahwa  air  yang dimurnikan dapat digunakan sebagai fluida kerja. Tujuan dalam penelitian ini adalah melakukan studi analisa pengaruh dari perubahan temperatur air pendingin masuk kondensor terhadap perubahan harga tekanan uap kondensor dan tingkat kevakuman kondensor.

## II. KAJIAN PUSTAKA
Proses  perpindahan  panas  dapat  terjadi  dari  benda  ke  benda  lain  yg  mempunyai  temperatur  lebih rendah,  dimana  mekanisme  proses  perpindahan  dapat  terjadi  dengan  cara  konduksi,  konveksi  dan  radiasi, sedangkan  untuk  sistem  kondensor,  air  pendingin  yang  dialirkan  didalam  pipa  pendingin  mempunyai perbedaan temperatur terhadap uap yang mengalir didalam shell sehingga terjadi proses perpindahan energi panas antara kedua fluida kerja.
Gb. Proses aliran perpindahan panas dan analogi rangkaian listriknya
Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik dan  selanjutnya  diubah  menjadi  energi  mekanis  dalam  bentuk  putaran  poros  turbin.  Turbin  uap  dapat digunakan pada berbagai bidang industri, untuk pembangkit tenaga listrik dan untuk transportasi.
Gb. Skema pembangkit Tenaga Uap

## 2.1. Jatuh tekanan
Jatuh tekanan didalam kondensor terdiri atas jatuh tekanan didalam kotak air dan jatuh tekanan gesekan didalam tabung. Ini bergantung pada beberapa faktor, seperti pola aliran dan ukuran kotak air, tabung masuk dan keluar pada plat tabung, ukuran dan panjang tabung, serta suhu dan kecepatan air.
Jatuh tekanan dinyatakan dengan istilah tinggi-tekan(Head) H, yang dihubungkan dengan ΔP maka persamaannya :
Dimana : = densitas g   = percepatan gravitasi gc = faktor konversi

## 2.2. Kondensor dan Analisis Kondensor
Pada  diagram P-h dari  siklus  kompresi  uap,  kondensor  mempunyai  tugas  merealisasikan  garis  2-3. Pada  prinsipnya  kondensor  merupakan  APK  yang  fungsinya  merubah  fasa  refrigeran  yaitu  merubah  fase refrigerant  dari  uap  menjadi  cair.  Pada  dasarnya  kondensor  mempunyai  dua  fungsi,  yaitu  :  Kondensor membuang  panas  yang  diambil  oleh  refrigeran  dari  dalam  evaporator  dan  kondensor  mengkondensasikan refrigeran uap menjadi refrigeran cair.

## Gb. Skema diagram p-h siklus kompresi uap
Pemindahan panas dan proses kondensasi didalam kondensor dapat terjadi dalam dua cara, yaitu :
I. Proses  dengan  bantuan  air.  Air  digunakan  untuk  membantu  mengambil  panas  dari  refrigeran  uap. Refrigeran  uap  yang  mengalir  dalam  kondensor  disimpan  dalam  suatu  tempat  atau  air  dilewatkan  pada kondensor  yang  berisi  refrigeran  uap.  Air  masuk  mempunyai  temperatur  lebih  rendah  dibandingkan dengan  temperatur  refrigeran  uap.  Panas  dari  refrigerant  uap  dipindahkan  ke  air  melalui  dinding kondensor.  Air  tersebut  membawa  panas  dari  wadah  melalui  saluran  ke  luar.  Jika  medium  pendingin yang digunakan adalah air, kelebihannya adalah air mempunyai sifat membawa dan memindahkan panas yang jauh lebih baik daripada udara.
II. Proses  dengan  bantuan  udara.  Udara  digunakan  untuk  membuang  panas  dari  refrigeran  uap  melalui permukaan  kondensor.  Udara  dihembuskan  dengan  menggunakan  kipas  ke  permukaan  kondensor. Karena udara lebih dingin dari refrigeran uap maka terjadi perpindahan panas dari refrigeran uap ke udara bebas melalui permukaan kondensor.
Gb. Jenis Pendingin Kondensor

## 2.3.Analisa Kondensor
Laju perpindahan panas pada refrigerant dan air pendingin dapat dihitung dengan persaman :
Dan
Di mana :
Qr     =  laju perpindahan panas refrigerant (kJ/s)
=  laju aliran massa refrigerant (kg/s)
=  entalpi refrigerant pada diagram p-h (Kj/kg)
=  laju perpindahan panas air (kJ/s)
=  laju aliran massa air (kg/s)
=  kalor jenis air (4,19 kJ/kg.K)
=  temperatur air keluar kondensor (K)
=  temperature air masuk kondensor (K)
Besar laju aliran massa air pendingin dapat dihitung menggunakan persamaan :
Dimana : Q  =  beban kalor T 1 = suhu masuk T 2 = suhu keluar c p = kalor spesifik air

## 2.4. Perbedaan Suhu Rata-rata
Air pendingin yang keluar dari kondensor akan mempunyai temperatur yang lebih rendah dibandingkan dengan  temperatur  uap  ataupun  kondensatnya.  Jika  digambarkan  harga  temperatur  uap  sampai  terjadi kondensat  terhadap  temperatur  air  pendingin  sepanjang  kondensor,  maka  kenaikan  harga  perbedaan temperatur relative antara kedua fluida kerja, tetapi pada saat air pendingin keluar kondensor temperaturnya masih tetap lebih kecil dar pada temperatur kondensor.
Gb. Profil Temperatur pada Kondensor
Dan besarnya perbedaan temperatur logaritma rata-rata tersebut dapat dihitung menggunakan persamaan :
Jenis kondensor yang dianalisa

## KARAKTER UMUM
NUMBER FURNISHED ONE PER UNIT MANUFAKTURED TAKASAGO MACHINERY WORKS TYPE SURFACE, SINGLEPASS, DIVEDED TOTAL EFFEKTIVE TUBE SURFAR 9,430 M2 SIZE OF TUBES 25,4 mm OD x 12,140 mm EFFECTIVE LENGTH, 1,245 mm THICKNESS OD 7/8 In, 18 BWG TYPE AND NUMBER OF TUBES : 90 - 10 Cu-Ni  : 9224 70 - 30 Cu-Ni  :   514 TOTAL  : 9738 HOT WELL STORAGE CAPACITY 40,000   1  AT NORMAL OPERATION LEVEL TYPE OF TURBINE EXCHAUSET VERTICAL EXPANSION JOINT STAILESS BELLOWS

## III. Metode Analisa dan Perhitungan
Tingkat  kevakuman  dari  suatu  kondensor  akan  dipengaruhi  oleh  tekanan  uap  dan  tekanan  udara  yang bekerja pada kondensor. Sedangkan tekanan uap yang bekerja akan bergantung kepada laju aliran uap masuk kedalam kondensor, tekanan uap masuk, temperatur air pendingin masuk kondensor, laju aliran air pendingin masuk kondensor dan laju aliran udara yang dihisap keluar (oleh pompa vakum).
1.1. Analisa Variasi Air Temperatur Pendingin Masuk Kondensor Terhadap Tekanan Uap Kondensor.
Tekanan  dan  temperatur  uap  adalah  suatu  besaran  yang  mempunyai  kaitan  satu  sama  lainnya,  dimana untuk  suatu  harga  temperatur  tertentu  akan  didapat  satu  harga  tekanan  uap  yang  tertentu  pula.  Temperatur uap yang bekerja pada kondensor dihitung dengan persamaan :
Dimana : T u = temperatur uap pada kondensor T wi = temperatur air pendingin masuk kondensor Q    = beban kalor pada kondensor C p = kalor spesifik air m    = laju aliran massa air

## A   = luas permukaan luar tabung keseluruhan U   = koefisien perpindahan kalor menyeluruh kondensor
Naiknya harga temperatur air pendingin masuk  maka temperatur uap kondensor akan naik pula. Hal ini menyebabkan tingkat keadaan uap kelur turbin (masuk kondensor) yang meningkat sehingga daya output dari  turbin  uap  turun.  Tetapi  jika  terjadi  keaadaan  sebaliknya  atau  temperatur  air  pendingin  masuk  turun, maka temperatur uap kondensor akan turun pula (tingkat keadaan uap keluar turbin turun) dan menghasilkan daya output turbin yang lebih besar.

## 1.1.1. Hasil Perhitungan
Dari  hasil  program  yang  didapat,  harga-harga  perubahan  tekanan  kondensor  terhadap  variasi temperatur air pendingin masuk kondensor, demikian juga terhadap tekana uap. Berikut hasil perhitungan
Twi (C) Tu  (C) Pu (mPa) 20 35,28 0,00574 21 36,28 0,00603 22 37,28 0,00641 23 38,28 0,00678 24 39,28 0,00716 25 40,28 0,00754 26 41,28 0,00792 27 42,28 0,00836 28 43,28 0,00883 29 44,28 0,00929 30 45,28 0,00976

## 1.2. Variasi temperatur air pendingin masuk kondensor terhadap tekanan hampa/vakum
Tekanan  didalam  kondensor  lebih  rendah  dari  tekanan  atmosfer.  Tekanan  atmosfer  yang  lebih  rendah disebut  tekanan  hampa/vakum.  Jika  dihubungkan  dengan  tekanan  absolute  P  dan  tekanan  barometer  PB, maka tekanan hampa dinyatakan dengan persamaan :
Dimana PB adalah tekanan barometer 760 mmHg = 76 cmHg.
Dari hasil perhitungan didapatkan harga perubahan tekanan hampa/vakum terhadap variasi temperatur air pendingin masuk (Twi)
Twi (C) Pu (cm Hg) 20 70,3748 21 70,0906 22 69,7182 23 69,3556 24 68,9832 25 68,6108 26 68,2384 27 67,8072 28 67,3466 29 66,8958 30 66,4352

## IV. Kesimpulan
a. Dengan menghitung dan menganalisa variasi temperatur air pendingin masuk, maka dapat diketahui pada  temperatur  air  pendingin  masuk  dengan  temperatur  derajat  berapa  yang  lebih  menguntungkan (ekonomis), dalam analisa tersebut yang pengaruhnya terhadap tekanan uap dan tingkat kevakuman kondensor.
b. Pemilihan  variasi  temperatur  air  pendingin  masuk  kondensor  mempunyai  batas  pertimbangan  yaitu jangan  mencapai  daerah  kubah  uap  yang  mempunyai  kualitas  yang  besar,  karena  akan mengakibatkan  adanya  tetesan  cairan  yang  dapat  menumbuk  sudut-sudut  turbin  sehingga menimbulkan kerusakan yang cukup serius.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Haga, H. W., 1953. Mesin Uap Torak Jilid II, Buku Teknik STAN, Jakarta
2. El-Wakil, 1992, Instalasi Pembangkit Daya Jilid I, Erlangga, Jakarta
3. A. Muin, Syamsir, 1993, Pesawat-pesawat Konversi Energi II (Turbin Uap), Rajawali Press, Jakarta
4. Sushkov, V.V, `1965, Technical Thermodynamics, New York Hordon and Breach, New York
5. Haywood, R.Q, 2009, Analisis Siklus-Siklus Teknik, Edisi 4.