## ANALISIS PERPINDAHAN PANAS DAN EFEKTIVITAS ECONOMIZER PADA BOILER UNIT 4 PLTU PANGKALAN SUSU

## George Michael Richardo Hulu & Rahmawaty
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 : georgerichardo@students.polmed.ac.id, rahmawaty@polmed.ac.id

## ABSTRAK
Economizer adalah  bagian  dari  komponen Heat  Recovery  Area yang  berfungsi  untuk memanfaatkan kembali panas dari flue gas hasil pembakaran pada furnace yang masih bersuhu tinggi.  Pada Economizer terjadi  perpindahan  panas  secara  konveksi  dan  konduksi.  Konveksi antara flue  gas dengan  pipa  bagian  luar,  lalu  konduksi  antara  pipa  bagian  luar  dengan  pipa bagian  dalam,  lalu  konveksi  antara  pipa  bagian  dalam  dengan  air  yang  mengalir  dalam  pipa. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  koefisien  perpindahan  panas  dan  efektivitas Economizer.  Dari  data  yang  di  dapat,  Economizer  pada  Boiler  unit  4  PLTU  Pangkalan  Susu adalah  jenis  aliran  lawan  arah,  jenis  kondensasi  tak  langsung  dan  jenis tube yang  digunakan adalah Coiled Tube. Besar koefisien perpindahan panas menyeluruh pada ekonomiser ini adalah Dari  hasil  perhitungan  yang  diperoleh,  perpindahan  panas  yang  terjadi  di ekonomiser  PLTU  Pangkalan  Susu  adalah
Efektivitas  yang  didapat  dari ekonomiser ini adalah 32,08%. Semua perhitungan terjadi pada beban 190 MW.
KATA KUNCI : Economizer, Perpindahan Panas, PLTU

## PENDAHULUAN
Energi  yang  paling  dibutuhkan  manusia  untuk  menunjang  kehidupan  salah  satunya  adalah energi  listrik.  Manusia  membutuhkan  energi  listrik  untuk  kepentingan  rumah  tangga,  industri serta untuk menunjang sarana prasarana yang lainnya. Kebutuhan hidup manusia semakin lama semakin meningkat, peningkatan kebutuhan manusia juga diikuti dengan kebutuhan energi yang juga  semakin  meningkat.  Era  globalisasi  yang  kian  hari  kian  maju  membuat  perkembangan teknologi  ikut  berkembang  pesat  dan  mengakibatkan  persaingan  antar  negara.  Hal  ini  sangat berdampak  pada  pemenuhan  energi  yang  semakin  bertambah,  yang  mana  dunia  perindustrian merupakan  pengguna  energi  terbesar.  Dalam  kasus  tersebut,  pemerintah  terus  berusaha  namun tetap  kurang  mampu  mengimbangi  pemenuhan  kebutuhan  energi  sehingga  berdampak  pada bidang perekonomian.
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap  merupakan  salah  satu  upaya  pemerintah  dalam memenuhi  pasokan  energi  listrik.  Sistem  pembangkit  tenaga  uap  ini juga  banyak  digunakan industri-industri  besar.  Secara  umum,  pembangkit  listrik  tenaga  uap  terdiri  dari  beberapa komponen utama, yaitu: pompa, boiler, turbin uap, generator, kondensor. Adapun keunggulan sistem pembangkit tenaga uap adalah usia kerja atau life time yang relatif panjang dan mampu dioperasikan dengan berbagai bahan bakar. PLTU juga mempunyai nilai efisiensi yang sangat baik, karena flue gas dari sisa pembakaran juga masih bisa dimanfaatkan kembali. Panas dari gas  buang  bisa  dimanfaatkan  kembali  untuk  memanaskan  udara,  air,  dan  juga  bisa memproduksi  uap  yang  menjadi  fluida  kerja  pada  PLTU.  Dari  panas  gas  buang  yang  masih memiliki temperatur tinggi, diciptakan alat atau komponen yang disebut Heat Recovery Area sebagai ruang pemanfaatan panas sisa pembakaran bahan bakar dari furnance. Bagian-bagian dari  HRA  yaitu Ekonomiser,  Airheater,  Primary  Superheater dan Finishing  Superheater.
Pada Tugas Akhir ini, penulis memilih Ekonomiser untuk dianalisis. Ekonomiser adalah alat yang berfungsi untuk memanaskan air sebelum masuk ke boiler drum dengan memanfaatkan gas buang yang masih memiliki temperatur tinggi.
Dari latar belakang di atas, maka penulis tertarik untuk membahas dan ingin mengetahui lebih  banyak  lagi  tentang  prinsip  kerja  Ekonomiser,  bagian-bagian,  dan  total  perpindahan panas berdasarkan beban tertinggi (190 MW)

## TINJAUAN PUSTAKA Prinsip Kerja Economizer
Adapun prinsip kerja dari ekonomiser adalah guna menaikkan temperatur air sebelum masuk ke  dalam  boiler.  Air  yang  dipompakan  ke  dalam  Economizer  akan  mengalami  perpindahan panas  secara  konveksi  dari  dinding tube ke  air  yang  mengalir  di  dalamnya.  Kemudian  air yang  telah  naik  temperaturnya  itu  akan  kembali  ke  boiler  untuk  kembali  dipanaskan  di furnace. Setelah  air  berubah  fase  menjadi  uap,  maka  akan  diarahkan  ke super  heater. Dan biasanya  pemasangan  ekonomiser  dapat  dilihat  pada  laluan  gas  buang  dan  cerobong  asap. Ekonomiser  ada  yang  menggunakan  sirip  ( fin )  dan  tidak,  namun  kebanyakan  ekonomiser yang digunakan dalam industri dirancang mempunyai banyak sirip dan material  logam untuk memperluas permukaan singgung perpindahan kalor dari gas buang yang bertemperatur tinggi ke  fluida  air  yang  bertemperatur  lebih  rendah.  Karena  hal  tersebut,  fluida  pada  ekonomiser akan  mudah  menyerap  panas  dari  gas  buang  dari  proses  pembakaran.Temperatur  air  yang keluar  ekonomiser  lebih  tinggi  dari  temperatur  lingkungan  sehingga  setelah  masuk  boiler tidak dibutuhkan energi kalor yang besar.
Energi  kalor  yang  dibutuhkan  hanya  untuk  menaikkan  temperatur  dari  ekonomiser menjadi  temperatur  didih  boiler.  Sehingga  dengan  pemasangan  ekonomiser  akan menaikkan efisiensi sistem. Karena ekonomiser disinggung dengan gas buang yang banyak mengandung zat-zat  polusi  yang  dapat  menimbulkan  korosi,  maka  pemilihan  material  dari  ekonomiser bergantung dari jenis bahan bakar yang digunakan. Suhu gas buang dan cerobong asap yang meninggalkan  ekonomiser  tidak  boleh  kurang  dari  80°C,  yaitu  suhu  diatas  temperatur  titik embun gas buang karena akan mengakibatkan kondensasi pada saluran gas buang yang dingin dimana air terbentuk akibat kondensasi tersebut memiliki sifat yang asam dan korosif karena mengandung SO2 dan SO3.

## Perpindahan Panas
Perpindahan  panas  dapat  didefinisikan  sebagai  suatu  proses  berpindahnya  suatu  energi (panas) dari satu zat ke zat lain akibat adanya perbedaan suhu pada daerah tersebut (Nugroho Tri  Utomo,  2016)  Ada  tiga  bentuk  mekanisme  perpindahan  panas  yang  diketahui,  yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.
a. Perpindahan panas secara konduksi Perpindahan panas secara konduksi adalah proses dengan dimana panas mengalir dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam satu medium (padat, cair  atau  gas)  atau  antara  medium-medium  yang  berlainan  yang  bersinggungan  secara langsung sehingga terjadi pertukaran energi dan momentum.

## Besarnya laju konduksi panas adalah
q = - k A
Dimana: q
= Laju Perpindahan Panas (kJ/det; kW) k = Konduktifitas Termal (W/m.°C) A = Luas Penampang (m²) ∂ T = Perbedaan Temperatur (°C, °F)
∂ x = Perbedaan Jarak (m)
Besarnya nilai k menunjukan cepat atau lambatnya panas yang dikondisikan dari suatu tempat ke  tempat  lain.  Besarnya  nilai  k  tergantung  dari  masing-masing  bahan,  untuk  isolator  maka harga k kecil.
Q =
Tetapan keseimbangan (k) adalah sifat bahan atau material yang disebut konduktivitas termal. Berdasarkan  rumusan  maka  dapatlah  dilaksanakan  pengukuran  dalam  percobaan  untuk menentukan  konduktivitas  termal  berbagai  bahan.  Pada  umumnya  konduktivitas  termal  itu sangat tergantung pada suhu.
Tabel 1 Konduktivitas Termal Berbagai Bahan pada Temperatur 0 o C
BAHAN Konduktivitas Termal (K) W/m.°C Btu/h.ft.°F LOGAM Perak (murni) 410 237 Tembaga (murni) 385 223 Aluminium (murni) 202 117 Nikel (murni) 93 54 Besi (murni) 73 42 Baja karbon (1% C) 43 25 Timbal (murni) 35 20,3 Baja krom-nikel (18% Cr , 8% Ni) 16,3 9,4 BUKAN LOGAM Kuarsa (sejajar sumbu) 41,6 24 Magnesit 4,15 2,4 Marmar 2,08-2,94 1,2-1,7 Batu pasir 1,83 1,06 Kaca jendela 0,78 0,45 Kayu mapel atau ek 0,17 0,096 Serbuk gergaji 0,059 0,034 Wol kaca 0,038 0,022 ZAT CAIR Air raksa 8,21 4,74 Air 0,556 0,327 Ammonia 0,540 0,312 Minyak lumas SAE50 0,147 0,085 Freon 12 CCl2F2 0,073 0,042 ZAT GAS Hidrogen 0,175 0,101 Helium 0,141 0,081 Udara 0,024 0,0139 Uap air (jenuh) 0,0206 0,0119 Karbondioksida 0,0146 0,00844

## b. Perpindahan panas secara konveksi
Perpindahan  panas  secara  konveksi  adalah  perpindahan  panas  energi  panas  dari  satu  tempat ke tempat lain karena adanya aliran fluida yang melewati suatu material tertentu. Perpindahan panas  konveksi  dibedakan  menjadi  dua  yaitu  konveksi  bebas  dan  konveksi  paksa.  Bila gerakan fluida disebabkan karena adanya perbedaan kerapatan karena perbedaan suhu, maka perpindahan  panasnya  disebut  sebagai  konveksi  bebas.  Bila  gerakan  fluida  disebabkan  oleh gaya  pemaksa/eksitasi  dari  luar,  misalkan  dengan  pompa  atau  kipas  yang  menggerakkan fluida  sehingga  fluida  mengalir  diatas  permukaan,  maka  perpindahan  panasnya  disebut sebagai konveksi paksa.
Gambar 2 Perpindahan Panas Konveksi
Sumber: J.P. Holman, 1997
q = hA (T – T )
Dimana: q = Laju Perpindahan Panas (kJ/det; kW ) h = Koefisien perpindahan Panas Konveksi (W/m 2 .°C) A = Luas Bidang Permukaan Perpindahaan Panas ( ft 2 ; m 2 ) T = Temperature Dinding (°C; K)
T∞ = Temperature Sekeliling (°C; K)
c. Perpindahan panas secara radiasi Perpindahan panas secara radiasi adalah proses dengan mana panas mengalir dari benda yang bersuhu  tinggi  ke  benda  yang  bersuhu  rendah  bila  benda-benda  itu  terpisah  di  dalam  ruang, bahkan bila terdapat ruang hampa di antara benda-benda tersebut.
Gambar 3 Perpindahan Panas Radiasi
Sumber: J.P. Holman, 1997
Q= Untuk benda hitam : Q = Dimana: Q= Laju Perpindahan Panas (W) σ  = Konstanta Boltzman (5,669.10 -8 W/m 2 .K 4 ) ε  = Emitasi
A = Luas Permukaan Benda (m 2 ) T  = Suhu Absolut Benda (K)

## METODE PENELITIAN Metodologi Pengumpulan Data
Pengumpulan  data  aktual  diambil  dari Central  Control  Room. Adapun  data-data  yang diperoleh antara lain:
Tabel 2 Data pada beban 190 MW No Deskripsi Nilai 1 Kapasitas Air 516,088 Ton/Jam 2 Suhu Air Masuk 238.341°C 3 Suhu Air Keluar 284.811°C 4 Suhu Gas Masuk (RH) 476.823°C 5 Suhu Gas Keluar (RH) 400.310°C 6 Suhu Gas Masuk (SH) 435.112°C 7 Suhu Gas Keluar (SH) 414.587°C Tabel 3 Spesifikasi Economizer No  Spesifikasi Keterangan 1 Jenis Material SA-210C 2 Diameter PipaLuar 0,043 m 3 Diameter PipaDalam 0,038 m 4 Panjang (per pipa) 4,4 m 5 Jumlah Pipa SH=151 ; RH=101

## Metode Pengolahan Data
Setelah  mendapatkan  data-data  yang  dibutuhkan  barulah  kemudian  melakukan  analisis  dari data  yang  didapat  sesuai  dengan  studi  literatur  yang  sudah  dibuat  sebelumnya.  Dari  data  – data  yang  didapatkan  dari Central  Control  Room, kemudian  dianalisis  proses  perpindahan panas  yang  terjadi  pada Economizer. Metode  analisis  perpindahan  panas  yang  digunakan dalam  penelitian  ini  adalah  metode  LMTD.  Sedangkan  metode  analisis  efektivitas  yang digunakan adalah metode NTU.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan hasil analisa data pada beban 190 MW, didapatkan nilai-nilai dari tiap parameter, diantaranya:
Tabel 4 Nilai Parameter Fluida No  Parameter Fluida panas Fluida dingin 1 Tc 2 Cp 3 µ 4 Pr 4 5 Ρ 6
K
Untuk mencari laju perpindahan panas (Q) berlaku rumus:
Mencari A: =
Mencari U dapat ditentukan dengan persamaan:
=
Untuk menentukan nilai faktor koreksi (F) dapat melalui diagram/grafik atau dapat ditentukan melalui perhitungan berikut:
Maka, dari grafik Faktor Koreksi F = 0,98 Mencari LMTD:
Karena  jenis  aliran  Ekonomiser  PLTU  Pangkalan  Susu  adalah  jenis  aliran  berlawanan  arah maka LMTD dapat dihitung dengan cara berikut:
T LMTD =
Maka Q Ekomiser:
Mencari Efektivitas
Maka didapat nilai efektivitasnya sebagai berikut :

## SIMPULAN DAN SARAN
Pada  penelitian  ini  dapat  disimpulkan  bahwa  perpindahan  panas  yang  terjadi  adalah perpindahan panas secara konveksi dan konduksi. Nilai luas permukaan A = 13,2 m 2 , Nilai koefisien  perpindahan  panas  menyeluruh  (U)
,  Nilai  LMTD  = , Faktor Koreksi = 0,98 , Nilai perpindahan panasnya adalah Q = , Nilai efektivitasnya adalah .
Penulis menyarankan agar dilakukan perawatan secara berkala pada pipa pipa economizer.

## DAFTAR PUSTAKA
Holman, J.P.1997. Perpindahan Kalor . Jakarta:Erlangga Hutomo,  Nugroho  Tri.  2016. Analisis  Perpindahan  Panas  Pada  Economizer  Bare  Tube Ladder Support Type Instalasi Boiler Pada PLTU Unit 4 PT PJB UP Gresik. Surabaya.