## ANALISIS PERPINDAHAN PANAS PADA KONDENSOR DENGAN
KAPASITAS AIR PENDINGIN 35860 m 3 /JAM
ANALYSIS OF HEAT TRANSFER IN CONDENSER WITH COOLING WATER CAPACITY OF 35860 m 3 /H
Tiara Fadillah Alfani, Abdul Razak, Desi Rismawati*
*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: desirismawati@students.polmed.ac.id

## ABSTRAK
Analisis  perpindahan  panas  pada  kondensor  bertujuan  untuk  mengetahui  laju  perpindahan panas (Q) dan efektifitas (ϵ) kondensor di perusahaan tersebut. Karena kondensor merupakan komponen  utama  pada  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap  (PLTU)  maka  kondisi  kondensor sangat  mempengaruhi  produksi  Pembangkit  tersebut.  Analisis  ini  menggunakan  metode Log Mean  Temperature  Difference (LMTD)  dan  efektifitas  dengan  pengambilan  data  secara langsung.  Untuk  tipe  kondensor  yang  digunakan  pada  PLTU  Pangkalan  Susu  ialah surface condenser dengan tipe exchanger shell and tube . Berdasarkan hasil perhitungan, didapat laju perpindahan  panas  (Q)  sebesar  195971.540  kW  dan  efektifitas  kondensor  97,45  %  yang menunjukkan bahwa kondisi kondensor di PLTU Pangkalan Susu masih optimal.
Kata kunci: Kondensor, efektifitas, perpindahan panas, LMTD.

## ABSTRACT
The aim of analysis of heat transfer in the condenser is to determine the heat transfer rate (Q) and the effectiveness (ϵ) of the condenser in the company. The condenser in a Steam Power Plant (PLTU) is  the  main  componenttherefore,  the  condenser  condition  greatly  affects  the production  of  the  plant.  This  analysis  uses  the  Log  Mean  Temperature  Difference (LMTD) method and its effectiveness is by direct data collection. The type of condenser used in PLTU Pangkalan  Susu  is  a  surface  condenser  with  a  shell  and  tube  exchanger.  Based  on  the calculation  results,  the  heat  transfer  rate (Q) is 195971.540 kW and  the  condenser effectiveness is 97.45%, which indicates that the condenser conditions in the Pangkalan Susu PLTU are optimal.
Key words: condenser, effectiveness, heat transfer, Log mean temperature difference.

## PENDAHULUAN
Kebutuhan  tenaga  listrik  di  Indonesia  semakin  meningkat  sejalan  dengan  perkembangan industri di Indonesia, dengan begitu penyediaan kebutuhan listrik semakin bertambah. Saat ini Indonesia  melaksanakan  program  35000  MW  sebagai  rencana  pembangunan  infrastruktur kelistrikan yang multi years . Kapasitas pembangkit listrik nasional (PLN dan non PLN) pada tahun  2019  mencapai  69,5  GW,dengan  pangsa  terbesar  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap (PLTU) batubara yang mencapai 49,9% (34,7 GW), sedangkan pembangkit listrik tenaga gas (PLTG)  mencapai  28,6%  (19,9  GW)  dan  kapasitas  pembangkit  listrik  berbasis  energi  baru dan  terbarukan  sebesar  14,8%  (10,3  GW),  serta  pembangkit  listrik  tenaga  diesel  (PLTD)

## Alfania, Razaka, Rismawati Analisis Perpindahan Panas pada Kondensor Dengan Kapasitas Air…
sebesar 6,7 % (4,6 GW) (Rida Mulyani, 2020). Berdasarkan data, PLTU batubara merupakan penyedia  energi  listrik  yang  terbesar  di  antara  pembangkit  tenaga  listrik  lainnya.  Proses konversi  energi  pada  PLTU  berawal  dari  energi  kimia  dari  bahan  bakar  di  konversikan menjadi  energi  panas  yang  dapat  memanaskan  air  sehingga  menjadi  uap  yang  memiliki tekanan dan temperatur tinggi, selanjutnya energi panas (uap) tersebut di konversikan menjadi energi  mekanik  (putaran)  dan  kemudian  energi  mekanik  (putaran)  di  konversikan  menjadi energi listrik yang dapat dikonsumsi oleh konsumen. Proses tersebut terjadi di boiler, turbin, generator, dan kondensor yang merupakan komponen utama pada sistem PLTU sehingga jika terjadi  masalah  maka  akan  mengakibatkan  menurunnya  efesiensi  pembangkit.  Kondensor adalah salah satu jenis pesawat penukar kalor yang berfungsi mengkondensasikan uap bekas dari  turbin,  yaitu  air  laut  menjadi  air  kondensat  dengan  bantuan  air  pendingin  utama.  Jenis kondensor yang digunakan pada PLTU PT PLN (Persero) UPK Pangkalan Susu Unit 4 adalah surface condenser seperti yang terdapat pada Gambar 1 sebagai berikut:
Gambar 1. Kondensor Surface Unit 4 (PLTU PT PLN (Persero) UPK Pangkalan Susu Unit 4)

## METODE PENELITIAN
Metode  penelitian  yang  digunakan  dengan  cara  menghitung  perpindahan  panas  pada kondensor sebagai berikut:

## Beda-Temperatur Rata-Rata Log (LMTD)
Beda-temperatur ini disebut beda-temperatur rata-rata log ( Log mean temperature difference). Dengan  kata  lain,  ialah  beda-temperatur  pada  satu  ujung  penukar-kalor  dikurangi  beda temperatur pada ujung yang satu lagi dibagi dengan logaritma alamiah daripada perbandingan kedua beda-temperatur tersebut  (Holman, J. P, 2018). Untuk aliran searah maka rumus  yang digunakan ialah pada persamaan 1 sebagai berikut (Anang F., 2013):
∆T m = ( )–( ) (         ) (       )
(1)
Untuk aliran berlawanan maka rumus yang digunakan ialah pada persamaan 2 sebagai berikut:
∆T m = ( )–( ) (         ) (       ) (2)
Dimana:
Th 1 = Fluida panas masuk Th 2 = Fluida panas keluar Tc 1 = Fluida dingin keluar

## Tc 2 = Fluida dingin masuk

## Metode NTU-Efektifitas Untuk Menganalisis Perpindahan Panas Alat Penukar Kalor
Metode NTU-Efektifitas merupakan metode yang berdasarkan atas efektifitas penukar panas dalam  memindahkan  sejumlah  panas  tertentu.  Metode  NTU-Efektifitas  juga  mempunyai beberapa keuntungan untuk menganalisis soal-soal dimana harus dibandingkan berbagai jenis penukar  panas  guna  memilih  jenis  yang  terbaik  untuk  melaksanakan  sesuatu  tugas pemindahan panas tertentu (Holman, J. P, 2018; Ary B. K., 2004). Efektifitas penukar panas didefinisikan didalam persamaan 3 sebagai berikut:
= = (3)
Untuk  menentukan  perpindahan  kalor  maksimum  bagi  penukar  kalor  itu,pertama-tama kita harus memahami bahwa nilai maksimum akan didapat bila salah satu fluida mengalami perubahan temperatur sebesar beda temperatur maksimum yang terdapat dalam penukar kalor itu, yaitu selisih antara temperatur masuk fluida panas dan fluida dingin. Fluida yang mungkin mengalami beda temperatur maksimum ini ialah yang nilai ̇ c nya minimum, karena neraca energi  mensyaratkan  bahwa  energi  yang  diterima  oleh  fluida  yang  satu  mesti  sama  dengan energi  yang  dilepas  oleh  fluida  yang  satu  lagi.  Jika  fluida  yang  mempunyai  nilai ̇ c  yang lebih  besar  yang  kita  buat  mengalami  beda  temperatur  maksimum,  maka  tentu  fluida  yang satu lagi akan harus mengalami perubahan temperatur yang lebih besar dari maksimum, dan ini  tentu  saja  tidak  mungkin  (Holman,  J.  P,  2018).  Jadi  perpindahan  kalor  maksimum  yang mungkin dinyatakan terdapat pada persamaan 4 sebagai berikut:
Qmaks = ( ̇ c ) min (Th masuk -Tc masuk ) (4)
Dimana: ṁc = Laju aliran massa fluida dingin (kg/s)
C h = Panas spesifik fluida panas (kJ/kg°C)
Fluida minimum boleh yang panas dan boleh yang dingin, bergantung dari laju aliran massa dan kalor spesifik. Untuk penukar kalor aliran sejajar, maka rumus yang digunakan ialah pada persamaan 5 atau 6 sebagai berikut:
h = ̇ ( ) ̇ ( ) = (5)
c = ̇ ( ) ̇ ( ) = (6)
Subskrip  dalam  lambang  efektifitas  menunjukkan  fluida  yang  mempunyai  nilai ̇ c  yang minimum.  Untuk  penukar  kalor  aliran  lawan  arah,  maka  rumus  yang  digunakan  ialah  pada persamaan 7 atau 8 sebagai berikut:
h = ̇ ( ) ̇ ( ) = (7)
c = ̇ ( ) ̇ ( ) = (8) Secara umum efektifitas dapat dinyatakan kedalam persamaan 9 yaitu sebagai berikut: (              ) (9)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Data Kondensor Pada PLTU Pangkalan Susu Unit 4 Data Spesifikasi
Berikut  ini  tabel  data  spesifikasi  kondensor  di  unit  4  PLTU  Pangkalan  Susu,  yang  terdapat pada Tabel 1.

## Alfania, Razaka, Rismawati Analisis Perpindahan Panas pada Kondensor Dengan Kapasitas Air…
Tabel 1. merupakan data spesifikasi kondensor di unit 4 PLTU Pangkalan susu
Spesifikasi Kondensor Condenser model N-11421 Condenser form S ingle-back pressure-shell, double pass, surface condenser Shell Diameter Shell (D S ) 1600 mm Jarak antar sekat (B) 480 mm Tube Panjang Pipa (L) 8440 mm Diameter dalam pipa (d i ) 24 mm Diameter luar pipa (d o ) 25 mm Material of cooling pipe ASTMB-338Gr. 1 titanium tube Pitch Tube (Pt) 50 mm Kelonggaran antar tabung (C) 25 mm Kapasitas air pendingin (Q) 35860 m 3 /jam Jumlah tube kondensor (N) 17316 pieces
Tabel 2. Data aktual kondensor (pada tanggal 01 juni 2020 pukul 00.00 WIB sampai
22.00 WIB Data Aktual Jenis Temperatur Rata – rata Temperatur uap masuk (Th i ) 47,3 °C Temperatur uap keluar (Th o ) 43,7 °C Temperatur air masuk (Tc i ) 31,6 °C Temperatur air keluar (Tc o ) 46,9°C

## Analisis Data
Dengan menggunakan data-data yang telah tersedia di atas, maka dapat dilakukan perhitungan perpindahan panas pada kondensor unit 4 sebagai berikut:
a. Pipa ( Tube )
1) Menentukan sifat-sifat fluida (air)
Persamaan  yang  digunakan  terdapat  pada  pendahuluan  di  persamaan  3,  sehingga diperoleh analisis sebagai berikut:
Tc =
Tc =
Tc = 39,25 °C Dari temperatur tersebut,didapat temperatur rata-rata air = 39,25 °C (Holman, J. P, 2018) dapat  ditentukan  sifat-sifat  fluida  (air)  dan  selanjutnya  dilakukan  interpolasi  antara temperatur 37,78°C dengan temperatur 43,33°C, diperoleh:
Cp = 4,174 kJ/kg.°C
ρ  = 992,37 kg/m 3 µ = 6,6484  10 -4 kg/m.s k = 0,63182 W/m.°C Pr = 4,4026
2) Menentukan luas daerah aliran pada tube (At) Dikarenakan  bentuk tube dianggap  lingkaran,  maka  persamaan  untuk  menentukan  luas daerah aliran tube maka diperoleh:
At =   At =  (    )  (     )
At = 7,8296 m 2

## 3)  Menentukan laju aliran massa air laut (ṁc)
Untuk menentukan laju aliran massa air laut (ṁc) maka diperoleh: (Q) = 35860 m 3 /jam = 9,96 m 3 /s ṁc = ρc  Qc ṁc = 992,37  9,96 ṁc = 9884,0052 kg/s

## 4)  Menentukan kecepatan aliran massa pada tube (Gt)
Adapun untuk menentukan kecepatan aliran massa pada tube (Gt) digunakan persamaan yang terdapat pada pendahuluan yaitu persamaan 4, maka diperoleh analisis data sebagai berikut:
Gt = ̇
Gt =
Gt = 1262,389 kg/m 2 .s

## 5)  Menentukan jenis aliran pada tube
Adapun  untuk  menentukan  jenis  aliran  pada tube maka  diperoleh  analisis  data  sebagai berikut:
Re t =  Re t =  (        )  Re t = 45570,86818 > 4000 (Aliran turbulen)

## 6)  Menentukan koefisien perpindahan panas pada tube (hi)
Adapun untuk bilangan nusselt, maka diperoleh analisis data sebagai berikut : Nu = 0.023  Re 0,8  Pr n n = 0,4 (untuk pemanasan) Nu = 0,023  (45570,86818) 0,8  (4,4026) 0,4
Nu = 221,9020783 Adapun  untuk  menentukan  koefisien  perpindahan  panas  pada tube (hi),  maka  diperoleh analisis data sebagai berikut:
hi = Nu 
hi = 221,9020783 hi = 5841,75713 W/m 2 °C

## Alfania, Razaka, Rismawati Analisis Perpindahan Panas pada Kondensor Dengan Kapasitas Air…

## Shell

## 1)  Menentukan sifat-sifat fluida (uap)
Temperatur panas untuk fluida (uap) dapat diperoleh sebagai berikut:
Th =
Th =
Th = 45,5 °C = 318,5 K Dari temperatur tersebut, didapat temperatur rata-rata uap =318,5K diperoleh : Cp = 1,895 kJ/kg.K µ = 9,89  10 -6 N.s/m 2
k = 21  10 -3 W/m.K Pr = 0,894

## 2)  Menentukan luas daerah aliran pada shell (As)
Untuk menentukan luas daerah aliran pada s hell (As) diperoleh sebagai berikut:
As =
  As =  (     )  (    )
As = 0,384 m 2

## 3)  Menentukan laju aliran massa uap (ṁh)
Untuk menentukan laju aliran massa uap (ṁh) maka diperoleh sebagai berikut Qh = ṁc  Cpc  (Tc o – Tc i ) Qh = 9884,0052 х (4,174)  (46,9.°C – 31,6.°C) Qh = 631214,3169 kW Sehingga , ṁh =  ṁh = (     )  (   ) ṁh = 92526,28509 kg/s

## 4)  Menentukan kecepatan aliran massa pada shell (Gs)
Adapun  untuk  menentukan  kecepatan  aliran  massa  pada shell (Gs)  maka  diperoleh analisis data sebagai berikut:
Gs = ̇
Gs =
Gs = 240953,8674 kg/m 2 .s

## 5)  Menentukan jenis aliran pada shell
Untuk menentukan jenis aliran pada shell sebagai berikut
De = ( ) 
De = ( )
 (     ) De = 0,1023 m Maka untuk menghitung bilangan reynold diperoleh analisis sebagai berikut:
Re s = 
Re s =  (           )  Re s =  2492374180 > 4000 (Aliran turbulen)

## 6)  Menentukan koefisien perpindahan panas pada shell (ho)
Adapun untuk bilangan nusselt maka diperoleh analisis data sebagai berikut: Nu = 0,023  Re 0,8  Pr n n  = 0,3 (untuk pendinginan) Nu = 0,023  (2492374180) 0,8  (0,894) 0,3
Nu = 731845,9712 Adapun  untuk menentukan koefisien perpindahan panas pada shell (ho) maka diperoleh analisis data sebagai berikut:
ho = Nu
ho =
 (  )
ho = 150232,3108 W/m 2 .°C
7)  Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh (Ui)
ri = = 0,012 m
ro = = 0,0125 m
Karena material dari tube adalah titanium, maka :
k  =  21,9  W/m.°C  (Ridayu,  2015)  .  Adapun  untuk  menghitung  koefisien  perpindahan panas menyeluruh sebagai berikut:
Ui =   (     ) ⁄  Ui =   (            ) ⁄  Ui  ( )  ( )   (    ) Ui =  ( )
Ui = 5001,506454 W/m 2 .°C

## 8)  Perhitungan LMTD (Log Mean Temperature Difference)
Karena kondensor merupakan counter current flow (berlawanan arah). maka perhitungan LMTD aliran lawan arah dapat digambarkan pada Gambar 2 sebagai berikut:
Gambar 2. Perhitungan LMTD aliran lawan arah
Untuk  menghitung  LMTD  aliran  lawan  arah  terdapat  pada  persamaan  11  pada pendahuluan, sebagai berikut :
LMTD = (       ) (       ) (       ) (       )
LMTD = (            ) (           ) (            )
(           )
LMTD = LMTD = 3,431592042 °C
9)  Menentukan luas perpindahan panas menyeluruh (A total ) Untuk  menentukan  luas  perpindahan  panas  menyeluruh  (A total )  maka  diperoleh  sebagai berikut A total = N  π  do  L A total = 17316  (3,14)  (0,025 m)  (8,4m)
A total = 11418,1704 m 2
10) Menentukan jumlah panas (Q )
Untuk menentukan jumlah panas (Q) maka diperoleh sebagai berikut: Q = Ui  A  F  LMTD
Q =(5001,506454 W/m 2 .°C)  (11418,1704 m 2 )  (1)  (3,431592042°C) Q = 195971540 W = 195971,540 kW

## 11)  Efektifitas Pada Kondensor (ϵ)
Untuk menghitung Cc fluida dingin (air) maka diperoleh sebagai berikut: Cc = ṁc  Cp air Cc = 9884,0052 kg/s (4,174 kJ/kg.°C) Cc = 41255,8377 kJ/°C.s Untuk menghitung Ch fluida panas (uap) maka diperoleh sebagai berikut: Ch = ṁh  Cp uap Ch = 79646,28325 (2,20145) Ch = 175337,3103 kJ//°C.s Karena Cc < Ch maka diperoleh analisis sebagai berikut:
=
=
= 0,9745 = 97,45 %
Didapatkan  nilai  laju  perpindahan  panas  (Q)  sebesar  195971.540  kW  yang  artinya sejumlah  energi  panas  sebesar  195971.540  kilo  Joule  ditransmisikan  per  tiap  detiknya, Dan Efektifitas ( ) kondensor sebesar 97.45 %.

## KESIMPULAN
1. Tipe  Kondensor  yang  digunakan  PLTU  Pangkalan  Susu  Unit  4  ialah  tipe  Permukaan ( Surface  Condenser )  dengan  jenis heat  exchanger bertipe shell  and  tube .  Prinsip  kerja dari surface  condenser ialah  uap  sisa  keluaran  LP Turbine masuk  melewati steam  inlet connection, yang  terletak  dibagian  atas  kondensor  menuju  sisi-sisi shell kondensor. Kemudian  uap  tersebut  bersinggungan  dengan tube-tube kondensor  yang  mempunyai temperatur  rendah  (vakum)  sehingga  temperatur  dan  tekanan  uap  turun,  lalu terkondensasi  dan  menghasilkan  air  kondensat  yang  terkumpul  di hotwell. Media pendingin yang ada pada tube ialah air, yang berasal dari laut.
2. Perpindahan panas yang terjadi pada kondensor ialah perpindahan panas secara konduksi, yaitu uap pada shell menghantarkan panas menuju tube-tube kondensor , dan perpindahan panas  secara  konveksi  paksa,  yaitu  panas  yang  mengenai tube mengakibatkan  air berpindah, dan perpindahannya juga dibantu oleh pompa.
3. Dari  hasil  perhitungan  yang  telah  dilakukan,  didapatkan  nilai  laju  perpindahan  panas  (Q) sebesar  195971.540  kW  yang  artinya  sejumlah  energi  panas  sebesar  195971.540  kJ ditransmisikan  per  tiap  detiknya.  Efektifitas  ( ) kondensor  sebesar  97.45  %  hal  ini menunjukkan bahwa keadaan kondensor pada PLTU Pangkalan Susu Unit 4 masih optimal.

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

## REFERENSI
Anang  F.,  2013.  Pengujian  Karakteristik  Perpindahan  Panas  Dan  Faktor  Gesekan  Pada Penukar  Kalor  Pipa  Konsentrik  Saluran  Persegi  Dengan  Twisted  Tape  Insert  With Centre  Wing,  Jurnal  Teknik  Mesin.Vol.  11  Nomor  1.  Institut  Teknologi  Sepuluh November.
Atika  M.  F.,  2015, Analisis  Perpindahan  Panas  pada  Kondensor  Unit IV  PLTU di PT  PJB UP Gresik , Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
Ary  B.  K.,  2004.  Studi  Pengaruh  Beban  Panas  Terhadap  Karakteristik  Perpindahan  Panas pada Heat Exchanger Vartikal Chanel. Institut Teknologi Sepuluh November.
Cengel Y A dan Boles MA, 2007, Thermodynamics An Engineering Approach, Sixth Edition in SI Units, Singapore : Mc Graw Hill. Holman, J.P., 2018, Perpindahan Kalor , Edisi keenam, Erlangga, Jakarta. Murdani.,  Erwin.,  Yendri,  E.,  Siregar,  H.,  Aliyani,  P.,  Mawardi,  M.,  2014, Pengoperasian PLTU , Edisi 1, PLN Corporate University, Suralaya. Tirto.id,  2020, Kapasitas  Listrik  Naik  15  GW  di  Era  Pertama  Jokowi,  60%  Dari  PLTU , https://www.google.com/amp/s/amp.tirto.id/kapasitas-listrik-naik-15-gw-di-era- pertama-jokowi-60-dari-pltu-ex4j., diakses 20 Mei 2020.
Ridayu Pratiwi, 2015, Analisis Perpindahan Panas pada Kondensor dengan Kapasitas 9.781 m 3 /jam Unit 4 PLTU Sicanang Belawan, Politeknik Negeri Medan, Medan. Suci  Larasati,  2016, Analisis  Perpindahan  Panas  pada  Kondensor  dengan  Kapasitas  37512 m 3 /jam Unit 2 PLTU Pangkalan Susu PT PLN (PERSERO) Sektor Pembangkit Medan, Politeknik Negeri Medan, Medan.