## REVERSE ENGINEERING OIL COOLER DOUBLE TUBE PLTA JATILUHUR

## oleh
Yogi Sirodz Gaos 1 , Candra Damis Widiawati 2
1 Engineering and Devices for Energy Conversion Research Lab., Fakultas Teknik Universitas Ibn Khaldun Bogor
2 Departemen Engineering PT Intan Prima Kalorindo Corresponding author : yogisirodz@gmail.com

## Abstract
Double tube heat exchanger is one of the modifications of shell and tube, which use as transformer cooler in power plant system AT PLTA Jatiluhur, Purwakarta, Jawa Barat. It has double tube, the outer contacts with the oil and the inside one contacts with water as cooling medium.  One  of  the  benefits  of  this  type  can  reduce  explosion  risk  of  the  transformer, because the warning system will be on when there is leakage at inside tube, so water and oil will not mix.  But this type needs cost more expensive than the single one. ,
Design  optimization  was  using  reverse  engineering.  The  dimensions  are  339.6  mm inner  shell  diameter,  outer  tube  dimension  15mmOD,  1mmThickness,        2208mmLength, inside  tube  dimension  13mmOD,  1.2mmThickness,  2208mmLength,  and  124  pcs  in  each. The  performance  tests  of  the  reverse  engineering  at  23.23  MW  were;  27.4 o C/31 o C  water in/out,  41.5 o C/38.8 o C  oil  in/out,  oil  flow  rate  2.92  kg/s,  10.94 o C  log  mean  temperature difference, and temperature work of transformer 41.1 o C. Using reverse engineering the work temperature  of  transformer  at  28  MW  was  60 o C  when  using  original  equipment  the  work temperature  of  transformer  at  26  MW  was  80 o C.  Design  of  reverse  engineering  increased cooling capacity 16% and only 71.43% from OEM.

## Key words: OEM=Original Equipment Manufacturer, shell and tube, heat exchanger, and double tube

## Pendahuluan
Alat penukar kalor berfungsi untuk memindahkan  panas  dari  medium  panas ke  medium  dingin.  Pipa  ganda  (double tube)  adalah  salah  satu  jenis  tipe cangkang dan pipa yang sering digunakan  untuk  mendinginkan  oli transformer  (trafo).  Jenis  ini  memiliki dua  lapis  pipa,  yaitu  pipa  bagian  dalam tempat mengalir air dan pipa bagian luar berkontak  langsung  dengan  oli.  Selain itu,    dilengkapi  dengan  alarm  yang  akan berbunyi  jika  terjadi  kebocoran  di  pipa bagian  dalam.  Jika  terjadi  kebocoran pada  pipa  bagian  dalam,  oli  tidak  akan
langsung  bercampur  dengan  air  karena masih  terdapat  pipa  bagian  luar  yang berfungsi sebagai pengaman.
Reverse  engineering  pada  desain double tube heat exchanger menggunakan  program  komputer  yang berlandaskan  metode  kern.  Sistematika perhitungan  diawali  dengan  memasukan data  suhu,  laju  masa,  dan  dimensi.  Jika memenuhi  prinsip  keseimbangan  energi, kecepatan  aliran  air  antara  1-3  m/s,  dan pressure  drop  di  sisi  oli  kurang  dari  1.5 bar, maka desain dapat dibangun.

## Metodologi Penelitian
Program perhitungan alat penukar panas berdasarkan rumus-rumus dasar sebagai berikut:
i. Keseimbangan energi
  air p air T c m
Q     .............................
...............................................
(1)
  oli p oli T c m Q     ............................... .............................................. (2) LMTD T A U Q     .................................. ............................................. (3)
ii. Kecepatan air (1<v<3 m/s)
   air air air m   .........................................
.......................................................
(4)
iii. Pressure drop di sisi oli (ΔP ≤ 1.5 Bar)
  14 . 0 2 2 1                  w b s b s s oil De N D G f P    ................
................................................ (5)
Tampilan  data  masukan  dan  hasil perhitungan tersaji pada gambar berikut :
Gambar 1 Tampilan data masukan perhitungan alat penukar kalor.
Data masukan terbagi menjadi dua, yaitu: 1) fluida, meliputi jenis fluida, suhu masuk dan keluar, laju masa aliran 2) konstruksi, terdiri dari : jumlah laluan pipa, diameter dalam dan luar pipa, panjang pipa, jumlah baffle, jumlah pipa, diameter cangkang, dan material bahan pipa
Gambar 2 Tampilan hasil perhitungan alat penukar kalor.
Hasil  perhitungan  terbagi  menjadi  3 yaitu:  1)  fluida,  jenis  serta  suhu  masuk  dan keluar  2)  konstruksi  meliputi  jumlah  laluan pipa, luas permukaan sentuh, luas penampang,  dan  skema  3)  Kinerja  meliputi
pindah  panas  menyeluruh,  log  perubahan suhu, kemampuan pindah panas alat penukar kalor,  panas  yang  diserap  air,  panas  yang dilepas  oli,  pressure  drop,  kecepatan  aliran air,  number  transfer  unit,  efektivitas,  dan efisiensi eksergi.

## Hasil dan Pembahasan
Pendingin oli trafo yang digunakan oleh PLTA Jatiluhur, Purwakarta, Jawa Barat, berjenis cangkang dan pipa dengan pipa berganda. Pipa berganda berfungsi untuk mencegah terjadinya pencampuran oli dengan air yang dapat menyebabkan kerusakan pada trafo. Air mengalir di pipa bagian dalam dengan diameter luar  13mm dan tebal 1.2mm, berbahan CuNi, dan berjumlah 124 pcs, sedangkan pipa bagian luar berfungsi sebagai pelapis dengan diameter luar 15mm dan tebal 1mm, berbahan Cu-Cu.  Oli sebagai medium panas mengalir sepanjang cangkang. Jumlah laluan pipa empat sedangkan laluan shell satu. Desain trafo dirancang untuk beban maksimum 35 MW. Pendingin oli trafo yang digunakan sebanyak 2 unit yang disusun secara pararel sehingga dapat bekerja maksimum, berikut instalasinya.
Gambar 3 Instalasi pendingin oli trafo di PLTA Jatiluhur.
Berdasarkan  data  rancangan  laju  masa air/oli  sebesar  3.725  kg/s  dan                    5.82 kg/s,  suhu  air  masuk/  keluar  sebesar  30 o C dan  38 o C,  suhu  oli  masuk/keluar  sebesar 53 o C  dan  42.3 o C,  suhu  lingkungan  28 o C. Kinerja  perhitungan  meliputi  pindah  panas
total sebesar 826.35 W/m 2 o C, log perubahan suhu  13.61 o C,  pindah  panas  alat  penukar kalor 145 kW, panas diserap air 124.48 kW, panas  dilepas  oli  124.31  kW,  pressure  drop 0.33  bar,  kecepatan  air  1.37  m/s,  NTU 50.02%,  efektivitas  34.78%,  dan  efisiensi eksergi 53.69%, luas permukaan sentuh 12.9 m 2 , dan luas penampang 0.002734 m 2 . Original  equipment berdimensi  pipa luar  16  mm,  tebal  1mm,  panjang  2420mm, jumlah  88  pcs,  material  bahan  cu-cu. Diameter  luar  cangkang  250  mm  dan  tebal 8mm.  Jumlah  baffle  adalah  sembilan  pcs. Kinerjanya pindah panas total sebesar 901.1 W/m 2 o C,  log  perubahan  suhu  13.61 o C, pindah  panas  alat  penukar  kalor  125  kW, kecepatan air 1.11 m/s,  pressure drop oli 15 kPa, dan luas permukaan sentuh 10.6 o C. Berdasarkan data kinerja di atas, pindah panas alat penukar kalor reverse engineering 16% lebih tinggi dari original equipment. Hal itu disebabkan oleh  luas luas permukaan sentuh  reverse engineering lebih tinggi sebesar 21.7% karena jumlah pipa lebih banyak dan perpindahan panas total lebih rendah sebesar 8.3% karena perubahan dimensi cangkang, kerapatan pipa, dan jumlah baffle. Kinerja alat penukar kalor mempengaruhi suhu kerja trafo saat operasional, perbandingan kerja aktual dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Perbandingan kinerja aktual

## Kesimpulan
Reverse
engineering dengan
menggunakan  program  komputer  sederhana mampu meningkatkan kapasitas pendinginan sebesar  16%  dengan  harga  71.43%  dari
OEM.  Dimensi  reverse  engineering  sebagai berikut:  diameter  luar  13mm  dan  tebal 1.2mm,  berbahan  CuNi,  dan  berjumlah  124 pcs,  sedangkan  pipa  bagian  luar  berfungsi sebagai  pelapis  dengan  diameter luar 15mm dan  tebal  1mm,  berbahan  Cu-Cu.    Oli sebagai  medium  panas  mengalir  sepanjang cangkang.  Jumlah  laluan  pipa  empat sedangkan laluan shell satu.
Dengan  kapasitas  pendinginan  16% lebih  tinggi,  reverse  enginering  mampu menurukan  suhu  oli  lebih  rendah,  sehingga pada beban 28 MW, suhu kerja trafo sebesar 60 o C.  Original  equipment  hanya  mampu memberikan  suhu  kerja  trafo  sebesar  80 o C pada beban 26 MW.
Daftar Notasi
∆P :  Pressure drop (Bar)
∆T
:  Perubahan suhu ( o C)
∆T LMT D :  Log perubahan suhu ( o C)
µb :
Viscositas pada suhu rata-rata oli (kg/m s) µw :  Viscositas pada suhu film (kg/m s) A :  Luas permukaan sentuh (m 2 )
cp :  Kalor jenis (J/kg o C) De :  Diameter equivalent (m) di :  Diameter dalam pipa (m) do :  Diameter luar pipa (m) Ds :  Diameter cangkang (m) f :  Friction factor Gs :  Laju masa per luas (kg/m 2 s) m :  Laju masa (kg/s) Nb+1 :  Jumlah baffle Q :  Kalor (kW) T c,i
:  Suhu air masuk ( o C)
T c,o :  Suhu air keluar ( o C) T h,i :  Suhu oli masuk ( o C) T h,o :  Suhu oli keluar ( o C)
U :  Pindah panas total (W/m 2 o C) v
:  Kecepatan air (m/s)
ρ :  Massa jenis (kg/m 3 )

## Daftar Pustaka
Bejan  A,  Tsatsaronis  G,  Moran  M.  1996. Thermal  design  and  0ptimazation. New York: John Willey & Son, Inc.
Boehm,  R.F . 1987. Design  of  Analysis  of Thermal  System. New  York: John
Wiley & Sons.
Bird  RB,  Stewart  WE,  Lightfoot  EN . 1994. Transport phenomena. Singapore: John Willey & Son  Inc.
Cengel  YA. 2003. Heat  transfer a practical approach .  Second  Edition.  Singapore:
Mc Graw Hill.
Cengel YA, Boles MA. 2006. Thermodynamics an engineering
approach .  Fifth  Edition  in  SI  Unit.
Singapore: Mc Graw Hill.
Moran JM, Shapiro NH. 1988. Fundamental of  Engineering  Thermodynamics . New York: John Willey & Son, Inc.
Perry Robert H. & Chilton Cecil H.1973. Chemical Engineers
Handbooks . McGraw-Hill Kogakusha,
Ltd, Tokyo.
Stocker WF. 1989 . Design of thermal system. New York. McGraw-Hill, Inc.
Suresh MVJJ, Reddy KS, Ajit Komar Kolar. 2006. Energy  and  Exergy  based Thermodynamics Analysis of 62.5 MW Coal-Based Thermal Power Plants – A Case  Study .    Indian  Institut  of Technology Madras Chenai, India.
Suryanarayana  NV,  Arici  Oner.  2003. Design  and  simulation  of  thermal system .  New  Ork:  Mc  Graw-Hill Higher Education