Jurnal Analisa Penurunan Performa Cooling Tower Di PLTP [PDF]

Citation preview

ISSN 2085-2762 Seminar Nasional Teknik Mesin POLITEKNIK NEGERI JAKARTA



ANALISIS PENYEBAB PENURUNAN PERFORMA COOLING TOWER DI PLTP KAMOJANG UNIT IV Monika Audiya P 1, Sarah Nurjannah2, Drs. Jusafwar, ST, MT 3 1 Program Studi Teknik Konversi Energi, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Jakarta, 089510334196, [email protected] Abstrak Cooling tower sangat berperan penting terhadap kinerja sistem PLTP Kamojang unit IV. Performa cooling tower bergantung pada nilai efektivitas cooling tower itu sendiri. Seiring berjalannya waktu, performa cooling tower pada PLTP Kamojang unit IV mengalami penurunan. Metode penelitian yang dilakukan antara lain studi literatur, hasil observasi, proses pengumpulan data, pengolahan data dan analisis pembahasan cooling tower di PLTP Kamojang unit IV. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui penyebab penurunan performa cooling tower serta mengetahui bagaimana meningkatkan performa cooling tower. Berdasarkan analisis yang telah dilakukan dapat disimpulkan penyebab penurunan performa cooling tower berdasarkan parameter bahwa nilai approach tinggi sehingga nilai TWOUT yang dihasilkan belum optimum dan tidak mendekati nilai TWB.Berdasarkan hasil observasi pada saat overhaul penyebab penurunan performa cooling tower karena kondisi nozzle, drift eliminator, filler dan basin yang kotor. Pada saat overhaul dilakukan pergantian drift eliminator dan filler serta pembersihan basin. Dengan adanya kegiatan overhaul pada cooling tower dapat meningkatkan efektivitas dari 66 % - 72 % menjadi 70 % - 74%, menurunkan TWOUT dari 25,5 - 28 °C menjadi 25 – 26,5 °C dengan TWB yang hampir sama sehingga dapat menurunkan nilai approach dari 10 - 12 °C menjadi 8 – 10 °C. Kata Kunci: Cooling tower, performa, temperatur air keluar cooling tower, efektivitas, approach Abstract Cooling tower plays an important role in the performance of geothermal plant system in PLTP Kamojang unit IV. The performance of cooling tower depends on the effectiveness of the cooling tower itself. Over time, the performance of cooling tower in PLTP Kamojang unit IV decreased. Research methods undertaken include literature study, observation result, data collection process, data processing and cooling tower discussion in PLTP Kamojang unit IV. The purpose of this study is to determine the cause of cooling tower performance decline as well as know how to improve the performance of cooling tower. Based on the analysis that has been done can be concluded the cause of the cooling tower performance reduction based on the parameters that the high approach value so that the value of TWOUT produced is not optimum and not close to the value of TWB.Based on observations during the overhaul caused the cooling tower performance decline due to the condition of nozzle, drift eliminator, filler and dirty basin. At the time of overhaul is done turnover drift eliminator and filler and cleaning basin. With overhaul activity on the cooling tower can increase the effectiveness from 66% - 72% to 70% - 74%, lowering TWOUT from 25,5 - 28 ° C to 25 - 26,5 ° C with TWB which is almost same so it can decrease value Approach from 10 - 12 ° C to 8 - 10 ° C. Key words: Cooling tower, performance, temperature of the water out of cooling tower, efectiviness, approach



1. PENDAHULUAN Cooling tower sangat berperan penting terhadap kinerja sistem PLTP. Semakin baik peforma cooling tower maka akan semakin baik kinerja sistem PLTP. Performa cooling tower bergantung pada nilai efektivitas cooling tower itu sendiri Cooling tower yang digunakan pada permasalahan ini adalah cooling tower yang terdapat pada PLTP Kamojang Unit IV jenis Marley Class 800 model 84250LE5-8.0-4 dengan tipe Counterflow Mechanical Draft dengan Film Fill-Marley DF381 yang digunakan sebagai alat untuk mendinginkan air hasil kondensasi pada kondensor yang masih memiliki temperatur yang tinggi. Namun, seiring berjalannya waktu, performa cooling tower (efektivitas) pada PLTP Kamojang unit IV mengalami penurunan. Ada beberapa parameter yang mempengaruhi performa cooling tower (efektivitas) yaitu temperatur lingkungan (ambient) antara lain temperatur wet bulb,dan temperatur dry bulb, temperatur air masuk dan keluar cooling tower, range dan approach. Untuk itu, penulisan ini bertujuan untuk mengetahui perbandingan nilai efektivitas dan parameter pada cooling tower berdasarkan data operasional sebelum dan setelah overhaul serta mengetahui penyebab penurunan efektivitas cooling tower dari data operasional sebelum overhaul terhadap data setelah overhaul. Hal| 1



ISSN 2085-2762 Seminar Nasional Teknik Mesin POLITEKNIK NEGERI JAKARTA 2. METODE PENELITIAN 1. Dilakukan pengambilan dan pengumpulan data yaitu data operasional sebelum dan setelah overhaul. Berdasarkan kenaikan beban dari 57,5 – 63,2 MW. Data yang diambil sebelum overhaul pada tanggal 4 Januari 2017 , 15 Januari 2017, 17 Febuari 2017, 23 Febuari 2017, 8 Maret 2017 dan 10 Maret 2017 dan data setelah overhaul dari tanggal 24 April 2017 – 30 April 2017. 2. Melakukan pengolahan data dengan menghitung rata-rata pada Microsoft Excel untuk dilakukan perhitungan seperti efektivitas, range dan approach. 3. Membuat dan menganalisa grafik hubungan efektivitas terhadap parameter – parameter yang mempengaruhi performa cooling tower. 4. Setelah itu, membuat dan menganalisa grafik hubungan beban terhadap parameter-parameter sebelum dan setelah overhaul. 5. Mencari penyebab penurunan performa cooling tower berdasarkan sistem kerja cooling tower. 6. Mencari penyebab penurunan performa cooling tower berdasarkan hasil observasi pada saat overhaul. 7. Setelah itu, mengambil kesimpulan dan saran. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Perhitungan Efektivitas Cooling Tower Perhitungan efektivitas cooling tower dilakukan berdasarkan data operasional yang penulis Data yang diambil sebelum overhaul pada tanggal 4 Januari 2017 , 15 Januari 2017, 17 Febuari 2017, 23 Febuari 2017, 8 Maret 2017 dan 10 Maret 2017 dan data setelah overhaul dari tanggal 24 April 2017 – 30 April 2017. Lalu dengan menggunakan microsoft excel penulis merata – ratakan data tersebut dan mengurutkan data tersebut berdasarkan beban pembangkitan dari beban 57,5 MW – 63 MW. Sebagai contoh penulis mengambil contoh perhitungan data sebelum overhaul Tabel. 3.1 Data Perhitungan Sebelum Overhaul BEBA N MW 57,5 57,6 57,7 57,8 57,9 58,0 58,2 58,3 58,7 58,8 59,0 61,5 61,6 61,7 61,8 61,9 62,0 62,1 62,2 62,3 62,4 62,5 62,6 62,9



Flow



TWIN



TWOUT



TWB



TDB



RANGE



APPROACH



EFEKTIVITAS



3



°C 49,19 49,06 49,12 49,08 49,30 48,73 48,30 48,91 50,06 50,12 50,01 51,99 51,81 51,61 51,69 51,04 51,38 51,68 51,47 51,63 51,09 50,98 50,91 51,23



°C 26,66 26,59 26,67 26,62 26,78 26,28 25,78 26,32 27,14 27,14 27,04 27,79 27,72 27,47 27,48 26,95 27,21 27,39 27,17 27,23 26,72 26,62 26,58 26,84



°C 16,47 16,11 16,38 16,32 16,63 15,60 14,30 15,44 17,04 16,76 16,94 18,24 18,13 17,73 17,43 16,32 16,94 17,22 16,82 16,87 15,90 15,68 15,59 16,53



°C 19,52 18,21 18,94 18,98 19,37 17,62 16,87 16,95 18,09 17,81 17,99 22,25 21,42 21,07 20,32 18,28 19,37 19,90 19,31 18,48 20,03 18,71 19,74 20,39



°C 22,52 22,47 22,45 22,46 22,52 22,45 22,53 22,59 22,92 22,98 22,97 24,21 24,09 24,14 24,21 24,10 24,18 24,29 24,31 24,40 24,36 24,36 24,33 24,39



°C 10,19 10,48 10,29 10,30 10,15 10,68 11,48 10,88 10,10 10,39 10,10 9,54 9,59 9,75 10,05 10,63 10,27 10,17 10,35 10,37 10,83 10,94 11,00 10,31



% 68,86 68,21 68,60 68,58 68,93 67,78 66,25 67,49 69,42 68,88 69,46 71,74 71,53 71,24 70,67 69,40 70,20 70,48 70,15 70,18 69,26 69,02 68,88 70,29



m /h 7324,19 7297,88 7290,42 7294,66 7269,18 7217,34 7295,80 7118,81 7020,39 7078,53 7027,34 7099,12 7142,22 7036,00 6971,72 7114,21 7192,46 7182,53 7116,59 7229,81 7263,12 7346,03 7248,84 7279,89



Hal| 2



ISSN 2085-2762 Seminar Nasional Teknik Mesin POLITEKNIK NEGERI JAKARTA 3.2 Perbandingan Grafik Hubungan Parameter Terhadap Efektivitas Pada Cooling tower Sebelum Overhaul



Gambar. 3.1 Grafik Range Terhadap Efektivitas



Gambar. 3.2 Grafik Approach Terhadap Efektivitas



Gambar. 3.3 Grafik TWIN Terhadap Efektivitas



Gambar. 3.4 Grafik TWOUT Terhadap Efektivitas



Hal| 3



ISSN 2085-2762 Seminar Nasional Teknik Mesin POLITEKNIK NEGERI JAKARTA



Gambar. 3.5 Grafik TWB Terhadap Efekvitas



Gambar. 3.6 Grafik TDB Terhadap Efektivitas



3.3 Perbandingan Grafik Hubungan Beban terhadap Parameter dan Efektivitas Pada Cooling tower Sebelum dan Setelah Overhaul



Gambar. 3.7 Grafik Beban Terhadap Efektivitas Sebelum Dan Setelah Overhaul



Gambar. 3.8 Grafik Beban Terhadap Range Sebelum Dan Setelah Overhaul



Hal| 4



ISSN 2085-2762 Seminar Nasional Teknik Mesin POLITEKNIK NEGERI JAKARTA



Gambar. 3.9 Grafik Beban Terhadap Approach Sebelum Dan Setelah Overhaul



Gambar. 3.10 Grafik Beban Terhadap TWIN Sebelum Dan Setelah Overhaul



Gambar. 3.11 Grafik Beban Terhadap TWOUT Sebelum Dan Setelah Overhaul



Gambar. 3.12 Grafik Beban Terhadap TWB Sebelum Dan Setelah Overhaul



Hal| 5



ISSN 2085-2762 Seminar Nasional Teknik Mesin POLITEKNIK NEGERI JAKARTA



Gambar. 3.13 Grafik Beban Terhadap TDB Sebelum Dan Setelah Overhaul



3.4 Penyebab Performa Cooling Tower Berdasarkan Sistem Kerja Cooling Tower



HWP Kondensor



Gambar 3.14 Proses Pendinginan di Cooling Tower



Berdasarkan Gambar 3.14 dapat dilihat penyebab yang dapat menurunkan performa cooling tower antara lain: 1. Nozzle Nozzle ini mempengaruhi laju aliran massa air yaitu membantu proses pengubahan bentuk air menjadi butiran – butiran air yang seragam. Oleh karena itu, nozzle harus dijaga kekotorannya agar dalam proses penyebaran laju aliran massa air dapat optimum 2. Drift Eliminator Drift eliminator ini mempengaruhi laju aliran massa air yaitu dengan menangkap uap – uap air agar tidak terbuang ke atmosfer. Uap air ini juga berfungsi dalam proses pendinginan secara penguapan dengan menangkap panas latent 3. Sudu Fan Sudu Fan ini mempengaruhi laju aliran massa udara. Oleh karena itu, diperlukan kemiringan sudu fan yang optimum agar dapat menarik udara dengan laju aliran massa udara yang optimum. 4. Motor Penggerak Fan Motor penggerak fan ini juga mempengaruhi laju aliran massa udara karena untuk membantu kerja fan agar optimum dalam menghisap udara sehingga didapatkan laju aliran massa udara yang optimum. 5. Filler Filler ini sebagai alat yang membantu proses perpindahan panas secara konveksi dan konduksi. Sehingga filler ini harus dijaga dari kekotorannya yaitu adanya silica dan sulfur yang menempel. Dengan kotornya filler ini maka akan mempengaruhi konduktivitas termal dari filler yang menyebabkan perpindahan panas menjadi tidak optimum. 6. Basin Basin ini mempengaruhi temperatur air pendingin dan laju aliran air pendingin yang akan dialirkan kembali ke kondensor. Apabila basin kotor dan banyak mikrooraganisme yang



Hal| 6



ISSN 2085-2762 Seminar Nasional Teknik Mesin POLITEKNIK NEGERI JAKARTA menempel pada basin maka akan mempengaruhi temperatur air pendingin menjadi tidak dingin dan laju aliran air pendingin akan terhambat untuk masuk ke kondensor. 3.5 Data Hasil Observasi Kegiatan Overhaul Cooling tower 3.5.1 Foto kegiatan overhaul



Gambar 3.15 Pembersihan Basin



Gambar 3.16 Pergantian filler



Gambar 3.17 Pengukuran Sudu Fan dan Vibrasi Gear Box



3.5.2 Hasil Observasi Nozzle



Gambar 3.18 Hasil Observasi Nozzle Cooling Tower



3.5.3 Hasil Observasi Drift Eliminator



Gambar 3.19 Hasil Observasi Drift Eliminator Cooling Tower



3.5.4 Hasil Observasi Sudu Fan Fan Pitch Angle (° Degree) Design Pitch Angle (α ) : 21 ° Acceptable Tolerance : ± 0,5 ° Tabel 3.2 Pengukuran sudu fan pada saat overhaul



Hal| 7



ISSN 2085-2762 Seminar Nasional Teknik Mesin POLITEKNIK NEGERI JAKARTA Cell No. A B C D



1 20,8 20,6 20,6 20,4



2 20,4 20,4 20,6 19,9



3 20,9 20,3 21,4 20,2



4 21 20,4 21 19,7



Blade No. 5 20,8 20,8 20,2 20,3



6 20,4 20,9 20,7 20,1



7 20,7 20,6 21,1 20,1



8 20,7 21 20,4 20,1



9 20,9 20,8 20,8 20,3



3.5.5 Hasil Observasi Vibrasi Gear Box Acceptable Vibration : 4,5 mm/sec Tabel 3.3 Pengukuran vibrasi gear box pada saat overhaul Vibrasi



FAN A



HOR. [mm/sec] VER. [mm/sec] AXIAL [mm/sec]



0,9 1,2 0,7



HOR. [mm/sec] VER. [mm/sec] AXIAL [mm/sec]



0,8 1,1 0,5



FAN B FAN C Front Bearing 0,7 0,8 1,2 1,3 0,8 0,8 End Bearing 0,5 0,6 1,2 0,8 1,4 0,7



FAN D 0,7 1 0,6 0,7 1,1 0,6



3.5.6 Hasil Obervasi Filler Acceptable Weight Tolerance : 8 – 9 Kg Data filler weight: Tabel 3.4 Pengukuran berat filler pada saat overhaul Lapisan Ke1 2 3



A [Kg] 29 43 26



B [Kg] 38,5 55 35



C [Kg] 38,5 46 35



D [Kg] 25 24 15



Gambar 3.20 Kondisi Filler Sebelum Pergantian



3.6 Analisa dan Pembahasan Berdasarkan grafik perbandingan parameter terhadap efektivitas sebelum overhaul pada grafik gambar 3.1 – gambar 3.6 bahwa peningkatan efektivitas terjadi karena ada penurunan nilai approach dapat dilihat pada gambar 3.2. Peningkatan efektivitas ini dipengaruhi juga oleh nilai twout yang tinggi disertai nilai twb dan tdb yang tinggi juga. Dapat dilihat grafik pada grafik gambar 3.4, 3.5, dan 3.6. Pada grafik perbandingan grafik hubungan beban terhadap efektivitas sebelum dan setelah overhaul, didapatkan bahwa terjadi terjadi penurunan efektivitas pada saat sebelum overhaul yang dapat dilihat grafik pada grafik gambar 3.7. Berdasarkan grafik perbandingan hubungan beban terhadap parameter sebelum dan setelah overhaul, didapatkan bahwa yang mempengaruhi penurunan nilai efektivitas berdasarkan parameter yang sangat berpengaruh adalah nilai approach yang tinggi, dapat dilihat pada grafik gambar 3.9. Nilai approach akan tinggi jika nilai TWOUT tidak mendekati nilai TWB. Pada saat sebelum overhaul nilai TWOUT lebih tinggi dibandingkan pada saat setelah Hal| 8



ISSN 2085-2762 Seminar Nasional Teknik Mesin POLITEKNIK NEGERI JAKARTA overhaul dapat dilihat pada grafik gambar 3.11 dengan nilai TWB yang pada saat itu tidak memiliki perbedaan jauh yang signifikan yaitu dapat dilihat pada grafik gambar 3.12. Penurunan nilai efektivitas cooling tower sangat berpengaruh terhadap proses pembangkitan di PLTP yaitu menyebabkan temperatur air keluar cooling tower tidak optimum, sehingga proses kondensasi di kondensor akan buruk dan mengakibatkan vakum kondensor akan rendah. Vakum kondensor yang rendah akan menyebabkan daya dan efisiensi turbin akan turun serta kerja generator juga akan turun karena generator digerakkan oleh turbin sehingga beban pembangkitan yang dihasilkan akan rendah. Oleh karena itu, perlu dilakukan kegiatan sebagai upaya peningkatan efektivitas cooling tower yaitu dengan menghasilkan nilai approach yang rendah. Berdasarkan hasil observasi pada saat overhaul upaya untuk menghasilkan approach yang rendah sehingga nilai TWOUT yang dihasilkan optimum dan mendekati nilai TWB adalah melakukan pergantian filler dan drift eliminator, serta dilakukan pembersihan basin. Dengan adanya kegiatan pergantian drift eliminator dan filler serta pembersihan pada basin dapat meningkatkan efektivitas dari 66 % - 72 % menjadi 70 % - 74% yang dapat dilihat pada grafik gambar 3.7, menurunkan TWOUT dari 25,5 - 28 °C menjadi 25 – 26,5 °C yang dapat dilihat pada grafik pada gambar 3.11 dengan TWB yang hampir sama yang dapat dilihat pada gambar 3.12 sehingga dapat menurunkan nilai approach dari 10 - 12 °C menjadi 8 – 10 °C yang dapat dilihat pada grafik pada gambar 3.9. Sehingga dapat disimpulkan bahwa kegiatan tersebut perlu dilakukan secara berkala setiap overhaul karena dengan adanya kegiatan tersebut dapat meningkatkan nilai efektivitas cooling tower yang mempengaruhi pemasukan dana ke pembangkit. Sedangkan kerugian dari kegiatan tersebut adalah rugi waktu dan rugi biaya. Namun, jika dibandingkan dengan keuntungan dari pendapatan maka keuntungan tersebut dapat menutupi kerugian tersebut. 4. KESIMPULAN 1. Penurunan performa cooling tower dapat menyebabkan kevakuman pada kondensor menjadi rendah sehingga daya dan efisiensi turbin menjadi rendah, kerja generator akan menurun sehingga beban pembangkitan yang dihasilkan akan menurun. 2. Berdasarkan parameter yang terukur, penyebab penurunan performa cooling tower yang paling berpengaruh adalah nilai approach yang tinggi sehingga nilai TWOUT tidak optimum dan tidak mendekati nilai TWB. 3. Berdasarkan hasil observasi didapatkan bahwa kondisi fan dan motor fan masih dalam keadaan baik sehingga lajur aliran udara masih dalam keadaan optimum. Namun kondisi nozzle, drift eliminator, filler, dan basin dalam keadaan kotor. Sehingga pada saat overhaul dilakukan pergantian dan pembersihan pada alat tersebut kecuali nozzle. 4. Dengan adanya kegiatan overhaul pada cooling tower dapat meningkatkan efektivitas dari 66 % 72 % menjadi 70 % - 74%, menurunkan TWOUT dari 25,5 - 28 °C menjadi 25 – 26,5 °C dengan TWB yang hampir sama sehingga dapat menurunkan nilai approach dari 10 - 12 °C menjadi 8 – 10 °C. 5. Untuk meningkatkan nilai efektivitas cooling tower perlu dilakukan pergantian filler dan drift eliminator serta pembersihan basin pada saat overhaul secara berkala. 5. DAFTAR PUSTAKA [1] Anonim. “Cooling tower”, dalam handbook ASHRAE - HVAC Systems and Equipment. 2014. 39. 39.1 – 39.17 [2] Handoyo, Yopi. (2015).’’Analisis Performa Cooling tower LCT 400 Pada PT.XYZ, Tambun Bekasi”. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin. 3. (1). [3] Hensley. J.C. Cooling tower Fundamentals. 2006. Kansas: SPX Cooling tower Technologies Inc. [4] Pratiwi, Nimas P., Nugroho, Gunawan., Hamidah, Nur Laila. ‘’Analisa Kinerja Cooling tower Induced Draft Tipe LBC W-300 Terhadap Pengaruh Temperatur Lingkungan’’. 2014. Jurnal Teknik Pomits. 7. (7). 1 – 6. [5] U.S Department of Energy. “Cooling towers: Understanding Key Components of Cooling towers and How to Improve Water Efficiency”dalam artikel Federal Energy Management Program Hal| 9



ISSN 2085-2762 Seminar Nasional Teknik Mesin POLITEKNIK NEGERI JAKARTA



Hal| 10