Studi Numerik Pengaruh Pitch Transversal Pada Aliran Dan Perpindahan Panas Di Sekitar Tube Bank Heat Exchanger Di PLTA Cirata

Alat penukar panas banyak digunakan dalam proses produksi di pembangkit tenaga listrik. Pembangkit listrik tenaga air menggunakan alat penukar panas untuk menjaga temperatur peralatan utamanya seperti generator, turbin dan bantalan. Dikarenakan penurunan kualitas air waduk yang disebabkan oleh limbah industri, limbah pembuangan akhir sampah dan limbah peternakan ikan menyebabkan meningkatnya laju korosi dan pengotoran pada pipa sehingga menurunkan usia peralatan di pembangkit terutama alat penukar panas. Untuk menanggulangi hal tersebut dilakukan modifikasi pada sistem pendingin di Unit 1 PLTA Cirata, yang awalnya instalasi terbuka menggunakan air waduk sebagai fluida pendingin menjadi instalasi tertutup yang menggunakan air bersih. Penambahan intermediate heat exchanger pada modifikasi ini berfungsi untuk mendinginkan air bersih menggunakan air waduk yang diambil dari draft tube. Permasalahan pada sistem instalasi tertutup yaitu intermediate heat exchanger tidak bisa digunakan untuk seluruh sistem pendingin dan cepat terjadi pengotoran pada sisi tube dikarenakan menggunakan air waduk. Pembersihan tube akibat pengotoran memerlukan waktu yang cukup lama sehingga diperlukan desain intermediate heat exchanger yang lebih mudah dalam pemeliharaan dan memiliki kapasitas untuk mendinginkan seluruh sistem pendingin. Studi ini meneliti karakteristik aliran dan perpindahan panas pada intermediate heat exchanger dengan susunan tube staggered yang memiliki pitch transversal 1,5, 1,75 dan 2 kali diameter tube untuk mendapatkan desain yang paling optimum. Metodologi dari studi ini adalah melakukan perhitungan total kapasitas yang dibutuhkan dari intermediate heat exchanger, kemudian data diolah dan disimulasikan menggunakan program computational fluid dynamic (CFD) dengan geometri susunan tube yang bervariasi. Perhitungan manual dilakukan untuk mendapatkan dimensi dari intermediate heat exchanger. Analisa dilakukan untuk melihat pengaruh variasi pitch transversal terhadap kecepatan aliran dan perpindahan panas saat melewati tube row. Hasil dari studi ini adalah kecepatan aliran akan mencapai nilai maksimum pitch transversal 1,5D sebesar 6 m/s, 1,75D sebesar 4,7 m/s dan 2D sebesar 4 m/s yang terjadi pada sudut 90o dan mencapai nilai minimum pada sudut 160o sebesar 0 m/s, dikarenakan adanya aliran backflow. Pada second row dan selanjutnya kecepatan aliran lebih besar dari first row karena ada percepatan akibat efek dari row sebelumnya. Nilai rata-rata koefisien konveksi sebesar 3893,675 W/m2k pada variasi 1,5D, 3758,534 W/m2K pada variasi 1,75D dan 3689,434 W/m2K pada variasi 2D. Pressure drop pada variasi 1,5D sebesar 0,93 bar, 1,75D sebesar 0,51 bar dan 2D sebesar 0,38 bar. Semakin besar pitch transversal membuat kecepatan aliran, nilai koefisien konveksi dan pressure drop semakin turun. ========================================================= Heat exchangers are widely used in production processes in power plants. The hydroelectric power plant uses heat exchangers to maintain the temperature of the main equipment such as generators, turbines and bearings. Due to the degradation of the water quality of the reservoirs caused by industrial waste, disposal waste and the fish farm waste caused increased corrosion rate and pollution in the pipeline thereby decreasing the age of the equipment in the plant especially the heat exchanger. To overcome this, modifications were made to the cooling system in Unit 1 of the Cirata Hydro Electric Power Plant (PLTA Cirata), which was initially using reservoir water as a cooling fluid into a closed installation using clean water. The addition of intermediate heat exchangers in these modifications is to cool clean water using the water reservoir taken from the draft tube. But this intermediate heat exchanger unable to cool the entire cooling system and quickly occur fouling on tube side due to using water reservoir. The cleaning of the tube as a result of fouling requires a considerable amount of time, so it is necessary to design the intermediate heat exchangers which is easier to maintain and has the capacity to cool the entire cooling system. This study examines the flow characteristics and heat transfer on the intermediate heat exchangers with transversal pitch 1,5, 1,75 and 2 times tube diameter on staggered tube arrangements to obtain the most optimum designs. The methodology of this study is to calculate the total capacity required for the intermediate heat exchangers, then the data is processed and simulated using a computational fluid dynamic (CFD) program with varying tube geometries. Calculation are performed to obtain the dimensions of the intermediate heat exchangers. The analysis was conducted to see the effect of transversal pitch variation on flow velocity and heat transfer as it passed tube rows. The result of the maximum velocity on transversal pitch 1,5D by 6 m/s, 1,75D by 4,7 m/s and 2D by 4 m/s. The largest average convection coefficient of 3893,675 W/m2k on 1,5D, 3758,534 W/m2K on 1,75D and 3689,434 W/m2K on 2D variation. The pressure drop on the variation of 1,5D by 0,93 bar, 1,75D by 0,51 bar and 2D by 0,38 bar. The increasing of transversal pitch makes the flow velocity, convection coefficient value and pressure drop decrease