PENENTUAN VARIABEL PERANCANGAN ECONOMIZER YANG ROBUST DAN MAMPU MEMENUHI MULTI TUJUAN (RESPON)

Transkripsi

1 Prosidig Semiar Nasioal Maajeme Tekologi VI Program Studi MMT-ITS, Surabaya 4 Agustus 007 PENENTUAN VARIABEL PERANCANGAN ECONOMIZER YANG ROBUST DAN MAMPU MEMENUHI MULTI TUJUAN (RESPON (Studi Kasus Pada Alstom Package Boiler Type 37VP16R/48 Ari Nuralamsyah, Haryoo Program Studi Magister Maajeme Tekologi ITS Surabaya ABSTRAK Ecoomizer merupaka salah satu bagia alat peukar paas ( heat exchager pada boiler yag memaika peraa petig dalam peetua efisiesi thermal boiler secara keseluruha. Ecoomizer bekerja dega megambil paas ( heat recovery gas sisa (flue gas yag keluar dari boiler sebelum dibuag ke cerobog (stack. Ada bayak variabel yag mempegaruhi keefektifa desai Ecoomizer atara lai properti tubig da fi yag diguaka, susua & spasi atar tubig serta arah alira fluida kerja pada Ecoomizer. Sedagka variabel peggaggu yag tidak dapat dikedalika tetapi berpegaruh pada ujuk kerja Ecoomizer atara lai jeis baha bakar yag diguaka, temperature gas sisa da temperature feedwater masuk. Peelitia ii bertujua utuk memperoleh hasil racaga Ecoomizer yag mempuyai efisiesi perpidaha paas yag maksimum ( larger the better, tetapi tetap ekoomis dega luas perpidaha paas serta biaya operasi miimum.( smaller the better. Dalam peelitia ii, data percobaa tiap respo (efisi esi perpidaha paas, luas perpidaha paas da biaya operasi disusu dalam betuk Stadard Orthogoal Array (OA dari Taguchi. Hasil dari tabel OA kemudia dibawa ke rasio S/N yag merepresetasika ukura keragama yag timbul (presisi da akurasi. Tigkat kepetiga ketiga respo diatas dibobot dega megguaka metoda Etropy. Metoda Overall Evaluatio Criteria (OEC kemudia diguaka utuk meghasilka suatu besara yag mewakili ketiga respo yag dikehedaki berdasarka bobot yag telah ditetuka. Berikutya dilakuka Aalysis of Variace (ANOVA utuk megetahui besar pegaruh variabel peracaga terhadap ilai OEC. Dari Hasil dari perhituga ANOVA, dapat diperoleh kombiasi variabel peracaga Ecoomizer yag meghasilka efisiesi perpidaha paas yag maksimum, tetapi memiliki luas perpidaha paas serta biaya operasi miimum. Hasil peelitia meujukka respo yag berpegaruh terhadap desai Ecoomizer berturut- turut adalah biaya operasi (55.3%, luas perpidaha paas (5.9% da efisiesi perpidaha paas (18.8%. Sedagka faktor kotrol yag palig berpegaruh adalah Trasfersal Legth (36.6% da Jumlah Tube ke Arah Tiggi (9.0% Kemudia dilakuka percobaa kofirmasi berdasarka kodisi optimal da dibadigka dega kodisi existig. Gai S/N ratio yag diperoleh adalah sebesar 0.74, sehigga peghemata yag didapat adalah 15.67% Kata kuci : Orthogoal Array, Taguchi, Etropy, Ecoomizer, Overall Evaluatio Criteria (OEC

2 Prosidig Semiar Nasioal Maajeme Tekologi VI Program Studi MMT-ITS, Surabaya 4 Agustus 007 PENDAHULUAN Ecoomizer merupaka alat peukar paas (heat exchager yag memaika peraa petig dalam peetua efisiesi thermal boiler secara keseluruha. Ecoomizer bekerja dega megambil paas ( heat recovery gas sisa (flue gas yag keluar dari boiler sebelum dibuag ke cerobog (stack. Desig Ecoomizer yag hadal selai dapat memeuhi berbagai tujua desig (respod yag optimum haruslah juga mempuyai ketahaa terhadap variabilitas proses ( oise factor. Sedagka setiap desig ecoomizer (cotrol factor pada dasarya bersifat uik karea tergatug dari ukura boiler, kodisi operasi boiler da variabilitas peggaggu yag ada yag kebayaka berbeda da mempuyai ilai yag spesifik di tiap project. Utuk megatasi masalah di atas, ada suatu metoda peracaga yag berprisip pada peigkata mutu dega memiimalka pegaruh dari peyebab-peyebab perubaha ( oise factor tapa meghilagka peyebab itu sediri. Metoda yag diguaka adalah Robust Desig Egieerig (Taguchi Method dega melakuka desai parameter terhadap faktor kotrol utuk memperoleh respo yag optimum. Karea respo yag hedak dituju mempuyai karakteristik yag berlaia, Overall Evaluatio Criteria (OEC diguaka utuk meghasilka suatu besara yag mewakili ketiga respo yag dikehedaki. Sedagka bobot tiap respo telah ditetuka dega metoda Etropy. LANDASAN TEORI Defiisi kualitas yag diberika oleh metodologi Taguchi berorietasi pada pelagga. Defiisi kualitas Taguchi (dalam arti egatif : "Quality is the loss imparted to society from the time the product is shipped (Feigebaum, Arti Loss disii termasuk ogkos kekecewaa pelagga yag berujug pada hilagya reputasi perusahaa.. Tujua utama metoda Taguchi adalah memperbaiki desai da proses suatu produk melalui idetifikasi faktor kotrol da kombiasi level faktorya, dega memiimalka variasi produk disekitar ilai target respo. Dega mecari kombiasi level faktor-faktor pada tigkat optimalya, produk dapat difabrikasi dega lebih robust (taha terhadap perubaha operasi da kodisi ligkugaya. Utuk mecapai kualitas yag diigika, metoda Taguchi bekerja dega meguragi peyebab yag meghasilka efek buruk, tidak dega meghilagka efek buruk yag ada. Overall Evaluatio Criteria (OEC Ketika suatu produk harus dapat memeuhi multi tujua yag masig-masig mempuyai karakteristik da bobot berlaia, perlu dilakuka peggabuga besarabesara mejadi kuatitas tuggal megguaka metoda Overall Evaluatio Criteria (OEC. Metoda OEC bekerja dega megkombiasika beberapa karakteristik kualitas mejadi satu ilai tuggal (Roy, 001. Lagkah-lagkah metoda OEC adalah : 1. Meetuka bobot tiap-tiap respo (Metoda Etropy.. Melakuka ormalisasi terhadap besara respo. 3. Membawa semua karakteristik kualitas ke arah Larger the better (LTB. Kosep Total Loss Fuctio Gambar di bawah meggambarka fugsi kerugia Taguchi sebagai fugsi deviasi dari keadaa ideal atau ilai target dari parameter desai yag diberika. Disii, Yo melambagka ilai target, atau ilai yag palig dikehedaki, dari suatu parameter A-1-

3 Prosidig Semiar Nasioal Maajeme Tekologi VI Program Studi MMT-ITS, Surabaya 4 Agustus 007 yag ditijau. Parameter ii mugki dapat berupa dimesi kritis, wara dari suatu produk, atau karakteristik lai yag berkotribusi kepada kosep kualitas pelagga. Gambar 1 Metoda Kerugia Total Taguchi Meurut Taguchi, pada duia yata tidak ada produk yag tepat memeuhi persyarata. Ujuk kerja secara bertahap mulai meuru ketika parameter desig bergeser dari ilai optimumya. Oleh karea itu, Taguchi meyaraka fugsi kerugia diukur dega deviasi terhadap ilai ideal. Fugsi kotiue (kuadrati k dapat dilihat pada Gambar 1. Ujuk kerja suatu produk dikataka meuru bila parameter desig bergeser dari ilai ideal atau target. Fugsi tersebut dapat dideskripsika sebagai : L(Y = k (Y Y0² (1 Dega L(Y adalah kerugia data dollar (uag, Y 0 adalah titik dimaa karakteristik harus ditetuka, Y adalah ilai aktual karakteristik, da k adalah kostata yag tergatug pada besar karakteristik da uit moeter yag diguaka dega : L(Y = quality loss utuk respo ke j da kombiasi perlakua ke i k = koefisie fugsi kerugia Y = bayak replikasi (pegulaga = bayak replikasi (pegulaga Y0 Sigal to Noise Ratio Meurut Taguchi, produk yag mempuyai kualitas yag bagus diperoleh dega mejaga karakteristik produk dalam target dega variasi yag kecil. Taguchi meekaka pada kepuasa pelagga yag optimum, dega megembagka produk yag memeuhi target pada basis yag kosiste. Sehigga, dapat disimpulka bahwa aspek yag terpetig pada kotrol kualitas Taguchi adalah miimasi variasi disekitar ilai target (Roy, 001. Aspek di atas dapat diragkum megguaka besara sigal to oise ratio (SNR, yaitu : rerata SNR ( simpaga baku Perumusa SNR tergatug dari 3 jeis karateristik kualitas yag dituju yaitu omial is the best, smaller the better da larger the better. A. SNR utuk karakteristik kualitas omimal is the best Pada kasus omial is the best ada harga omial (target yag igi dicapai. Semisal sampel dilambagka dega otasi Y1, Y, Y3,..., Y da harga target adalah Y0 maka : (Y1 Y0 (Y Y0 (Y3 Y0...(Y Y0 MSD (3 A-1-3

4 Prosidig Semiar Nasioal Maajeme Tekologi VI Program Studi MMT-ITS, Surabaya 4 Agustus 007 MSD i1 (Yi Y0 (4 SNR -10 log 10 i1 (Y i Y 0 (5 B. SNR utuk karakteristik kualitas larger the better Pada kasus larger the better harga yag diigii adalah harga yag palig besar. Karakteristik kualitas ii diukur dega meambahka kuadrat dari iverse masigmasig sampel. Semisal sampel dilambagka dega otasi Y1, Y, Y3,..., Y, maka MSD da SNR dapat dihitug sebagai berikut : (1/Y 1 (1/Y (1/Y3...(1/Y MSD (6 MSD i1 (1/Y i (7 SNR -10 log 10 i1 (1/Y i (8 C. SNR utuk karakteristik kualitas smaller the better Pada kasus smaller the better harga yag diigii adalah harga yag palig kecil. Karakteristik kualitas ii diukur dega meambahka kuadrat masig-masig sampel. Semisal sampel dilambagka dega otasi Y1, Y, Y3,..., Y, maka MSD da SNR dapat dihitug sebagai berikut : (Y 1 (Y (Y3...(Y4 MSD (9 MSD i1 (Y i (10 SNR -10 log 10 i1 (Y i (11 METODOLOGI PENELITIAN Metodologi peelitia desai parameter terhadap faktor kotrol Ecoomizer agar robust terhadap faktor oise da memeuhi multi respo, maka diguaka tahapatahapa sebagai berikut : 1. Observasi awal da perecaaa eksperime Observasi dilakuka utuk megetahui kedala-kedala yag dihadapi dalam peracaga Ecoomizer da berdiskusi dega Egieer utuk megetahui faktor kotrol da faktor oise yag ada. Proses peracaga eksperime. Proses ii terdiri dari : Peetua respo eksperime Peetua faktor pegotrol da level yag diguaka Peetua faktor oise da level yag diguaka Peracaga orthogoal array yag terdiri dari ier array da outer array A-1-4

5 Prosidig Semiar Nasioal Maajeme Tekologi VI Program Studi MMT-ITS, Surabaya 4 Agustus Pegumpula data da pelaksaaa eksperime 4. Aalisa hasil eksperime. Proses ii terdiri dari : Peetua bobot tiap-tiap respo dega metoda Etropy Meghitug ilai OEC bedasarka bobot yag telah diperoleh Meghitug S/N ratio ilai OEC dega metoda ANOVA Melakuka percobaa kofirmasi da meghitug savig yag dilakuka PELAKSANAAN EKSPERIMEN DAN PEMBAHASAN Eksperime dilakuka dega megguaka simulasi komputer dega memasukka faktor kotrol da faktor oise. Berikut ii racaga proses eksperime desai ecoomizer : Respo eksperime Respo yag igi dituju pada eksperime ii adalah : 1. Efektifitas perpidaha paas. Efektivitas perpidaha paas adalah besarya eergi yag dapat diambil dari total jumlah eergi yag dapat diserap. Karakterisitk kualitas yag hedak dituju adalah larger the better.. Biaya ivestasi miimum. Biaya ivestasi ecoomizer ditetuka luas trasfer paas tube da fi yag terpasag. Karakterisitk kualitas yag hedak dituju adalah smaller the better. 3. Biaya operasi miimum. Biaya operasi ecoomizer ditetuka teaga pompa da fa yag diguaka. Karakterisitk kualitas yag hedak dituju adalah smaller the better Faktor Pegotrol Faktor pegotrol da level yag diguaka pada percobaa ii : 1. Susua Tube pada Ecoomizer (Sejajar da selag selig.. Outlet Diameter Tubig (1.5, 1.75 da Jumlah tube ke arah lebar ecoomizer (16,18,0 da tube 4. Jumlah tube ke arah tiggi ecoomizer (18,0, da 4 tube 5. Pajag fied tube ecoomizer (16,18,0 da tube 6. Trasversal Spacig (3.5, da Logitudial Spacig (3.5, da Kerapata Fi (,.5 3 da Ketebala Fi (0.05, 0.06, 0.07 da Ketiggia Fi (0.65, 0.7, 0.75 da 0.8 Faktor Noise 1. Temperature gas buag masuk ecoomizer. Variasi temperature: 360 o C da 370 o C.. Temperature feedwater masuk ecoomizer. Variasi temperature: 140 o C da 150 o C. 3. Jeis baha bakar. Variasi baha bakar : Refiery Gas da Fuel Oil. Racaga Orthogoal Array Berdasarka faktor pegotrol da level yag dipilih, matrik orthogoal array (Ier Array yag diguaka adalah L3 ( Sedagka utuk faktor oise da level yag dipilih, matrik orthogoal array ( Outer Array yag diguaka adalah L4 ( 3. Berikut ii adalah tabel racaga percobaa Orthogoal Array utuk tiap-tiap respo: A-1-5

6 Prosidig Semiar Nasioal Maajeme Tekologi VI Program Studi MMT-ITS, Surabaya 4 Agustus 007 Tabel 1. Racaga Pecobaa Orthogoal Array utuk Tiap-tiap Respo Ier Array Outer Array M 1 1 L 1 1 K 1 1 L3 ( L4 ( 3 A B C D E F G H I J A B C D E F G H I J Perhituga Bobot tiap Respo Metoda etropy diguaka utuk meetuka bobot masig-masig respo yaitu efisiesi thermal, luas perpidaha paas da teaga utilitas. Perhituga etropy masig-masig respo adalah : Nilai etropy utuk variabel efisiesi thermal : e1 = -1/(l 3 * = 0.97 Nilai etropy utuk variabel luas perpidaha paas : e = -1/(l 3 * = A-1-6

7 Prosidig Semiar Nasioal Maajeme Tekologi VI Program Studi MMT-ITS, Surabaya 4 Agustus 007 Nilai etropy utuk variabel teaga utilitas: e3 = -1/(l 3 * = Sehigga bobot tiap-tiap respo adalah sebagai berikut : Nilai bobot utuk variabel efisiesi thermal : w 1 ( ( ( ( Nilai bobot utuk variabel luas perpidaha paas : w ( ( ( ( Nilai bobot utuk variabel teaga utilitas : w Perhituga Nilai OEC ( ( ( ( Nilai OEC pada dasarya merupaka ilai gabuga dari beberapa respo berdasarka bobot da karakteristik kualitas yag dituju. OEC mempuyai harga maksimum =1 da miimum = 0. Nilai terbaik da terburuk utuk tiap-tiap respo diperoleh dari hasil percobaa berdasarka kombiasi level da faktor yag disaraka utuk boiler type 37VP16R/48. Berikut ii beberapa parameter yag diguaka : Respo Tabel Parameter Perhituga OEC Nilai terbaik Nilai terburuk Karakteristik Kualitas Pembobota Relatif, % Efisiesi Perpidaha Paas (% Larger the Better 0.19 Luas Perpidaha Paas (ft 8,710 45,093 Smaller the Better 0.6 Teaga Utilitas (kw Smaller the Better 0.55 Perhituga Sigal to Noise Ratio (SNR Setelah ilai OEC utuk tiap-tiap percobaa diperoleh, dihitug ratio SNR yag merupaka racaga utuk metrasformasika pegulaga data (palig se dikit dua kali utuk satu eksperime ke dalam suatu ilai yag mewakili ukura keragama yag timbul. Nilai OEC maki besar maki baik, sehigga karakteristik kualitas S/N yag dituju adalah larger is better. Kemudia tuk megetahui pegaruh suatu faktor pada tiap-tiap level, maka disusu tabel respo Rasio Sigal to Noise (S/N berdasarka faktor da level-levelya. Perhituga S/N rasio utuk setiap faktor pada tiap-tiap level dilakuka dega cara meghitug ilai rata-rata respod pada setiap faktor di level yag bersagkuta. Berikut ii hasil perhitugaya : A-1-7

8 Prosidig Semiar Nasioal Maajeme Tekologi VI Program Studi MMT-ITS, Surabaya 4 Agustus 007 Tabel 3. Respod Sigal to Noise (S/N Berdasarka Faktor da Level-levelya Nilai S/N Level 1 Level Level 3 Level 4 OEC Faktor A Faktor B Faktor C Faktor D Faktor E Faktor F Faktor G Faktor H Faktor I Faktor J Perhituga ANOVA Perhituga ANOVA dilakuka utuk megetahui pegaruh faktor-faktor peracaga terhadap respo yag dalam hal ii berupa SNR ilai OEC. Dari perhituga ANOVA, bila didapat faktor yag tidak berpegaruh dilakuka poolig. Berikut ii hasil perhituga ANOVA setelah dilakuka poolig : Tabel 4. Perhituga ANOVA utuk rasio S/N dari ilai OEC (Poolig faktor G. Sumber Variasi Derajat Bebas (DOF, f Sum of Square (S Variace F hitug F tabel Pure Sum of Square (S' Perse Kostribusi (P Susua tube (A Diameter tube (B Jumlah tube ke arah lebar (C Jumlah tube ke arah tiggi (D Pajag fied tube (E Trasversal Legth, ST (F Kerapata fi (H Ketebala fi (I Ketiggia fi (J Residual Total Taksira Kodisi Optimum da Selag Kepercayaa Kodisi optimum diperoleh dari kombiasi faktor yag memiliki ilai S/N OEC yag palig tiggi da sigifikas melalui uji statistik. Kombiasi level optimum adalah : A1BC4D1E1F4H3I3J1 S/N ilai OEC optimum = y + (A1 y + (B-y+ +(I1-y = Selag kepercayaa utuk taksira kodisi optimum adalah : A-1-8

9 Prosidig Semiar Nasioal Maajeme Tekologi VI Program Studi MMT-ITS, Surabaya 4 Agustus 007 Fα,1,V, V e CI S/Nopt F10%,1,6 CI = ± 1.01 Covidece Iterval (CI harga rasi o S/N ilai OEC optimum dega tigkat kepercayaa 90% adalah -.38 sampai Percobaa Kofirmasi S/N ilai OEC Dega melakuka percobaa kofirmasi utuk kodisi optimum respo yaitu pada level faktor A1BC4D1E1F4G4H3I3J1 diperoleh hasil seperti tertera pada Tabel 5 Tabel 5. Percobaa Kofirmasi pada Kodisi Optimum Respo. Respo Faktor Faktor Faktor Faktor Noise 1 Noise Noise 3 Noise 4 Efisiesi Thermal (% 68.10% 66.48% 66.46% 68.19% Luas perpidaha paas (ft Teaga utilitas (kw Nilai OEC Respo Selag kepercayaa utuk percobaa kofirmasi adalah : CI = - ± 1.01 eff Covidece Iterval (CI harga rasio S/N ilai OEC optimum dega tigkat kepercayaa 90% adalah sampai Perhituga Peghemata yag diperoleh Sebelum dilakuka perhituga peghemata, dilakuka perhituga ilai OEC Respo utuk Existig Ecoomizer pada boiler 37VP16 di Pertamia UP-IV seperti tertera pada Tabel 6 di bawah. Tabel 6. Kodisi Ecoomizer Sebelum Dilakuka Optimasi Respo Faktor Faktor Faktor Faktor Noise 1 Noise Noise 3 Noise 4 Efisiesi Thermal (% 85.10% 83.7% 83.7% 85.1% Luas perpidaha paas (ft Teaga utilitas (kw Nilai OEC Respo SNR = -10 log ( = ( 3 ( CI S/N Fα,1,V, Ve - F10%,1,6 r 3 eff 1 (1 8 Savig (1 10 cofirm ( gai/10 100% (1 10 ( (.74/10 100% 15.67% Sehigga peghemata multirespo (efisiesi thermal, luas perpidaha paas da teaga utilitas yag diperoleh bila megguaka desai yag baru adalah 15.67%. 0,4 A-1-9

10 Prosidig Semiar Nasioal Maajeme Tekologi VI Program Studi MMT-ITS, Surabaya 4 Agustus 007 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpula Respo yag berpegaruh terhadap desai Ecoomizer berturut-turut adalah Biaya Operasi (55.3%, Luas Perpidaha Paas (5.9% da e fisiesi perpidaha paas (18.8%. Faktor yag berpegaruh secara sigifika terhadap respo efisiesi paas, luas perpidaha paas da biaya operasi pada desai Ecoomizer berturut-turut adalah: Trasversal Legth (39.4%, Jumlah tube ke arah tiggi (11.8%, Pajag fied tube (8.7%, Ketebala fi (6%, Jumlah tube ke arah lebar (4.9%, Kerapata fi (4. 7%, Diameter tube (4.3%, Ketiggia fi (3.9%, Susua tube (1.7% Kodisi optimum utuk meghasilka hasil racaga Ecoomizer yag memeuhi multirespo dicapai pada kombiasi level A1BC4D1E1 F4G4H3I3J1. Susua tube,a (sejajar ; Diameter tube,b ( 1.75 ; Jumlah tube ke arah lebar,c ( buah ; Jumlah tube ke arah tiggi,d (18 buah ; Pajag fied tube,e (16 ; Trasversal Spacig,F (4 ; Logitudial Spacig,G (4 ; Kerapata fi,h (3 FPI ; Ketebala fi,i (0.07 ; Ketiggia fi,j (0.65 Setelah dilakuka percobaa kofirmasi berdasarka kodisi optimal da kemudia dibadigka dega kodisi existig, diperoleh gai S/N ratio sebesar Sehigga secara umum effisiesi ecoomizer meigkat sebesar 15.67% Sara 1. Perlu dilakuka peelitia lebih lajut utuk megetahui iteraksi atar faktor pegotrol desai ecoomizer.. Peelitia Optimasi ii dilakuka saat boiler berada pada Maximum Cotiuous Load yaitu 110 TPH. Oleh karea itu perlu dilakuka optimasi desai Ecoomizer yag robust pada berbagai load (75% load da 50% load 3. Utuk melakuka peelitia pada berbagai load (partial load, perlu memasukka sigal factor berupa jumlah burer yag beroperasi, opeig fuel oil & fuel gas cotrol valve serta opeig FD Fa damper DAFTAR PUSTAKA Feigebaum A.V., 1991, Total Quality Cotrol, McGraw-Hill, New York. Gaapathy V., 1993, Steam Plat Calculatios Maual, Marcel Dekker Ic., New York. Ross, Philip J.,1996, Taguchi techique for Quality Egieerig : Loss Fuctio, Orthogoal Experimets, Parameter ad Tolerace Desig, McGraw-Hill, Sigapore. Roy, Rajit K., 001, Desig of Experimet Usig the Taguchi Approach : 16 Steps to Product ad Process Improvemets, Joh Wiley & Sos, New York. Se, Pratyush da Yag, Jia Bo, 1997, Multiple Criteria Decisio Support i Egieerig Desig, Spriger-Verlag, Lodo. Stultz, Steve C. da Kitto, Joh B., 199, Steam : It s geeratio ad use, The Babcock & Wilcock Compay, Ohio. A-1-10