ANALISA PERFORMANSI HEAT EXCHANGER PADA SISTEM PENDINGIN MAIN ENGINE FIREBOAT WISNU I (Studi Kasus untuk Putaran Main Engine rpm)

Transkripsi

1 ANALISA PERFORMANSI HEAT EXCHANGER PADA SISTEM PENDINGIN MAIN ENGINE FIREBOAT WISNU I (Studi Kasus untuk Putaran Main Engine rpm) Oleh: NURHADI GINANJAR KUSUMA NRP PROGRAM STUDI TEKNIK PERMESINAN KAPAL JURUSAN TEKNIK PERMESINAN KAPAL POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2011

2 PERMASALAHAN 1. Perhitungan perpindahan kalor maksimum yang terjadi di HE. 2. Perhitungan nilai efektifitas yang terjadi di HE. 3. Perhitungan nilai effisiensi thermal yang terjadi di HE. 4. Perhitungan pemakaian bahan bakar pada putaran tinggi, sedang, dan rendah.

3 TUJUAN 1. Mengidentifikasi perubahan temperatur maksimal yang diharapkan sehingga dapat masuk water jacket dengan temperatur tertentu. 2. Menganalisa pengaruh laju massa fluida terhadap effisiensi HE jenis shell and tube.

4 BATASAN MASALAH 1. Tipe heat exchanger (HE) terpasang tipe shell and tube. 2. Temperatur ambient air tawar 32 o C; udara 33 o C. 3. Temperatur air laut masuk HE dianggap konstan (26 o C). 4. Putaran maksimal main engine adalah 1200rpm sesuai dengan standar operasi.

5 METODOLOGI 1. Pemilihan obyek, topik, dan fokus FP 2. Observasi dan studi literatur 3. Perumusan masalah 4. Pendataan 5. Analisa 6. Pelaporan 7. Sidang

6 FIREBOAT WISNU I FB Wisnu I merupakan kapal pemadam kebakaran milik PT. Pertamina yang digunakan untuk menjamin keselamatan aktifitas bongkar muat kapal di pelabuhan. FB Wisnu I menggunakan jenis kapal tunda (tugboat) agar mampu bermanuver dengan cepat. Kapal ini memiliki dua buah main engine yang berfungsi sebagai sistem penggerak; masing-masing memiliki daya sebesar 480 HP. Mesin ini memiliki sistem pendingin berupa water jacket yang dilengkapi dengan sebuah heat exchanger (HE) yang memanfaatkan air lait sebagai fluida kerjanya. HE yang dipergunakan pada sistem pendingin di FB Wisnu I ini adalah jenis shell and tube; dan telah dioperasikan sejak tahun 1978.

7 SISTEM PENDINGIN MAIN ENGINE FIREBOAT WISNU I

8 MAIN ENGINE Spesifikasi Main Engine *) Port **)Starboard Merk Type Daya Mitshubishi 6 SN 480 HP Putaran 1600 Konsumsi bahan bakar 44 l/hr Gambar 1 main engine FB Wisnu I Sumber : Manual book Mitshubishi Diesel Engine S6N Keterangan: *)Port: sisi sebelah kiri; **)Starboard: sisi sebelah kanan

9 HEAT EXCHANGER Sistem pendingin pada main engine FB Wisnu I dilengkapi dengan sebuah HE yang difungsikan untuk menurunkan temperatur air tawar setelah keluar water jacket. Jenis HE yang digunakan pada FB Wisnu I adalah shell and tube, yaitu pipa aliran air laut terdapat di dalam tabung aliran air tawar. Gambar 2 memperlihatkan kedudukan HE pada main engine yang posisinya berada dibawah tangki air tawar. Spesifikasi teknis HE ini tidak mudah didapat karena manual sudah tidak ada dan name plate sudah tidak terbaca.

10 HEAT EXCHANGER Heat Exchanger Gambar 2 Heat Exchanger

11 POMPA AIR TAWAR Fresh water pump yang digunakan pada FB Wisnu I adalah jenis sentrifugal. Pompa ini juga memanfaatkan main engine sebagai penggerak dengan sistem transmisi menggunakan teknologi pulley and belt. Fresh water pump digunakan untuk mesirkulasikan air tawar dari water tank ke sistem water jacket (cylinder liner dan head) kembali ke water tank

12 POMPA AIR TAWAR Pompa Air Tawar Gambar 3 Pompa Air Tawar

13 POMPA AIR LAUT Di FB Wisnu I, sea water pump digunakan untuk memompa air laut dari sea chest dan didistribusikan ke HE untuk mengambil kalor air tawar hasil pendinginan mesin diesel. Keluar dari HE, air laut ini dialirkan ke oil cooler kemudian diteruskan ke manifold gas buang dan shell pendingin poros penggerak kapal. Pompa yang digunakan adalah jenis pompa sentrifugal yang memanfaatkan main engine sebai penggerak mula dengan sistim transmisi menggunakan teknologi pulley and belt.

14 POMPA AIR LAUT Pompa Air Laut Gambar 4 Pompa Air Laut

15 DATA OPERASIONAL Tabel 1. Data Operasional Heat Exchanger No n Air Laut T Ts T in T out T in (rpm) ( C) ( C) ( C) ( C) ( C) Sumber : Pengamatan dan Pengukuran pada tanggal 10 Maret 2011 Air Tawar Keterangan: n : Putaran main engine T : Temperatur ruangan Ts : Temperatur surface Tin Tout : Temperatur fluida masuk HE : Temperatur fluida keluar HE

16 DATA ANALISA Tabel 2. Kalor yang Dilepas Air Tawar No. Air Tawar n Tin Tout V ṁ (rpm) Q ( C) ( C) (l/det) (kg/det) (Kj) ,28 30,85 30,85 739, ,51 36,00 36, , ,78 41,15 41, , ,01 46,29 46, , ,24 51,43 51, , ,52 56,58 56, , ,75 61,72 61, ,50 Rumus yang relevan: V = πr 2.n ṁ = V.ρ q = ṁ.cp. T

17 DATA ANALISA Tabel 2. Kalor yang Diserap Air Laut Air Laut Performansi n No. Tin Tout V ṁ q T (rpm) LMTD ε ηth ( C) ( C) (l/det) (kg/det) (kj) ( C) (%) (%) ,85 31,62 739,91 7,25 42,86 18, ,00 36, ,19 9,37 52,38 38, ,15 42, ,28 9,13 62,96 44, ,29 47, ,06 12,62 64,71 47, ,43 52, ,44 14,39 65,85 49, ,58 57, ,60 14,70 70,21 49, ,72 63, ,77 17,40 70,37 50,34 Rumus yang relevan: V = πr 2.n ΔT1 ΔT ΔTLMTD = ṁ = V.ρ ΔT1 In q = ṁ.cp. T ΔT2 2 ε = q q aktual maks η th = (T (T airlaut in airtawar in T Tairtawar out ) ) + (T T ) airlaut out s

18 DATA ANALISA Tabel 2. Kalor yang Dilepas ke Lingkungan No. n (rpm) Ts ( C) Udara Ruangan T Tf v k β h pr Gr ( C) ( C) (m²/det) (kj/m C) (K-1) (kj/m C) (Kj) q konveksi ,5 1, , ,725 3, , , , ,0 1, , ,726 3, , , , ,0 1, , ,722 3, , , , ,0 1, , ,724 3, , , , ,0 1, , ,723 3, , , , ,5 1, , ,723 3, , , , ,5 1, , ,727 3, , , , Rumus yang relevan: q = h. A. T

19 P DATA ANALISA Tabel 2. Konsumsi Bahan Bakar Main Engine FB Wisnu I Berdasar Spec Teknis P out-e Pemakaian Bahan Bakar n No P out -spec P out-m SFOC Energi Input η (rpm) (kw) (kw) (g/kw) (kw-t) (%) ,61 87,90 0, , ,38 102,55 0, , ,14 117,20 0, , ,91 131,85 0, , ,68 146,50 0, , ,45 161,15 0, , ,22 175,80 0, , ,98 190,45 0, , ,75 205,10 0, , ,52 219,75 0, , ,29 234,40 0, ,83 87 Rumus yang relevan: out m = π 4.D.S.n.Z.pe.50 SFOC = m Ρ out-spec η = P out spec Energi input

20 DATA ANALISA Gambar 5. Perpindahan Kalor Maksimum Yang Terjadi Di Heat Exchanger

21 DATA ANALISA Dari ketujuh percobaan yang telah dilakukan dengan memvariasikan putaran main engine didapatkan nilai laju perpindahan kalor fluida panas dan fluida dingin yang menunjukkan kecenderungan yang hampir sama. Hal ini disebabkan karena kedua fluida saling menyerap dan melepas kalor sehingga akan terjadi keseimbangan energi. Peningkatan kapasitas aliran perpindahan kalor yang terjadi di heat exchanger disebabkan karena adanya korelasi antara putaran main engine dengan pompa air laut dan air tawar. Semakin tinggi putaran main engine maka semakin besar temperatur yang terjadi sehingga laju aliran massa yang dihasilkan oleh pompa air laut dan air tawar semakin tinggi untuk memindahkan kalor yang terjadi pada kedua fluida tersebut.

22 DATA ANALISA Gambar 6. Performansi HE dengan parameter η th dan q berdasarkan variasi putaran main engine.

23 DATA ANALISA Pengamatan yang telah dilakukan dengan memvariasikan putaran main engine didapatkan nilai efektifitas yang semakin rendah dari putaran rendah menuju ke putaran tinggi. Sedangkan effisiensi thermal menunjukkan bahwa semakin tinggi putaran main engine maka semakin besar effisiensi thermal yang terjadi pada shell and tube HE. Peningkatan kapasitas aliran perpindahan kalor yang terjadi di heat exchanger disebabkan karena adanya korelasi antara putaran main engine dengan pompa air laut dan air tawar. Semakin tinggi putaran main engine maka semakin besar temperatur yang terjadi sehingga laju aliran massa yang dihasilkan oleh pompa air laut dan air tawar semakin tinggi untuk memindahkan kalor yang terjadi pada kedua fluida tersebut.

24 DATA ANALISA Gambar 5 Konsumsi Bahan Bakar Main Engine FB. Wisnu I Berdasarkan Spec Teknis

25 DATA ANALISA Konsumsi pemakaian bahan bakar berdasarkan spesifikasi teknis menunjukkan bahwa pada putaran terjadi pemakaian bahan bakar yang optimal. Data tersebut berdasarkan spec teknis pemakaian bahan bakar terhadap putaran main engine. Spesifikasi teknis main engine FB Wisnu I dapat diketahui konsumsi bahan bakar pada putaran maksimal (1600rpm) sebesar 44 l/hr. Sementara SFOC main engine FB Wisnu I tidak diperoleh referensi, sebagai pendekatan spesifikasi teknis produk yang sebanding digunakan untuk memproyeksikan konsisi SFOC main engine FB Wisnu I.

26 KESIMPULAN 1. Putaran rendah, kenaikan perpindahan kalor pada water jacket mencapai 114,21 % senilai 843,28 kj; putaran sedang, kenaikan perpindahan kalor pada water jacket mencapai 62,79 % senilai 1377,58 kj; dan putaran tinggi, kenaikan perpindahan kalor pada water jacket mencapai 25,61 % senilai 1912,16 kj. 2. Efektifitas (ε) yang terjadi di HE pada putaran rendah mencapai 52,38%; putaran sedang 35,49%; dan putaran tinggi 29,71%. 3. Efisiensi thermal (η th ) yang terjadi di HE optimal dicapai pada putaran rpm dengan perubahan yang cenderung konstan. 4. SFOC main engine FB Wisnu I berdasarkan spec teknis mencapai kondisi optimal pada putaran rpm sebesar 0,027 g/kw.

27 USULAN 1. Pengambilan operasi data HE sebaiknya dilakukan dalam 3 kondisi; ketika main engine dalam keadaan pemanasan, pelayaran, dan pemadaman. 2. Konsumsi bahan bakar perlu dilakukan pengambilan data secara faktual agar dapat mencapai hasil yang maksimal. 3. Pengoperasian FB Wisnu I sebaiknya dilakukan pada putaran maksimal (1200rpm) karena menghemat biaya konsumsi bahan bakar.

28 TERIMA KASIH