Oleh : M Indah. Zaini :

Transkripsi

1 Oleh : M. Indah Zaini :

2 ANALISA PERUBAHAN SISTEM PEMANAS BAHAN BAKAR KM. ANUGRAH MANDIRI DARI THERMAL OIL BOILER MENJADI ELECTRIC HEATER DAN DAMPAKNYA PADA SISTEM KELISTRIKAN Bidang Studi: Marine, Automation and System (MEAS)

3 Ikhtisar Tugas Akhir -. Dampak perubahan penggunaan dari HFO menjadi HSD pada biaya operasional kapal -. Dampak perubahan oil thermal system menjadi elektic heater dan akibatnya pada sistem kelistrikan. Latar belakang -. Bahan bakar merupakan komponen biaya operasional yang signifikan dalam biaya operasional kapal. -. Dampak perubahan penggunaan dari HFO menjadi HSD pada biaya operasional kapal -. Solusi alternatif untuk melakukan pengurangan biaya bahan bakar adalah penggunaan kembali HFO sebagai bahan bakar pada kapal -. Dampak perubahan oil thermal system menjadi elektic heater dan akibatnya pada sistem kelistrikan.

4 Perumusan Masalah: -. Analisa pergantian dan pemilihan dari perubahan oil thermal system menjadi electric heater. -. Perhitungan kebutuhan daya pemanas elektrik (electric heater) untuk kebutuhan operasional kapal. -. Analisa berdasarkan pertimbangan teknis dilapangan, akibat perubahan oil thermal system menjadi electric electric steam boiler pada sistem kelistrikan Batasan Masalah: Dalam Tugas Akhir ini objek yang dianalisa adalah KM. ANUGRAH MANDIRI Tidak menjelaskan tentang proses kerja detail dari komponen- komponen penunjang akibat perubahan oil thermal system menjadi electric heater. Perhitungan ditekankan pada aspek teknis akibat perubahan oil thermal system menjadi electric heater dan dampaknya pada sistem kelistrikan.

5 Tujuan Penulisan: Mengubah,dari penggunan oil thermal system menjadi pemanas elektrik (heater electric) Pemilihan heater electric akibat perubahan dari penggunan oil thermal system menjadi pemanas elektrik (heater electric). Mendapatkan analisa aspek teknis pada sistem kelistrikan k akibat dari perubahan oil thermal system menjadi electric heater. Manfaat Penulisan: -. Sebagai pertimbangan dan masukan kepada operator kapal agar kembali menggunakan HFO sebagai bahan bakar kapal. Dan berdampak langsung pada biaya operasional kapal.

6 Dasar Teori: Sistem Operasi Heavy Fuel Oil Perbedaan property dari MFO ada pada viskositas dan berat jenisnya yang lebih tinggi dibandingkan bahan bakar jenis lainya. Oleh karena itu diperlukan sistem rekondisi i bahan bakar sebelum bahan bakar masuk kemesin. maka viskositas dari bahan bakar perlu diturunkan. Sehingga untuk tujuan tersebut perlu ditambahkan suatu sistem pemanas. Storage tank Min 3 buah untuk menghindari percampuran saat bunkering Design mengacu pada naval architectural dan peraturan badan klasifikasi Temperature minimum pada storage tank adalah C bahan bakar 80 cst/50 C dan C untuk viskositas 80 cst/50 C. untuk itu minimum temperature pourpoint. Batasan viskositas pompa yang dianjurkan adalah 1000cSt. Dilengkapi dengan alat pemanas.

7 Settling tank Umumnya dipasang 2 tangki pengendap sesuai dengan konsumsi bahan bakar untuk 24 jam operasi untuk tiap tangkinya Day tank Tangki harian adalah tangki MFO yang telah dipurifikasi Design Volume tangki min 4 jam operasi

8 Power yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu Power yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu dapat dinyatakan dengan rumus dalam tangki: Panas yang diserap material: Dimana : Q : beban panas m : massa c : panas spesifik Δt : perbedaan temperature Panas yang dibutuhkan untuk mengganti losses Dimana: A : luas area permukaan Ql : haet loses pada temperatur akhir t : waktu (Caloritech,2002)

9 Kalor yang dibutuhkan dalam tangki m h c ph t hi m h c ph t ho m c c pc t ci m c c pc t ho Berdasarkan gambar diatas, maka dirumuskan : m h c ph t hi + m c c pc t ci = m h c ph t ho + m c c pc t co m h c ph (t hi - t ho )=m c c pc (t co - t ci ) t ho +m c c pc t co panas yang diberikan = panas yang diterima muatan keterangan : m h = laju aliran massa fluida pemanas c ph = panas spesifik fluida pemanas t hi = temperatur fluida pemanas pada sisi masuk t ho = temperatur fluida pemanas pada sisi keluar m c = laju aliran massa fluida yang dipanaskan c pc = panas spesifik fluida yang dipanaskan t ci = temperatur fluida yang dipanaskan t co = temperatur fluida yang dipanaskan pada kondisi akhir

10 Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam mendesain alat penukar panas antara lain: 1.Proses conditions (misalnya komposisi aliran fluida, kecepatan aliran, suhu dan tekanan) beberapa kondisi tersebut harus ditentukan terlebih dahulu. 2. Jangkauan batasan suhu dan tekanan fluida harus ditentukan. 3. Tipe penukar kalor yang digunakan 4. Estimasi awal ukuran (dimensi) penukar kalor menggunakan pendekatan koefisien perpindahan panas baik untuk fluida yang akan digunakan, perpindahan panasnya dan peralatan yang dgunakan. 5. Berdasarkan pada estimasi awal tersebut, maka dapat didapatkan pemilihan desain awal yang akan dl dilengkapi dengan detail perhitungan. 6. Desain awal ini dipilih, kemudian dievaluasi mengenai kemampuan kerja atau kinerja terutama dari segi pressure drop dan perpindahan panasnya. 7. Hasil evaluasi desain awal ini didapatkan konfigurasi baru apabila db dibutuhkan dan langkah 6 kembali dl dilakukan. k Apabila bl desain awal mencakupi untuk penukar kalor memenuhi batasan minimal untuk pressure drop panjan pembuluh(tube), diameter shell. Artinya pada desain ini biasanya membutuhkan konfigurasi multiple exchanger. 8. Desain akhir harus dapat memenuhi proses requirement(desain dengan nilai eror yang rasional) pada biaya terendah(terutama biaya operasional dan pemaliharaan).

11 SISTEM INSTALASI LISTRIK DI KAPAL PENGERTIAN GENERATOR Generator merupakan pembangkit listrikik yang utama di kapal. Di gunakan untuk mensuplai hampir seluruh peralatan listrik. Prinsip kerjanya mengubah energi kinetis menjadi energi listrik dengan memanfaatkan induksi elektro magnetik Paraller Generator Menghubungkan dua buah generator kemudian di operasikan secara bersama dengan tujuan mendapatkan arus listrik yang lebih besar Syarat-syarat paralel generator 1. Frekuensi tegangan pada masing-masing unit generator harus sama 2. Rangkaian masing-masing terhubung pada fase yang sama 3. Tegangan pada masing-masing fase harus sama 4. Jumlah fase sama Keuntungan paralel generator 1.Efesiensi 2. Memperbesar daya 3. Untuk memudahkan penentuan kapasitas generator 4. Menjamin kontinuitas i

12 Elementary one line diagram One line diagram yang akan diuraikan disini adalah one line diagram of electrical power system yaitu khusus untuk distribusi daya generator seperti : 1. Main swich board 2. Feder-feder d panel 3. Distributions panel box Pemilihan lh kabel Untuk tujuan keamanan, undang-undang dan peraturan IEE menetapkan bahwa semua kabel harus cukup besar bagi arus yang melaluinya. Pemilihan yang tepat untuk setiap instalasi bergantung pada aspek-aspek dasar dari : Persyaratan lingkungan dan karakteristik proteksi Kapasitas pengaliran arus Penurunan tegangan Bila arus mengalir melalui sebuah penghantar tersebut menghasilkan kalor, maka pertambahan kalor sebanding dengan tahanan kabel yang pada gilirannya bergantung pada luas penampang kabel tersebut.

13 METODOLOGI Start Studi Literatur Pengumpulan data dan Referensi Perhit electric steam bil boiler Pemilihan Electric steam boiler Analisa Teknis

14 Perhitungan Kebutuhan Daya listrik Analisa kebutuhan daya listrik untuk operasional kapal Analisa Tk Teknis YES Sesuai NO dengan Klasifikasi Kesimpulan dan Saran End

15 HASIL DAN PEMBAHASAN DATA AAKAPAL Name of Ship : KM.ANUGRAH MANDIRI Purphose of ship : Container Ship Principal dimension : LOA : Meter Lpp : Meter Breadth : Meter Depth : 5.80 Meter Draft : 4.50 Meter Complement : 15 Person Container : 368 TEU Main Engine : Merk : YANMAR 6EY26 Service : 12 knot Cont Rating :1920 Kw

16 Generator : Merk : Henan Diesel ENG 4 unit Cont Rating : 250 Kw Output Voltage : 400 v Frekuensi : 50 Hz Dalam analisa ini dilakukan perhitungan untuk menunjang perubahan sistem sste pemanas as bahan a bakar a yaitu: 1. Perhitungan pemanasan pada tangki storage -.beban operasi (Q operasi) -.loses pada tangki storage (Q loses) -.safety factor (Q safety) -.total panas (Q total) 2. Perhitungan pemanasan pada tangki settling -.beban operasi (Q operasi) -.loses pada tangki settling (Q loses) -.safety ft factor (Q safety) ft) -.total panas (Q total)

17 3.Perhitungan pemanasan pada preheater separator -.beban operasi (Q operasi) -.beban untuk memanasi pipa (Q pipa) -.safety factor (Q safety) -.total panas (Q total) 4.Perhitungan pemanasan asa pada tangki daily -.loses pada tangki daily(q loses) -.safety factor (Q safety) -.total panas (Q total) 5.Perhitungan pemanasan pada final preheater -.beban operasi (Qoperasi) -.beban untuk memanasi pipa (Q pipa) -.loses pada pipa dari tangki daily ke engine (Q loses) -.safety ft factor (Q safety) ft) -. total panas (Q total)

18 Sehingga untuk desain pemanas KM. Anugrah Mandiri perhitungan dilakukan berdasarkan kepastian equipment yang telah terpasang dikapal. Daya mesin induk : 1920 kw Berat jenis MFO : 0,99 ton/m 3 Berat jenis HSD : 0,84 ton/m 3 Konduktivitas plat : 54 w/m c : Btu/ft²h F Panas spesifik plat : 0,465 kj/kg c : 0,111Btu/lb F Berat jenis plat : 7833 kg/m 3 Panas spesifik MFO : 0,41 Btu/16 F Jenis isolasi : Tebal isolasi : Konduktivias isolasi : Ambient temperature : 32 c

19 1. Beban Pemanasan Pada tangki Storage Volume tangki storage : 246 m 3 -. Panjang : 8800 mm = 8.8 m -. Lebar : 7400 mm = 7.4 m -. Tinggi i : 3800 mm = 3.8 m -. Tebal plat : 8 mm = 0,008 m -. Temperature awal: 32 o C = 89.6 o F -. Temperature akhir: 40 o C = 104 o F A. Beban operasi Berat HFO yang digunakan untuk perhitungan adalah berat HFO yang akan dipindahkan dari storage tang ke settling tank sebesar =35 m³ Berat MFO = volume (m 3 ) x berat jenis(ton/m 3 ) Berat MFO = 34,65on = lb Q = m x C x Δt Dimana : Q: beban pemanasan (Btu) m: berat (lb) C : panas spesifik (Btu/lb o F) Δt : penambahan temperature ( o F) Q operasi = ,2 Btu = 119,9 kwh

20 Waktu yang direncanakan untuk mencapai suhu yang diinginkan direncanakan 4 jam. Maka beban pemanasan tiap jamnya : Q operasi = 29,97 kw B. Losses pada tangki storage Q = α A Δt Dimana : Q : heat losses (Btu/h) A : luas plat (ft 2 ) A : (2 x p x l) + (2 x p x t) + (2 x l x t) A = m 2 = ft 2 Dimana : Δt : perbedaaan temperatur dalam tangki dan ambient( F) α: heat transfer rate (Btu/ft 2 h F) Expossed tank, 50 F, uninsulated =1.4 14Btu/ft 2 h F Q loss: Btu/h =16.1 kw

21 c. Safety factor diambil nilai 20% Q safety = 20% x (Q operasi + Q loss ) = 9,21 kw Total panas yang dibutuhkan untuk tangki storage : Q st = Q operasi + Q 1oses + Q safety = 55,3 kw Total panas yang dibutuhkan untuk 2 tangki storage adalah: Qstorage = 110,6 kw Pada kapal KM. ANUGERAH MANDIRI terdiri dari: 2 tangki storage= 246 m³ =110,6 kw 1tangki settling = 32 m³ = 67,02 kw 2 tangki day( service) = 26 m³ = 26,41 kw Total beban pemanasan pada tangki-tangki bahan bakar KM. ANUGERAH MANDIRI sebesar = 204,03 kw

22 2.Beban pemanasan preheater separator Kapasitas :2m 3 /h Diameter dalam pipa : 25 mm = 0,025 m Diameter luar pipa : 33,7 mm = 0,0337 m Tebal pipa : 3,25 mm = 0,0032 m Berat jenis pipa : 2,46 kg/m (nom.32 DIN 2440) Konduktivitas pipa : 36 W/m C = 249,6 Btu/ft 2 h F Panas spesifik pipa : 0,486 kj/kg C = 0,116 Btu/lb F Temperature awal : 80 C = 176 F Temperature akhir :98 C = 208,4 F A. Beban operasi Berat MFO = volume (m 3 ) x berat jenis(ton/m 3 ) Berat MFO = 1.98 ton = 3960 lb/h Q = m x C x Δt Dimana : Q : beban pemanasan (Btu) m : berat (lb) C : panas spesifik (Btu/lb o F) Δt : penambahan temperature ( o F) Q operasi = Btu = kwh

23 B. Beban untuk memanasi pipa Q = m x C x Δt Dimana : Q : beban pemanasan (kwh) m: laju berat (kg/h) C : panas spesifik (kj/kg C) Δt : penambahan temperature ( C) Q pipa = kw/m Panjang pipa : 22 m = 0.38 kw Q pipa C. Loses pada pipa 1. Heat losses pipa dari settling tank ke separator Dimana : α : αc + αr αr :415(V 4,15 0,8 /De 0.2 ) αc : 1,051 x a x e (0,005 x tcw)

24 α : transfer coeffeicient between external survace of pipe and ambient area of pipe work (W/m 2 h) A: external area of pipe work Q: heat losses (W) ΔTm: different temperature fluid and ambient temperature ( C) αc : convection αc : radiation V : wind velocity = 4 m/s De : external diameter (m) Tcw : tube external wall temperature a : rough surface = 4.6 αr : 4,15 (V 0,8 /De 0.2 ) : W/m 2o C αc : 1,051 x a x e (0,005 x tcw) : W/m 2o C α : αc +αr : W/m 2 o C

25 A : External area of pipework = x OD : m 2 = x x (98-32) = W = kw Panjang pipa dari setting tank ke separator = 11 m Q lpsettling : x 11 Q lpsettling : kw 2. Heat losses pipa dari separator ke service tank Dimana : α : αc + αr αr : 415(V 4, ,8 /De ) αc : 1,051 x a x e (0,005 x tcw) α : transfer coeffeicient between external survace of pipe and ambient area of pipe ppework (W/m 2 h) A: external area of pipe work Q: heat losses (W) ΔTm: different temperature fluid and ambient temperature ( C) αc : convection αc : radiation

26 V : wind velocity = 4 m/s De : external diameter (m) Tcw : tube external wall temperature a : rough surface = 4.6 αr : 4,15 (V 0,8 /De 0.2 ) : W/m 2o C αc : 1,051 x a x e (0,005 x tcw) : W/m 2o C α : αc + αr : W/m 2 o C A : External area of pipework = x OD : m 2 = x x (98-32) = W = kw Panjang pipa dari setting tank ke separator = 11 m Q lpseparator : x 11 Q lpseparator : kw

27 C. Safety factor diambil nilai 10% Q safety = 10% x (Q operasi + Q pipa + Q lpsettling + Q lpseparator ) = 1,621 kw Total panas yang dibutuhkan : Q ps = Q operasi + Q pipa + Q lpsettling + Q lpseparator + Q safety = 17,83 kw beban pemanasan untuk 2 preheater separator = 35,66 kw Pada KM. ANUGERAH MANDIRI terdiri dari : 2 preheater separator = 35,66 kw 2 final preheater = 53, 8 kw Jadi Beban pemanas total: Qtot t = Q storage + Q settling +Q service + Q ps + Qfp = 110,6 + 67, ,41 +35, ,8 = 293,49 kw

28 . Maka didapat kan lah spesifikasi dari merk SSangma Industri Electric Steam Boiler seperti berikut ini: Product name : SSangma Industri Electric Steam Boiler Type : SM-0300 Steam capacity : 420 kg/h Working Pressure: 5-7( ) 5 07)kg/cm (MPa) Input power : 300 Kw Voltage : 400 Volt

29

30 Kondisi berlayar Dengan 2 buah generator yang bekerja, factor beban generator berdasarkan perhitungan adalah 44,04%. Kondisi Bongkar Muat Dengan 3 buah generator yang bekerja, factor beban generator berdasarkan perhitungan adalah 63,21%. Kondisi Arrived dan Departure Kondisi Arrived dan Departure Dengan 4 buah generator yang bekerja, factor beban generator berdasarkan perhitungan adalah 42,04%.

31 Perhitungan Generator Setelah Perubahan Sistem Pemanas Bahan Bakar HFO Peralatan yang ditambahkan setelah penggunaan pemanas electric (electric heater) adalah : 1 Vertical Electric Steam Boiler 2 Circulating pump 2 Supply pump 2 Heat exchanger preheater separator 2 heat exchanger final preheater

32

33 Designation Arrival Normal at Cargo and sea Handling Departure Intermitten load Faktor Diversitas Continious load Jumlah beban Genset yang di perlukan (2 x 420) (2 x 420) (2 x 420) Kapasitas Faktor Beban 57% 81% 56.5% Dari factor beban generator setelah menggunakkan electric heater (electric steam boiler) maka harus dilakukan pergantian generator dengan daya yang lebih besar serta adanya space yang terbatas pada kamar mesin dan agar mendapatkan efektifitas kerja. Sehingga dipilih alternatif dengan pengurangan jumlah generator dari, sekarang terpasang 4 buah generator dengan daya 249 kw dan akan dikurangi menjadi 3 buah generator dengan daya 420 kw. Maka didapatkan factor beban generator terbesar pada kondisi Arrival & departure masih 81%.

34 Analisa Perubahan Perubahan MSB untuk mengetahui berapa besar pengaman dan penampang kabel yang digunakan dapat dilakukan perhitungan dibawah ini : Pengaman Electric heater : Untuk menghitung pangaman Electric heater menggunakan daya generator yang dipakai pada saat operasi. Daya Electric heater: 420 kw Arus nominal = = = A Dari table Ukuran penampang kabel dan pengaman didapat nilai sebagai berikut : Arus pengaman : 700Ampere Penampang Kabel : 625 mm

35 MAIN ELECTRICAL SWICTHBOARD

36 Kesimpulan Dan Saran Dari pengkajian yang telah dilakukan berdasarkan pembahasan dan analisa data, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Berdasarkan perhitungan kapasitas pemanasan pada heater sistem bahan bakar yang meliputi: beban pemanas 2 tangki storage = kw, beban pemanas 1 tangki settling = kw, beban pemanas 2 tangki service = kw, beban pemanas 2 preheater separator kw, Beban pemanas 2fi final Jadi dibeban total t untuk sistem pemanas bahan bakar sebesar 293,49 kw 2. Berdasarkan hasil perhitungan untuk memenuhi kebutuhan pemanasan bahan bakar sebesar 293,49 kw. Dan didapatkan spesifikasi electric steam boiler dipasaran dengan daya sebesar 300 kw. 3. Berdasarkan penentuan load factor generator maka didapatkan beberapa nilai load factor dari generator seperti terlihat dibawah ini: Kondisi KM. ANUGERAH MANDIRI menggunakkan thermal oil boiler : Normal at sea : 44% Arrival & departure : 42% Cargo handling : 63%

37 Kondisi KM. ANUGERAH MANDIRI menggunakkan electric heater (electric steam boiler) : Normal at sea : 57% Arrival & departure : 81% Cargo handling : 56.5% Dari factor beban b generator setelah menggunakkan electric heater (electric steam boiler) maka harus dilakukan pergantian generator dengan daya yang lebih besar serta adanya space yang terbatas pada kamar mesin dan agar mendapatkan efektifitas kerja. Sehingga dipilih alternatif dengan pengurangan jumlah generator dari, sekarang terpasang 4 buah generator dengan daya 249 kw dan akan dikurangi menjadi 3 buah generator dengan daya 420 kw. Maka didapatkan factor beban generator terbesar pada kondisi Arrival & departure masih 81%. Saran Perlunya perhitungan kembali pada komponen-komponen pendukung sistem pemanas bahan bakar seperti dearator, exspansion tank, circulating pump, dan ecomizer. Akibat perubahan sistem pemanas bahan bakar.

38 DAFTAR PUSTAKA 1. Biro Klasifikasi i Indonesia ; [2004]; Rules For The Clasification and Construction of seagoing Steel ships ; Volume III; BKI Jakarta. 2. Biro Klasifikasi Indonesia ; [2004]; Rules For Electrical Instalation ; Volume IV; BKI Jakarta. 3. Firmansyah, Y A, 2008, Studi Teknis Pemakaian Thermal Oil Sebagai Pemanas Sistem Bahan Bakar MFO Pada KM. Dorolonda, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. 4. Harrington, Roy ; [1977]; Marine Engineering ; SNAME ; New York. 5. Novarianto, S, 2010, Analisa Karakteristik KebutuhanDaya Listrik Pada Kapal Cargo Dalam Rangka Efesiensi i Energi, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. 6. Prasetyo, Edy hidayat ; [2002]; Diktat Kuliah distribusi daya listrik ; Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya; Surabaya. 7. Sarwito, S. 1999, Diktat Perancangan Instalasi Listrik, JTSP FTK ITS.

39