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

ANALISA PERFORMANSI HEAT EXCHANGER PADA SISTEM PENDINGIN MAIN ENGINE FIREBOAT WISNU I

(Studi Kasus untuk Putaran Main Engine 600-1200 rpm)

Oleh:

NURHADI GINANJAR KUSUMA

NRP. 6308030042

PROGRAM STUDI TEKNIK PERMESINAN KAPAL JURUSAN TEKNIK PERMESINAN KAPAL

POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2011

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.

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.

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.

METODOLOGI

1. Pemilihan obyek, topik, dan fokus FP 2. Observasi dan studi literatur

3. Perumusan masalah 4. Pendataan

5. Analisa

6. Pelaporan

7. Sidang

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.

SISTEM PENDINGIN MAIN ENGINE

FIREBOAT WISNU I

MAIN ENGINE

Sumber : Manual book Mitshubishi Diesel Engine S6N

Keterangan: *)Port: sisi sebelah kiri; **)Starboard: sisi sebelah kanan

Spesifikasi Main Engine

*)

Port

^**)

Starboard

Merk Mitshubishi

Type 6 SN

Daya 480 HP

Putaran 1600

Konsumsi

bahan bakar 44 l/hr

Gambar 1 main engine FB Wisnu I

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.

HEAT EXCHANGER

HEAT EXCHANGER

Gambar 2 Heat Exchanger

Heat Exchanger

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

POMPA AIR TAWAR

POMPA AIR TAWAR

Pompa Air Tawar

Gambar 3 Pompa Air Tawar

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.

POMPA AIR LAUT

POMPA AIR LAUT

Gambar 4 Pompa Air Laut

Pompa Air Laut

DATA OPERASIONAL

Sumber : Pengamatan dan Pengukuran pada tanggal 10 Maret 2011

No n T

͚

^Ts _T^{Air Laut Air Tawar}

in T_out T_in

(rpm) (°C) (°C) (°C) (°C) (°C)

1. 600 34 35 26 32 40

2. 700 34 40 26 37 47

3. 800 34 46 26 43 53

4. 900 34 52 26 48 60

5. 1000 34 58 26 53 67

6. 1100 34 63 26 59 73

7. 1200 34 69 26 64 80

∞

Keterangan:

n : Putaran main engine T͚ : Temperatur ruangan Ts : Temperatur surface

Tin : Temperatur fluida masuk HE Tout : Temperatur fluida keluar HE Tabel 1. Data Operasional Heat Exchanger

DATA ANALISA

No. n (rpm)

Air Tawar

Tin Tout V ṁ Q

(°C) (°C) (l/det) (kg/det) (Kj)

1 600 40 34,28 30,85 30,85 739,38

2 700 47 36,51 36,00 36,00 1583,82

3 800 53 36,78 41,15 41,15 2796,63

4 900 60 39,01 46,29 46,29 4071,12

5 1000 67 41,24 51,43 51,43 5551,07

6 1100 73 41,52 56,58 56,58 7462,97

7 1200 80 43,75 61,72 61,72 9374,50

Tabel 2. Kalor yang Dilepas Air Tawar

Rumus yang relevan:

V = πr².n ṁ = V.ρ q = ṁ.Cp.∆T

No. n (rpm)

Air Laut Performansi

Tⁱⁿ T^out V ṁ q ∆T^LMTD ε η^th

(°C) (°C) (l/det) (kg/det) (kJ) (°C) (%) (%) 1 600 26 32 30,85 31,62 739,91 7,25 42,86 18,29 2 700 26 37 36,00 36,90 1583,19 9,37 52,38 38,27 3 800 26 43 41,15 42,18 2796,28 9,13 62,96 44,07 4 900 26 48 46,29 47,45 4071,06 12,62 64,71 47,53 5 1000 26 53 51,43 52,72 5551,44 14,39 65,85 49,49 6 1100 26 59 56,58 57,99 7463,60 14,70 70,21 49,22 7 1200 26 64 61,72 63,26 9375,77 17,40 70,37 50,34

DATA ANALISA

Tabel 2. Kalor yang Diserap Air Laut

Rumus yang relevan:

V = πr².n ṁ = V.ρ

q = ṁ.Cp.∆T ²¹

2 1 LMTD

ΔT InΔT

ΔT ΔT =ΔT −

maks aktual

q

= q ε

) T (T ) T

(T

) T

η (T

s out airlaut in

airlaut

out airtawar in

airtawar th

∞

−

−

−

−

− +

−

= −

Tabel 2. Kalor yang Dilepas ke Lingkungan

DATA ANALISA

No. n (rpm)

Ts (°C)

Udara Ruangan

T Tf v k

pr β

Gr h qkonveksi

(°C) (°C) (m²/det) (kJ/m °C) (K-1) (kJ/m °C) (Kj)

1 600 35 34 34,5 1,65.10^-5 2,65.10^-5 0,725 3,25.10^-3 3,69.10⁷ 1,65.10^-3 6,60.10^-4 2 700 40 34 37,0 1,67.10^-5 2,63.10^-5 0,726 3,23.10^-3 2,20.10⁸ 2,56.10^-3 6,14.10^-3 3 800 46 34 40,0 1,70.10^-5 2,66.10^-5 0,722 3,19.10^-3 4,36.10⁸ 3,07.10^-3 1,47.10^-2 4 900 52 34 43,0 1,73.10^-5 2,68.10^-5 0,724 3,16.10^-3 6,47.10⁸ 3,42.10^-3 2,46.10^-2 5 1000 58 34 46,0 1,75.10^-5 2,70.10^-5 0,723 3,13.10^-3 8,55.10⁸ 3,69.10^-3 3,54.10^-2 6 1100 63 34 48,5 1,78.10^-5 2,72.10^-5 0,723 3,11.10^-3 1,02.10⁹ 3,89.10^-3 4,50.10^-2 7 1200 69 34 51,5 1,81.10^-5 2,74.10^-5 0,727 3,08.10^-3 1,23.10⁹ 4,11.10^-3 5,73.10^-2

Rumus yang relevan:

T A h

q = . . ∆

DATA ANALISA

Tabel 2. Konsumsi Bahan Bakar Main Engine FB Wisnu I Berdasar Spec Teknis

No n P^out-e Pemakaian Bahan Bakar

P^{out -spe}c (kW)

P^out-m SFOC Energi Input

(kW-t)

η

(rpm) (kW) (g/kW) (%)

1 600 112,61 87,90 0,0278 130,99 86

2 700 131,38 102,55 0,0276 152,06 86

3 800 150,14 117,20 0,0275 172,92 87

4 900 168,91 131,85 0,0274 193,55 87

5 1000 187,68 146,50 0,0272 213,97 88

6 1100 206,45 161,15 0,0271 234,18 88

7 1200 225,22 175,80 0,0270 254,16 89

8 1300 243,98 190,45 0,0270 275,34 89

9 1400 262,75 205,10 0,0270 296,52 89

10 1500 281,52 219,75 0,0272 320,96 88

11 1600 300,29 234,40 0,0275 345,83 87

e.50 .D.S.n.Z.p 4

P_out−m = π

spec -

Ρout

SFOC= m η ⁼ _Energi^Pout−spec_input Rumus yang relevan:

DATA ANALISA

Gambar 5. Perpindahan Kalor Maksimum Yang Terjadi Di Heat Exchanger

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.

DATA ANALISA

DATA ANALISA

Gambar 6. Performansi HE dengan parameter η

_th

dan q berdasarkan

variasi putaran main engine.

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.

DATA ANALISA

DATA ANALISA

Gambar 5 Konsumsi Bahan Bakar Main Engine FB. Wisnu I

Berdasarkan Spec Teknis

Konsumsi pemakaian bahan bakar berdasarkan spesifikasi teknis menunjukkan bahwa pada putaran 1200-1400 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.

DATA ANALISA

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 900-1600rpm dengan perubahan yang cenderung konstan.

4. SFOC main engine FB Wisnu I berdasarkan spec teknis mencapai

kondisi optimal pada putaran 1200-1400rpm sebesar 0,027 g/kW.

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.

TERIMA KASIH