Analisa Perubahan Sistem Pemanas Bahan Bakar KM. Anugrah Mandiri
Dari Thermal Oil Boiler Menjadi Electric Heater Dan Dampaknya Pada
Sistem Kelistrikan
Oleh: M. Indah ZainiDosen Pembimbing:1. Ir. Sardono Sarwito. MSc 2. Semin Sanuri,ST, MT, Ph. D
Karena kerusakan system pemanas bahan bakar, operator kapal menggunakan HSD sebagai bahan bakar agar kapal dapat beroperasi. Pergantian system pemanas bahan bakar dari thermal oil boiler menjadi electric steam boiler adalah solusi yang diusulkan untuk penggunaan kembali HFO sebagai bahan bakar pada kapal. Karena pemilihan bahan bakar yang tepat akan membawa dampak yang sangat besar pada biaya operasional kapal. Dari hasil perhitungan diketahui bahwa daya electric steam boiler sebagai pemanas bahan bakar yang dibutuhkan kapal adalah sebesar 293,49 kW dan didapatkan spesifikasi electric steam boiler dipasaran didapat daya sebesar 300 kW. Spesifikasi hasil perhitungan dan spesifikasi thermal oil yang dulu terpasang pada kapal tidak jauh berbeda. Untuk memenuhi load factor sesuai dengan persyaratan klasifikasi dalam penentuan generator. 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 80% . Sehingga generator dapat digunakan mensuplai daya pada KM. ANUGERAH MANDIRI.
Kata kunci: Effisiensi generator, electric steam boiler, factor beban Latar Belakang Masalah
. Oil thermal system memiliki peran yang penting juga dalam operasional mesin penggerak utama. Bahan bakar yang dipindahkan oleh pompa pada umumnya adalah bahan bakar yang memiliki viskositas yang tinggi.viskositas ini mempengaruhi kekentalan bahan bakar. Sehingga jika nilai viskositas tidak diturunkan maka bahan bakar akan mengental dan sulit untuk dipompa dan sulit untuk masuk menuju nozzle bahan bakar mesin penggerak utama. Untuk menurunkan kekentalan ini maka bahan bakar harus dipanaskan terlebih dahulu. Proses pemanasan bahan bakar tersebut tidak boleh menggunakan api, karena bahan bakar akan dengan mudah terbakar. Proses pemanasan bahan bakar tersebut menggunakkan aliran uap panas yang dialirkan melalui pipa-pipa yang dipasang dalam tangki bahan bakar atau pada jalur aliran bahan bakar menuju mesin penggerak utama. Uap panas yang dialirkan tersebut diperoleh dari ketel uap(boiler)
Kapal dry cargo KM. ANUGRAH MANDIRI dilengkapi dengan sistem pemanas untuk memanaskan HFO bunker, HFO setling, HFO daily tank dan lain sebagainya. Yang mana pada kapal KM. ANUGRAH MANDIRI sistem pemanasannya telah didesain menggunakan oil thermal system. Karena faktor usia dari oil thermal system mengalami kerusakan, maka sistem pemanasan tersebut tidak lagi digunakan sebagai peralatan pendukung dari penggerak utama (main engine). Untuk dapat beroperasi tentu selaku operator kapal melakukan perubahan penggunaan bahan bakar, yang semula menggunakan HFO diubah
menggunakan HSD. Perubahan penggunaan bahan bakar tentu berdampak pada penambahan jumlah nominal biaya operasional kapal, khususnya pada bahan bakar.
Gambar 1. Biaya operasional Kapal
Oleh karena itu, salah satu solusi yang diusulkan untuk melakukan pengurangan biaya bahan bakar adalah dengan penggunaan kembali MFO sebagai bahan bakar pada kapal. Analisa dimulai dengan pergantian sistem pemanas dari penggunan oil thermal system menjadi pemanas elektrik (heater electric). Data teknis diperlukan untuk menghitung jumlah kebutuhan daya pemanas elektrik (heater electric) untuk kebutuhan operasional kapal, kemudian dilakukan pemilihan pemanas elektrik (heater electric). Setelah melakukan pemilihan pemanas elektrik (heater electric) maka dilakukan analisa berdasarkan pertimbangan teknis dilapangan akibat perubahan oil thermal system menjadi electric heater dan dampaknya pada sistem kelistrikan.
Perumusan Masalah
Jenis bahan bakar dari main engine KM. Anugrah Mandiri direncanakan diganti dari yang sebelumnya memakai HSD ke bahan bakar MFO. Perbedaan paling mendasar dari kedua sistem bahan bakar ini adalah pada sistem suplai bahan bakarnya. Sistem suplai bahan bakar MFO memiliki tingkat treatment yang lebih tinggi dari pada sistem bahan bakar lain. Kendala dari proses treatment MFO adalah pada nilai viskositas MFO yang tinggi. Oleh karena itu nilai viskositas dari bahan bakar MFO harus diturunkan sampai pada nilai yang dikehendaki pada peralatan treatment.
Untuk menurunkan viskositas dari bahan bakar maka suatu sistem pemanas bahan bakar perlu ditambahkan pada sistem bahan bakar MFO. Salah satu salah satu sistem pemanas yang dikenal adalah oil thermal system. Sistem oil thermal menggunakkan minyak khusus sebagai pembawa panas. Dimana minyak khusus tersebut memiliki thermal properties yang dirancang memiliki heat transfer yang tinggi.
Karena faktor usia dari steam boiler mengalami kerusakan, maka sistem pemanasan tersebut tidak lagi digunakan sebagai peralatan pendukung dari penggerak utama (main engine). Untuk dapat beroperasi tentu selaku operator kapal melakukan perubahan penggunaan bahan bakar, yang semula menggunakan HFO diubah menggunakan HSD. Perubahan penggunaan bahan bakar tentu berdampak pada penambahan jumlah nominal biaya operasional kapal, khususnya pada bahan bakar.
Untuk mendukung rencana perubahan bahan bakar ke MFO penulis mencoba melakukan studi teknis mengenai pemanas bahan bakar MFO khususnya menggunakan electrical heater dan pertimbangan teknis dilapangan akibat perubahan steam boiler menjadi electric heater dan dampaknya pada sistem kelistrikan.
Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penyelesaian tugas akhir ini adalah:
1. Mengubah penggunan oil thermal system menjadi pemanas elektrik (heater electric) 2. Pemilihan heater electric akibat perubahan
dari penggunan oil thermal system menjadi pemanas elektrik (heater electric). 3. Mendapatkan analisa aspek teknis pada
sistem kelistrikan akibat dari perubahan oil thermal system menjadi electric heater.
Manfaat Penulisan
Manfaat yang dapat diperoleh dari penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
Memberikan pertimbangan dan masukan kepada operator kapal agar kembali menggunakan HFO sebagai bahan bakar kapal. Dan berdampak langsung pada biaya operasional kapal.
Sistem Operasi Heavy Fuel Oil
Perbedaan property dari residual oil ada pada viskositas dan berat jenisnya yang lebih tinggi dibandingkan bahan bakar jenis lainya. Tingginya nilai berat jenis dari MFO ini disebabkan karena kenaikan senyawa kimia pada sulfur, vanadium, sodium, dan senyawa lainya. Kontaminasi yang ada memberikan pengaruh pada operasi mesin yang menggunakan MFO. Oleh karena itu diperlukan sistem rekondisi bahan bakar sebelum bahan bakar masuk kemesin.
Untuk mendukung proses treatment dan handling bahan bakar maka viskositas dari bahan bakar perlu diturunkan. Sehingga untuk tujuan tersebut perlu ditambahkan suatu sistem pemanas.
Pemanasan pada sistem bahan bakar yang dianjurkan oleh pabrikan,dijabarkan sebagai berikut:
Storage tank
Minimal disediakan tiga buah untuk menghindari pencampuran pada bunkering. Didesain pada lambung ganda atau block tank berdasarkan peraturan naval architectural atau menurut persyaratan dari badan klasifikasi. Temperature minimum pada storage tank adalah 40-45°C bahan bakar ≥ 80 cSt/50 °C dan 10-39°C untuk viskositas ≤ 80 cSt/50 °C. untuk itu minimum temperature pourpoint. Batasan viskositas pompa yang dianjurkan adalah 1000cSt.
Pada umumnya HFO storage tank harus dilengkapi dengan alat pemanas dimana dapat dipertahankan isi pada temperature yang memungkinkan bahan bakar untuk dipompa.
Settling tank
Tangki pengendapan disediakan untuk memenuhi dua fungsi pada treatment plant, disatu sisi digunakan pada tahap persiapan untuk purifikasi bahan bakar dimana kandungan bahan bakar dipersiapkan untuk separasi sepanjang periode pengendapan, dan pada sisi yang lain digunakan sebagai buffer tank (tangki penyangga) untuk countinous separation. Umumnya dua tangki pengendapan dipasang dengan kapasitas konsumsi
bahan bakar motor induk dalam 24 jam pada tiap tankinya.
Pemanasan tangki pengendapan hanya dihitung berdasarkan hat loses yang terjadi. Pemanasan yang tepat dari MFO dari temperatur storage tank ke temperatur settling tank dilakukan diexternal heater. Oleh karena itu, heating surface yang dipasang pada settling tank dapat dijaga relatif kecil. Karena temperatur MFO yang memasuki settling tank telah berada pada temperatur settling/ pengendapan.
Kualitas
Bahan Bakar settling Tank Temperatur [C] Faktor
30-80 60 0,09
80-180 70 0,14
>180-380 80 0,19 >180-700 90 24
MFO day tank
Tangki harian MFO adalah tangki pengepul untuk MFO yang telah difurifikasi. Separator mengalirkan bahan bakar ke tangki harian secara konstan menjaga tangki tetap penuh. Sisa bahan bakar secara otomatis kembali melewati pipa overflow ketangki pengendapan, dimana isinya akan kembali diseparasi melalui separator. Volume tangki harian didesain paling sedikit untuk 4 jam operasi penuh pada mesin
Day tank Temperature
Kualitas Bahan Bakar Temperatur Tangki
cSt/50 C [C]
30-80 70-80 80-180 80-90 >180-700 98
Kebutuhan pemanasan tangki didesain hanya untuk mempertahankan temperature yang berkurang karena loses. Isolasi mungkin ditiadakan ketika tangki harian diletakan disettling tank.
Selain hal di atas beberapa persyaratan yang harus dipenuhi oleh suatu sistem bahan bakar dengan menggunakan jenis bahan bakar HFO menurut rules klasifikasi adalah sebagai berikut:
1. Bunker dari sistem bahan bakar berada pada deck yang terbawah dan harus diisolasi dari ruangan yang lain (section 11.G.1.1)
2. Tangki bahan bakar harus dipisahkan dengan cofferdam terhadap tangki- tangki yang lain (Section 10.B.2.1.3)
3. Pipa bahan bakar tidak boleh melawati tangki yang berisi feed water, air minum, pelumas dan oil thermal (section 11.G.4.1) 4. Plastik dan gelas tidak boleh digunakan
untuk system bahan bakar (section 11.G.4.6)
5. Untuk pengoperasian dengan heavy fuel oil (HFO) harus dipasang system pemanas (section 11. G.9.1)
6. Settling tank dan daily tank harus dilengkapi dengan system drain (section 11.G.9.2)
7. Settling tank yang disediakan berjumlah 2 dan kapasitas minimal dapat menyediakan bahan bakar selama 1 hari atau 24 jam (secion 11.G.9.3.1)
8. Daily tank harus dapat menyediakan bahan bakar selama minimal 8 jam (section 11.G.9.4.3)
9. Harus tersedia 2 mutually independent pre-heater (section 11.G.9.7)
Power yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu Power yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu dapat dinyatakan dengan rumus dalam tangki: .a. Panas yang diserap material
∆ 3412 Dimana : Q : beban panas m : massa c : panas spesifik ∆ : perbedaan temperature
b Panas yang dibutuhkan untuk mengganti losses
1000 / Dimana:
A : luas area permukaan
Ql : haet loses pada temperatur akhir
t : waktu
(Caloritech,2002)
Beberapa asumsi yang dilakukan pada saat mendesain sistem pemanas dikapal, utamanya desain pemanas pada tangki bahan bakar dan ruang muat. Antara lain:
1. U (koefisien perpindahan panas) dibuat konstan untuk proses pemanasan berlangsung disepanjang dipermukaan. 2. Aliran fluida atau kalor konstan.
3. Kalor spesifik bernilai konstan selama proses pemanasan berlangsung.
4. Media pemanasan memiliki inlet(masukan) suhu yang konstan.
5. Hasil pemanasan adalah suhu fluda yang seragam.
6. Tidak terjadi perubahan fase secara parsial(sebagian)
7. Kehilangan panas(heat losses) diabaikan. Heat transfer equipment
Menentukan desain heat transfer (alat penukar panas). 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 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 dibutuhkan dan langkah 6 kembali dilakukan. Apabila 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). Kalor yang dibutuhkan dalam tangki
Usaha pengkondisian muatan agar dapat dipompa maka viskositasnya harus diturunkan dengan cara menaikkan temperatur muatan. Kalor yang dibutuhkan untuk menaikan temperatur dipengaruhi oleh kapasitas muatan, serta kehilangan panas kelingkungan melalui pelat lambung kapal. Panas yang hilang kelingkungan tergantung dari konstruksi kapal, jenis muatan, kecepatan kapal, dan media yang dilaluinya.
Pada saat pengisian muatan, crude oil memiliki suhu antara 60°C sampai 66°C, sehingga panas yang diberikan oleh koil pemanas dipertahankan pada temperatur tertentu. Perpindahan kalor yang terjadi pada tangki ruang muat digambarkan sebagai heat balance dalam tangki
Berdasarkan gambar diatas, maka dirumuskan : mh cph thi + mc cpc tci = mhcph tho+ mc cpc tco mh cph (thi- tho) = mc cpc (tco- tci) tho + mc cpc tco panas yang diberikan = panas yang diterima muatan
keterangan :
- mh = laju aliran massa fluida pemanas - cph = panas spesifik fluida pemanas - thi = temperatur fluida pemanas pada
sisi masuk
mh cph thi mh cph tho
mc cpc tci m
- tho = temperatur fluida pemanas pada sisi keluar
- mc = laju aliran massa fluida yang dipanaskan
- cpc = panas spesifik fluida yang dipanaskan
- tci = temperatur fluida yang dipanaskan
- tco= temperatur fluida yang dipanaskan pada kondisi akhir
Sistem pemanas thermal oil
Sistem ini menggunakan hot oil sebagai pemanas yang disirkulasikan pada tangki bahan bakar dan tangki ruang muat. Hot oil yang bersikulasi melalui pipa pemanas pada tangki bahan bakar dan tangki ruang muat mempunyai titik nyala tinggi yang dipanaskan oleh peralatan coil boiler. Keuntungan dari system ini adalah mempunyai temperature tinggi yang dapat dicapai dibandingkan dengan uap jenuh pada tekanan normal. Pemakaian system thermal oil ini mempunyai persyaratan-persyaratan khusus yang harus dipenuhi untuk pengamanan system ini, antara lain:
1. Titik nyala hot oil tidak boleh kurang dari 60°C.
2. Pipa pemanas harus memenuhi persyaratan-persyaratan sebagaimana untuk system bahan bakar.
3. Stanby pompa sirkulasi thermal oil heater harus memenuhi pengontrolan penutup dari luar ruangan dengan dikenakan katup relief dalam sirkuit tertutup.
4. Untuk sudut kemiringan static kapal maksimum adalah 15° dan untuk dinamik 22,4°. System pemanas thermal oil harus tetap dapat berkerja pada kondisi kemiringan tersebut.
Pergantian boiler
Potensi penghematan dari penggantian sebuah boiler tergantung pada perubahan yang sudah diantisipasi pada efisiensi keseluruhan. Suatu perubahan dalam boiler dapat menarik secara finansial jika boiler yang ada:
a. Tua dan tidak efisien
b. Tidak mampu mengganti bahan bakar yang lebih murah dalam pembakarannya
c. Ukurannya melampaui atau dibawah persyaratan yang ada
d. Tidak dirancang untuk kondisi pembebanan yang ideal
Studi kelayakan harus menguji seluruh implikasi bahan bakar jangka panjang dan rencana pertumbuhan perusahaan. Harus dipertimbangkan seluruh faktor keuangan dan rekayasa. Karena plant boiler secara tradisional memiliki umur pakai lebih dari 25 tahun, penggantian harus dipelajari secara hati-hati.
Generator
Generator dikapal merupakan suatu peralatan bantu (Auxiliary Machineries) yang berfungsi untuk menyuplai energy listrik ke seluruh peralatan listrik yang ada dikapal tersebut. Dalam perencaan system diatas kapal perlu memperhatikan kapasitas generator, dan kebutuhan daya maksimum dan minimum dari peralatan listrik dikapal tersebut.
Biro Klasifikasi Indonesia (BKI) Vol IV Tahun 2004 mensyaratkan bahwa sekurang-kurangnya 2 agregat terpisah dari mesin penggerak utama harus disediakan untuk pemberian daya listrik. Daya keluaran harus berukuran sedemikian sehingga keluaran generator masih bersisa dan cukup untuk menutup kebuthunan daya dalam pelayanan di laut ketika salah satu agregat rusak ataupun dihentikan.
Daya cadangan harus dimasukkan dalam perhitungan untuk menutup kebutuhan daya pada puncak beban waktu singkat, misalnya bila secara otomatis mengasut motor-motor besar. Bila tidak ada petunjuk yang terperinci untuk menentukan persediaan daya yang cukup, daya keluar dari generator sekurang-kurangnya diperlukan untuk pelayanan selama pelayaran dilaut harus 15% lebih besar dari kebutuhan daya yang ditentukan dalam balance daya.
Pembahasan Analisa Data
Analisa dilakukan pada kapal KM. ANUGRAH MANDIRI yang merupakan kapal kargo yang beroperasi diperairan Indonesia timur. Kapal ini sebelumnya mempunyai steam boiler sebagai sistem pemanas bahan bakar. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Ship Particular dibawah ini:
1. Name of Ship : MV.ANUGRAHMANDIRI 2. Builder & Yard No.
3. Purphose of ship : CONTAINER SHIP 4. Principal dimension : LOA : 106.68 Meter Lpp : 99.10 Meter Breadth : 20.60 Meter Depth : 5.80 Meter Draft : 4.50 Meter Complement : 15 Person Nagivation area : 5. CONTAINERS : 368 TEU 6. Main Engine : Merk/type : YANMAR 6EY26
Service Speed : 12 knot Cont. Rating : 1920 kW 7. Generator : Merk/Type : HENAN DIESEL ENG 4 unit Rating : 250 kW Output Voltage : 400 V Frekuensi : 50 Hz Untuk mengubah kembali penggunaan HFO sebagai bahan bakar utama pada kapal, dalam analisa ini dimulai dari pergantian dan pemilihan sistem pemanas bahan bakar. Dari penggunaan oil thermal sistem menjadi pemanas electric (electric heater). Dalam analisa ini dilakukan perhitungan untuk menunjang perubahan sistem pemanas bahan bakar yaitu:
1. Perhitungan pemanasan pada tangki storage
a. beban operasi (Q operasi)
b. loses pada tangki settling (Q loses) c. safety factor (Q safety)
d. total panas (Q tot)
2. Perhitungan pemanasan pada tangki settling
a. beban operasi (Q operasi)
b. loses pada tangki settling (Q loses) c. safety factor (Q safety)
d. total panas (Q tot)
3. Perhitungan pemanasan pada preheater separator
a. beban operasi (Q operasi)
b. beban untuk memanasi pipa (Q pipa) c. loses pada tangki preheater separator
(Q loses)
d. safety factor (Q safety) e. total panas (Q tot)
4. Perhitungan pemanasan pada tangki daily
a. loses pada tangki preheater separator (Q loses)
b. safety factor (Q safety) c. total panas (Q tot)
5. Perhitungan pemanasan pada tamgki daily
a. beban operasi (Q operasi)
b. beban untuk memanasi pipa (Q pipa) c. loses pada pipa dari tangki daily ke
engine (Q loses) d. safety factor (Q safety)
Selain itu perlu diperhatikan juga analisa pertimbangan teknis lapangan karena adanya perubahan sistem pemanas bahan bakar HFO pada sistem kelistrikan pada kapal.
Beban pemanasan pada tangki storage
Didesain pada lambung ganda atau block tank berdasarkan peraturan naval architectural atau menurut persyaratan dari badab klasifikasi. Temperatur minimum pada storage tank adalah 40-45°C bahan bakar ≥ 80 cSt/50°C dan 10-39°C untuk viscositas ≤ 80 cSt/50°C. Untuk itu minimum temperatur pour point. Bataasan viscositas pompa yang dianjurkan adalah 1000cSt.
Volume tangki storage : 246 m3
-. Panjang : 8800 mm = 8.8 m -. Lebar : 7400 mm = 7.4 m -. Tinggi : 3800 mm = 3.8 m -. Tebal plat : 8 mm = 0,008 m -. Temperature awal : 32 o C = 89.6oF -. Temperature akhir : 80oC = 176 oF a. Beban operasi
Berat HFO yang digunakan untuk perhitungan adalah berat HFO yang akan dipindahkan dari storage tang ke settling tank sebesar 35 m2 Berat MFO = volume (m3) x berat jenis(ton/m3) Berat MFO = 34,65ton = 69300 lb
Q = m x C x Δt Dimana :
Q : beban pemanasan (Btu) m : berat (lb)
C : panas spesifik (Btu/lb oF)
Δt : penambahan temperature (oF) Qoperasi = 409147.2 Btu
= 119.9 kWh
Waktu yang direncanakan untuk mencapai suhu yang diinginkan direncanakan 4 jam. Maka beban pemanasan tiap jamnya :
Qoperasi = 29.97 kW
b. Losses pada tangki settling
Dimana :
Q : heat losses (Btu/h) A : luas plat (ft2)
A : (2 x p x l) + (2 x p x t) + (2 x l x t) A = 253.36 m2 = 2727.14 ft2
Dimana :
Δt : perbedaaan temperatur dalam tangki dan ambient(°F)
: heat transfer rate (Btu/ft2h°F) : Expossed tank, 50°F, uninsulated : 1.4 Btu/ft2h°F
Q loss: 54979.23 Btu/h
=16.1 kW
c. Safety factor diambil nilai 20%
Qsafety = 20% x (Qoperasi+ Qloss)
= 9.21 kW
Total panas yang dibutuhkan untuk tangki storage :
Qst = Qoperasi+ Q1oses+ Qsafety
= 55.3 kW
Total panas yang dibutuhkan untuk 2 tangki storage adalah:
Qstorage = 110.6 kW
Beban pemanasan preheater separator Kapasitas : 2 m3/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 2h°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 (m3) x berat jenis(ton/m3) 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 oF)
Δt : penambahan temperature (oF) Qoperasi = 52604.64 Btu
= 15.41 kWh
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) Qpipa = 0.0172 kW/m Panjang pipa : 22 m Qpipa = 0.38 kW c. Loses pada pipa
1. Heat losses pipa dari settling tank ke separator Dimana : α : αc + αr αr : 4,15 (V0,8 /De0.2) αc : 1,051 x a x e(0,005 x tcw)
α : transfer coeffeicient between external survace of pipe and ambient area of pipe work (W/m2h)
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 (V0,8 /De0.2) : 24.843 W/m2oC αc : 1,051 x a x e(0,005 x tcw) : 7.891 W/m2oC α : αc + αr : 32.735 W/m2 oC
A : External area of pipework = 0.2618 x OD : 0.00882 m2
= 32.73 x 0.0088 x (98-32) = 19.061 W
= 0.019 kW
Panjang pipa dari setting tank ke separator = 11 m
Qlpsettling : 0.019 x 11 Qlpsettling : 0.209 kW
2. Heat losses pipa dari separator ke service tank Dimana : α : αc + αr αr : 4,15 (V0,8 /De0.2) αc : 1,051 x a x e(0,005 x tcw)
α : transfer coeffeicient between external survace of pipe and ambient area of pipe work (W/m2h)
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 (V0,8 /De0.2) : 24.843 W/m2oC αc : 1,051 x a x e(0,005 x tcw) : 7.891 W/m2oC α : αc + αr : 32.735 W/m2 oC
A : External area of pipework = 0.2618 x OD : 0.00882 m2
= 32.73 x 0.0088 x (98-32) = 19.061 W
= 0.019 kW
Panjang pipa dari setting tank ke separator = 11 m Qlpseparator : 0.019 x 11
Qlpseparator : 0.209 kW 3. Safety factor
diambil nilai 10%
Qsafety = 10% x (Qoperasi+ Qpipa + Qlpsettling + Qlpseparator)
= 1,621 kW
Total panas yang dibutuhkan :
Qps = Qoperasi+ Qpipa + Qlpsettling + Qlpseparator + Qsafety
= 17,83 kW Beban pemanasan Total
Qtotal = Q storage + Q settling + Q Service + (2 x Qps) + (2 x Qfs)
=110,6 + 67,02 + 26,41 + (2x17,83) + (2 x 26,9) = 293,49 kW
Maka didapat kan lah spesifikasi dari merk SSangma Industri Electric Steam Boiler seperti berikut ini:
Product name: SSangma Industri Electric Steam Boiler
Type : SM-0500 Steam capacity: 420 kg/h
Working Pressure:5-7(0.5-0.7) kg/cm2(MPa) Input power : 300 Kw
Voltage : 400 Volt
Perhitungan Generator KM. ANUGERAH MANDIRI
: List dan Daya peralatan KM. ANUGRAH MANDIRI
No Peralatan Set Kw
1 FO/DO transfer pump 2 2.20
2 LO transfer pump 1 2.20 3 Std By LO pump 2 11.00 4 FO Purifier 2 3.70 5 LO Purifier 2 3.70 6 FW Cooling Pump 2 7.50 7 SW Cooling Pump 2 15.00 8 aux FW Pump 2 5.50 9 indpnt LO for G/B 2 7.50 10 air compressor 2 3.70 11 OWS 1 1.50 12 FW Hydropore 2 2.20 13 Hydropore 4 2.20 14 Bilge/BallastPump 2 37.00 15 Fire Pump 2 37.00 16 Emergency Genset 1 186.00
17 Emergency Fire Pump 1 11.00
18 Condenser Main AC 1 28.50
19 AC SW Cooling 1 5.50
20 Boiler Feed Water Pump 2 1.10 21 Condenser Cooling Pump 1 5.00 22 Booster Suction Pump 2 1.50
23 Booster Pump 2 1.75
24 Booster MDO Pump 1 1.30
25 Sludge Pump 1 1.30
26 Steering Gear 2 30.00
27 Bow thruster 1 400.00
28 Crane 2 184.00
29 Windlas & Capstan 2 23.00
30 Navigation Equipt. 1 3.00
31 Kompor listrik 1 1.80
32 Penerangan & listrik deck 1 12.7
Dari tabel diatas dapat kita hitung load factor peralatan untuk menentukan generator yang dipakai. Untuk pada saat kapal masih menggunakan oil thermal sistem sebagai pemanas bahan bakar, maka penulis tidak melakukan perhitungan ulang dan hanya memasukkan data yang didapatkan dari pihak owner kapal.
Perhitungan factor beban generator
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
Dengan 3 buah generator yang bekerja, factor beban generator berdasarkan perhitungan adalah 42,04%.
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
Designation Normal at sea Arrival and Departure Cargo Handling Intermitten load 16.32 16.92 4.16 Faktor Diversitas 9.79 10.15 2.50 Continious load 209.51 408.55 469.71 Jumlah beban 219.30 418.70 472.21 Genset yang di perlukan 2 x 249 4 x 249 3 x 249 Kapasitas 249 249 249 Faktor Beban 44.04% 42.04% 63.21%
List dan Daya peralatan KM. ANUGRAH
MANDIRI setelah menggunakkan pemanas electric (electric heater)
Perhitungan factor beban generator setelah menggunakkan pemanas electric (electric heater)
Untuk memenuhi load factor sesuai dengan persyaratan klasifikasi dalam penentuan generator. 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 80% . Sehingga generator dapat digunakan mensuplai daya pada KM. ANUGERAH MANDIRI.
. Kesimpulan
Dari pengkajian yang telah dilakukan berdasarkan pembahasan dan analisa data, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
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 = 110.6 kW, beban pemanas 1 tangki settling = 67.02 kW, beban pemanas 2 tangki service = 26.41 kW, beban pemanas 2 preheater separator = @ 17.83 kW, Beban pemanas 2 final preheater = @26.9 kW. Jadi Beban total 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
Designation Normal at sea Arrival and Departure Cargo Handling Intermitten load 16.32 16.92 4.16 Faktor Diversitas 9.79 10.15 2.50 Continious load 466.96 666.01 469.71 Jumlah beban 476.76 676.16 472.21 Genset yang di perlukan 2 x 420 2 x 420 2 x 420 Kapasitas 840 840 840 Faktor Beban 57% 81% 56.5% No Peralatan Set Kw
1 FO/DO transfer pump 2 2.20
2 LO transfer pump 1 2.20 3 Std By LO pump 2 11.00 4 FO Purifier 2 3.70 5 LO Purifier 2 3.70 6 FW Cooling Pump 2 7.50 7 SW Cooling Pump 2 15.00 8 aux FW Pump 2 5.50 9 indpnt LO for G/B 2 7.50 10 air compressor 2 3.70 11 OWS 1 1.50 12 FW Hydropore 2 2.20 13 Hydropore 4 2.20 14 Bilge/BallastPump 2 37.00 15 Fire Pump 2 37.00 16 Emergency Genset 1 186.00
17 Emergency Fire Pump 1 11.00
18 Condenser Main AC 1 28.50
19 AC SW Cooling 1 5.50
20 Boiler Feed Water Pump 2 1.10 21 Condenser Cooling Pump 1 5.00 22 Booster Suction Pump 2 1.50
23 Booster Pump 2 1.75
24 Booster MDO Pump 1 1.30
25
Vertical Electric Steam
Boiler 1 300
26 Circulating pump 2 1.5
27 Supply pump 2 0.5
28
Heat exchanger preheater
separator 2 17.83
29
heat exchanger final
preheater 1 26.9
30 Sludge Pump 1 1.30
31 Steering Gear 2 30.00
32 Bow thruster 1 400.00
33 Crane 2 184.00
34 Windlas & Capstan 2 23.00
35 Navigation Equipt. 1 3.00
36 Kompor listrik 1 1.80
load factor dari generator seperti terlihat dibawah ini:
a. Kondisi KM. ANUGERAH MANDIRI menggunakkan thermal oil boiler :
Normal at sea : 44% Arrival & departure : 42% Cargo handling : 63%
b. Kondisi KM. ANUGERAH MANDIRI menggunakkan electric heater (electric steam boiler) :
Normal at sea : 57% Arrival & departure : 81% Cargo handling : 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%.
Saran
1. 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.
DAFTAR PUSTAKA
1. Biro Klasifikasi 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 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.
