1
Analisa Ventilasi Udara Pada Ruang Muat
Kapal General Cargo Yang Telah
Dikonversi Menjadi Livestock Vessel
Abstrak
Tugas akhir ini menjelaskan konversi kapal general cargo menjadi livestock vessel. Konversi kapal dibatasi diruang muat kapal. Konversi dimulai dengan mendesain ruang muat untuk mencukupi kebutuhan udara serta derajat kelembaban nyaman ternak. Dalam desain diruang muat suhu ekstrim air laut diperkirakan 31°C dengan derajat kelembaban 90% RH.
Tugas akhir ini membahas perhitungan pendinginan udara ventilasi serta perhitungan saluran udara (ducting) yang diperlukan. Dalam desain kebutuhan udara yang menjadi faktor utama adalah supaya selama pengangkutan ternak dalam kondisi sehat sampai ditempat tujuan. Ternak tidak mengalami stress sesuai dengan THI (Table Humidity Index) dan ASHRAE 2005. Dalam desain diruang muat suhu yang diijinkan 26°C dengan derajat kelembaban 25% RH.
Latar Belakang
Dalam tugas akhir ini akan membahas permasalahan dibutuhkannya suatu sarana kapal pengangkut ternak yang bisa membawa ternak dari Kalimantan Selatan (Banjarmasin) ke pulau Papua (Sorong). Pemilik kapal yang melihat peluang usaha ini, memenuhi kebutuhan tersebut dengan menjadi penyedia layanan angkutan laut untuk mengangkut ternak sapi dengan kapal dari daerah Kalimantan Selatan. Permasalahan yang terjadi adalah pemilik kapal tersebut tidak mempunyai kapal tipe Livestock Vessel untuk mengangkut ternak sapi. Kapal yang dimiliki adalah kapal tipe General Cargo yang biasa digunakan untuk mengangkut kayu log dan bahan makanan dalam bentuk karung. Muncul ide dari pemilik kapal untuk mengkonversi kapal tersebut menjadi tipe Livestock Vessel. Pengertian konversi kapal yaitu suatu proses perubahan baik pada konstruksi maupun sistem yang digunakan sebagai penyesuaian kebutuhan kapal dari tipe perencanaan awal menjadi kapal dengan tipe lain, sesuai ketentuan yang berlaku.
Metode penelitian yang digunakan yakni studi literature sistem-sistem yang digunakan diruang muat kapal, pengumpulan data-data kapal, penggambaran modifikasi kapal dengan software Auto Cad, menghitung kebutuhan udara melalui sistem ventilasi dan menentukan jenis fan yang akan digunakan untuk mensuplai udara diruang
muat. Pemilik kapal merencanakan kapasitas angkut 400 ekor sapi. Mengacu pada permasalahan yang dihadapi oleh pemilik kapal, maka tugas akhir ini mengkaji konversi yang akan dilakukan yaitu dari kapal dengan tipe General Cargo menjadi kapal dengan tipe Livestock Vessel sesuai ketentuan. Adapun rumusan masalah yang disusun dalam Tugas Akhir ini antara lain :
• Apakah desain sirkulasi udara yang ada, dapat
membuat ternak sapi tetap dalam kondisi
sehat?
Pengkondisian udara yang diinginkan meliputi:
1. Sistem Ventilasi
Tujuan digunakannya sistem ventilasi udara di kapal adalah untuk membuang atau menghilangkan contaminants (zat atau pencemar udara) dan panas yang terjadi disuatu ruangan tertentu. Zat atau partikel pencemar bisa berupa partikel debu, asap, atau bau yang tidak diinginkan. Karena pada sistem ventilasi udara hanya dipindahkan dari luar ke dalam ruangan maka sistem ventilasi hanya mampu menjaga temperatur ruangan sedikit diatas atau sama dengan temperatur udara luar.
2. Desain saluran udara (Duct Design)
Kesalahan pada desain saluran pipa udara dapat menyebabkan pengoperasian sistem yang salah dan mahal. Distribusi udara yang kurang dalam ruangan dapat menyebabkan ketidaknyamanan, kerugian produktifitas dan bahkan kurang baik bagi kesehatan, serta tingkat kebisingan yang tinggi. Konstruksi saluran pipa yang salah atau segel yang kurang rapat menyebabkan aliran udara tidak cukup untuk mengalir pada pipa-pipa sambungan.
Dalam mendesain sistem saluran udara mempertimbangkan hal-hal berikut yaitu :
(1) Fungsi ruangan,
(2) Penyebaran udara pada ruangan, (3) Tingkat kebisingan,
(4) Kebocoran saluran pipa,
(5) Tambahan dan kehilangan panas saluran pipa,
(6) Kesetimbangan, (7) Kontrol api dan asap, (8) Investasi biaya,
2
Untuk ruang muat dikapal, jumlah udara ventilasi yang dibutuhkan dapat diperkirakan berdasarkan :1. Jumlah orang yang bekerja dan jumlah ternak dalam ruangan.
2. Jumlah pergantian udara per jam yang disyaratkan.
3. Batasan kenaikan temperatur ruangan yang diijinkan.
Jumlah pergantian udara per jam dan jumlah udara ventilasi yang dibutuhkan dapat dihitung dengan persamaan :
Q = V / R ………..(2-1) Dimana :
Q = jumlah udara yang dibutuhkan, cfm V = volume kotor ruangan, ft3
R = waktu untuk pergantian udara, minutes per change
Perhitungan Saluran Udara (ducting)
A. Tekanan Statik dan Tekanan Dinamik Perhitungan tekanan pada sistem saluran udara ∆p = (0,109136 Q1,9) / De5,02 …...(2-9) Dimana :
∆p = Gesekan (head or pressure loss) (inches water gauge/100 ft of duct)
De = Diameter Ekuivalent pada ducting (inches) Q = Laju aliran Udara / debit
(cfm - cubic feet per minute)
B. Tahanan Gesek dalam saluran Udara
∆۾
= ૃ
ܔ
܌
ળ
܄
Dimana :Pf = kerugian tekanan karena adanya tahanan gesek (kg/m2 atau mm H2O)
d = diameter pipa (m) l = panjang pipa (m)
λ = koefisien gesekan dari pipa
V = kecepatan rata rata dalam pipa (m/s) C. Kecepatan Udara
ܞ
܉=
ۿ
ۯ
=
ۿ
ૈ ܌
Dimana : Va = kecepatan udara (m2/s) Q = debit udara (m3/s)A = Luasan penampang Ducting (m2)
D = diameter ducting (jika berbentuk bulat) (m)
Dalam perhitungan acuan kecepatan udara menggunakan aliran comfort seperti terlihat pada tabel berikut ini :
Tabel 2.5 Batas kecepatan udara
Definisi dari pengkondisian udara nyaman (comfort air conditioning) adalah proses perlakuan terhadap udara untuk mengatur suhu, kelembaban, pendistribusian dan kebersihan secara serentak guna mencapai kondisi nyaman yang dibutuhkan oleh penghuni yang berada didalamnya.
Kenyamanan Thermal
Faktor-faktor yang mempengaruhi kenyamanan thermal yaitu : Pertama, kalor dalam tubuh diproduksi oleh proses metabolisme untuk menjaga suhu tubuh. Proses metabolisme ini dipengaruhi oleh beberapa factor seperti umur, kesehatan, dan kegiatan. Sebagai contoh, suatu kondisi lingkungan tertentu cocok bagi suatu ruangan yang ditempati oleh hewan ternak yang sehat, tetapi tidak cocok bagi hewan ternak yang sakit.
Faktor lingkungan yang memepengaruhi kemampuann tubuh menyalurkan kalor adalah : suhu udara, suhu permukaan sekitar, kelembaban, dan kecepatan udara. Dalam merancang suatu sistem pengkondisian udara, seharusnya perlu diperhatikan keempat faktor tersebut. Dibawah ini termasuk merupakan beberapa keadaan yang dapat diterima, yaitu : Suhu ruangan yang nyaman untuk ternak yaitu, 13 hingga 25 ºC (wierema 2002) dengan kelembaban relatif 55% - 70% (ASHRAE Chapter 10). kecepatan udara rata rata hingga 0.25 m/det.
Ternak yang diangkut
Jenis ternak yang direncanakan akan diangkut yakni dari jenis sapi Brahman dengan ciri-ciri karakteristik, terdapat adanya gumba (punuk) dibagian punggung depan, serta bergelambir dibagian bawah leher hingga bagian dadanya, telinganya lunglai ke bawah, warna bulunya putih, abu-abu pekat atau merah coklat. Sapi Brahman berasal dari turunan Boss Indicus dari India. Sapi Brahman tahan pada kondisi
3
kekurangan pakan, tahan gigitan serangga maupun parasit serta tahan pada perubahan cuaca karena pada kulitnya memiliki pori-pori serta kelenjar keringat untuk pengaturan penguapan panas tubuhnya. Sapi Brahman mampu berjalan jarak jauh yang sulit air. (Hj Romziah S, Ph.d.Drh, 2004)Gambar 2.6 Sapi Brahman
Karakteristik hewan ternak sapi
Ternak sapi yang siap dikirim melalui laut harus memenuhi dalam kondisi kesehatannya. Sebelum ternak masuk ke kapal ada pemeriksaan oleh petugas kesehatan ternak. Sapi yang memenuhi syarat yakni antara ternak berumur 2-3 tahun kondisi sehat dengan bobot badan antara 400-600 kg. Sedangkan untuk kebutuhan ternak, Hewan ini umumnya makan 3 kali sehari dengan porsi pakan 15-20 kg per hari untuk jenis pakan bermacam-macam bisa berupa rumput, jerami, comboran (campuran dari bekatul, dedak, pellet, ampas, tahu dan air) serta bisa juga produk pakan ternak dari pabrik. Untuk kebutuhan minum sebanyak 50-60 kg air per hari untuk tiap ternak. Umumnya ternak yang siap dikirim berukuran tinggi ± 1,5 meter, lebar ± 0,4 meter dan panjang ± 1,8 meter. Temperatur ruangan untuk ternak yaitu, 26 ºC dengan 25% RH kelembaban. Mengacu pada THI (Table Humidity Index) sapi. Cahaya kandang ternak harus terang untuk menghindari ternak mengalami stres yakni tiap kandang ternak (paddock) dipasang lampu 10-15 watt.
Berdasarkan hasil pendataan, sebagian besar sapi-sapi yang ada di Indonesia adalah sapi keturunan bangsa Fries Holland (FH). Yang hidup pada iklim sedang (temperate) dengan kisaran suhu termonetral rendah (13 – 25ºC). Berdasarkan kondisi iklim asal tersebut, sapi FH sangat peka terhadap perubahan suhu tinggi.
Gambar 2.18 Paddock diruang muat kapal
Gambar Desain Paddock
Kapal Motor Angkutan Ternak Sapi (Kapal Motor untuk Mengangkut Ternak Sapi, SNI, 1998) 1. Ruang Lingkup
Standart ini meliputi definisi, istilah, klasifikasi dan persyaratan.
2. Definisi Livestock Vessel
Kapal Motor untuk pengangkut Ternak adalah kapal motor yang digunakan untuk mengangkut ternak sapi atau kerbau melewati laut atau sungai.
3. Istilah pada Livestock Vessel
a) Paddock kapal adalah ruangan dalam kapal yang ditempati ternak (kandang) dibatasi oleh pagar besi serta dilengkapi dengan tempat makan, minum dan pembuangan kotoran.
b) Paddock isolasi adalah ruangan khusus di dalam kapal yang digunakan untuk menempatkan dan menangani ternak yang mengalami gangguan kesehatan.
c) Gangway adalah gang diantara paddock yang berfungsi untuk memudahkan pelayanan terhadap
4
31°C
90%
RH26°C
25%
RH ternak seperti pemberian pakan, air minum,mengontrol ternak dan proses bongkar muat.
4. Klasifikasi
Kapal Motor untuk pengangkut ternak digolongkan dalam satu tipe ternak jenis tertentu.
5. Persyaratan
Persyaratan Tata Susunan Kapal Motor Angkutan Ternak tercantum pada tabel 2.10 Syarat tata susunan kapal motor pengangkut ternak.
Metodologi penelitian adalah kerangka dasar tahapan penyelesaian tugas akhir. Metodologi tersebut mencakup semua kegiatan yang akan dilaksanakan untuk memecahkan masalah atau melakukan proses penganalisaan terhadap permasalahan tugas akhir. Metodologi yang digunakan dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah dengan mendesain ruang muat kapal cargo sesuai dengan aturan yang berlaku serta mengkondisikan ruang muat menjadi kandang ternak untuk mengangkut ternak tersebut ke daerah lain, sehingga fungsi kapal berubah menjadi kapal pengangkut ternak (Livestock Vessel). Sebelum menjelaskan metodologi penulisan tugas akhir, akan dijelaskan terlebih dahulu data kapal cargo yang nantinya akan dikonversi, dimodifikasi dan dianalisa sistemnya pada pembahasan tugas akhir.
Data Kapal
Nama Kapal : KM Eks Akanko Tipe kapal : General Cargo
Owner ship : PT Taruna Kusan Explosive Nationality : Indonesia
Ship builder : Yoshida DY.ADA Navigation area : Ocean going Year built : 1989
Ukuran Utama Kapal
LOA : 54,6 m LWL : 52,4 m LBP : 48 m B moulded : 9 m H(dept) : 5 m T (draught) : 4,3 m
Vs (service speed) : 12 knot = 6,173 m/s
Gambar 3.1 Ruang muat kapal cargo
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
Ternak sapi yang akan diangkut memiliki berat badan per ekor antara 400 – 600 kg.
Udara yang masuk kedalam ruangan direncanakan suhu 26°C dengan 25% RH.
5
Gambar Skema PsycrometricDari Gambar Psycrometric diketahui : h1 = 98 kJ/kgda h2 = 39 kJ/kgda W1 = 26 gw/kgda W2 = 5,3 gw/kgda v1 = 0,8975 m3/kgda Kesetimbangan Kalor Awal + Proses = Akhir
mda.h2 + {(+q + mw.hw2)} = mda.h1 (+q) + (mw.hw2) = (mda.h1) - (mda.h2) (+q) + (mw.hw2) = mda (h1- h2) q = mda (h1- h2) - (mw.hw2) q = mda (h1- h2) – {mda (W1 – W2).hw2} q = mda (h1- h2) - (W1 – W2).hw2 Kesetimbangan Massa Awal + Proses = Akhir mda.W2 + mw = mda.W1
mw = mda (W1 – W2)
Mencari mda dari total debit udara sesuai dengan Tabel Perhitungan (Terlampir) adalah
Q Total = q1 + q2 + q3 = 1,17 m3/s mda = Q / v1 ݉ௗ= 1,17 ݉ 3/ݏ 0,8975 ݉3/݇݃ௗ mda = 1,31 kgda/s
Mencari hw2 pada kondisi suhu 26°C dengan Tabel 3 (Terlampir) didapat :
hw2 = 108,99 kJ/kgw
Kemudian angka-angka yang didapat dimasukkan ke persamaan q seperti:
q = mda (h1- h2) - (W1 – W2).hw2
Dalam persamaan semua satuannya dalam Kilo supaya setara semua maka W1 dan W2 masih gr sehingga dibagi 1000. q = mda (h1- h2) - (W1 – W2).hw2 q = {1,31 (98 - 39)} – {(0,026 – 0,0053).108,99} q = {1,31 x 59} - {0,0207 x 108,99} q = 77,20 - 2,26 q = 74,94 kW q = 75 kW Q Total = q1 + q2 + q3 = 1,17 m3/s = 2.488,44 CFM
Dari pendinginan yang dibutuhkan 75 kW maka dipilih Water Cooled & Remote Air Cooled Screw Compressor Chillers dengan:
Merk : York Millennium. Type : YCWM/YCRM 90 Cooling : R407 C and R22 Capacity : 92 kW Length : 1210 mm Width : 758 mm Height : 1060 mm Weight : 587 kg
Maka spesifik fan yang dipakai :
Size = 16
Model = 44-M-166DA-STAIF3 Hp motor = 0,5 HP
RPM motor = 1725 RPM Static presure = 0” Inch
Q = 2874 CFM
6
Bongkar Muat Ternak
Untuk lama waktu yang dibutuhkan untuk bongkar muat ternak pada Livestock Vessel, berdasarkan informasi melalui interview pegawai dari pelabuhan Tanjung Perak Surabaya yakni, bahwa untuk loading atau unloading ternak sapi dilakukan dengan ternak diapindah dengan crane atau ternak digiring oleh stockman. Rata-rata dalam waktu selama 1 jam dapat memindahkan sebanyak 60 ekor ternak. Sehingga waktu yang dibutuhkan kapal untuk melakukan bongkar muat 400 ekor ternak adalah 7 jam.
Gambar 4.2 Tangga penghubung antar dek
Gambar 4.3 Ternak langsung masuk ke truk
Gambar 4.4 Ternak menuju kandang penampungan
Kesimpulan
Setelah melakukan seluruh proses pengerjaan Tugas Akhir tentang desain tata ruang untuk ternak pada ruang muat kapal dan desain sistem yang digunakan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Konversi kapal dengan tipe general cargo menjadi tipe livestock vessel dan sistem yang digunakan yaitu sistem sanitasi dan sistem ventilasi pada ruang muat kapal bisa diterapkan.
2. Kebutuhan pendinginan udara yang diperlukan oleh ternak sebesar 3602,31 kW dapat dipenuhi melalui sirkulasi udara yang dihasilkan dari sistem ventilasi yang dilengkapi dengan supply fan dan exhaust fan berjumlah masing-masing 4 fan untuk menjaga ketersediaan udara yang cukup untuk ternak agar tetap dalam kondisi sehat sampai dengan proses unloading dipelabuhan.
3. Pada ruang muat telah didesain dalam penataan ruangan untuk menjamin kebutuhan ternak terpenuhi, yakni berupa kandang yang didesain dilengkapi tempat pakan dan minum sesuai dengan jumlah maksimal ternak yang diijinkan tiap kandang. Setelah itu didesain juga tempat penyimpanan pakan dan tempat pengumpulan limbah dari ternak. Pada kapal juga dilengkapi dengan crane untuk mengangkut pakan ternak dan jerami dalam bentuk karung-karung.
4. Perlengkapan bongkar muat ternak telah didesain yang memungkinkan ternak dari dek paling bawah bisa berjalan ke atas melalui tangga yang didesain sebagai transportasi ternak dalam kapal dan untuk proses unloading, ternak dibuatkan jalan khusus dan jembatan menuju pelabuhan. Waktu yang dibutuhkan kapal untuk melakukan bongkar muat 400 ekor ternak dengan cara ternak dibuatkan jalan khusus serta dipandu oleh stockman membutuhkan waktu 7 jam.
Saran
Saran yang dapat menjadi masukan dari konversi kapal dari tipe kapal general cargo menjadi livestock vessel pada pengerjaan Tugas Akhir ini antara lain :
1. Untuk mendukung penelitian, data yang diperoleh dari pemilik kapal hendaknya bisa lebih dilengkapi dengan data kapal yang lain,
7
misal data mengenai kelistrikan dan permesinan yang digunakan dikapal.2. Diperlukan survey kapal dan survey ke perusahaan pemilik kapal untuk menjadi referensi kelengkapan data lampiran pada penelitian.
Daftar Pustaka
Alam Baheramsyah, Made Ariana, 1998/1999, Diktat Pengaturan Udara dan Sistem Pendingin (NE 1513), Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
Standar Nasional Indonesia, 1998, Kapal Motor Untuk Mengangkut Ternak Sapi Dan Kerbau, Badan Standarisasi Nasional, Departemen Pertanian.
Australian Standards for the Export of Livestock Version 2.2, 2010, Vessel Preparation and Loading, Department Agriculture, Fisheries and Foresty. www.daff.gov.au/data/assets/
pdf_file/0003/930108/std4-vessel-preparation.pdf
Wilbert F.Stocker, Jerold W.Jones, 1994, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara edisi kedua, Supratman Hara, Penerbit Erlangga Hj Romziah S, Ph.d.Drh, 2004, Komoditas dan
Bangsa-Bangsa Ternak Potong, Fakultas Kedokteran Hewan Universitas Airlangga Jones, G.M. & C.C. Stallings. 1999. Reducing
heat stress for dairy cattle. Virginia Cooperative Extension. Publication Number 404-200. http://www.ext.vt.edu/index.html. McDowell, R.E. 1972. Improvement of
Livestock Production in Warm Climate. W.H. Freeman and Co., San Frascisco.p.1-128. Prayitno, H. 1999. Respons Termoregulasi Sapi
Peranakan Fries Holland pada Berbagai Kondisi Lingkungan Mikro. Skripsi. Fakultas Peternakan, IPB, Bogor.
Qisthon, A. 1999. Respons Fisiologis dan Produktivitas Sapi Dara Pernakan Fries Holland pada Pemberian Air Minum dengan
Suhu yang Berbeda. Thesis. Program Pascasarjana, IPB, Bogor.
Shibata, M. 1996. Factors affecting thermal balance and production of ruminants in a hot environment. A Review. Mem.Nat.Inst. Anim. Ind. No. 10 National Institute of Animal Industri Tsukuba, Japan.
Wierema, F. In: Chestnut, A. & D. Houston. 2002. Heat Stress and Cooling Cows. http://www.vigortone.com/heat_stress.htm [21 Yousef, M.K. 1985. Thermoneutral Zone. In:
M.K. Yousef (Ed.). Stress Physiology of Livestock. Vol.II. CRC Press, Inc. Boca Raton, Florida. P.68-69.
