SKRIPSI – ME141501
DESAIN SISTEM VENTILASI UDARA UNTUK RUANG MUAT KAPAL
PELAYARAN RAKYAT DENGAN MENGGUNAKAN
SOLAR DESICCANT
PRASETYO ADI WIBOWO NRP 4213 100 024
Dosen Pembimbing
Ir. Alam Baheramsyah, M.Sc. Taufik Fajar Nugroho, S.T., M.Sc.
DEPARTEMEN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
SKRIPSI – ME141501
DESAIN SISTEM VENTILASI UDARA UNTUK RUANG MUAT KAPAL PELAYARAN RAKYAT DENGAN MENGGUNAKAN SOLAR DESICCANT
PRASETYO ADI WIBOWO NRP. 4213100024
DOSEN PEMBIMBING:
1. Ir. Alam Baheramsyah, M.Sc
2. Taufik Fajar Nugroho S.T., M.Sc.
DEPARTEMEN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
ii
FINAL PROJECT – ME141501
DESIGN OF AIR VENTILATION SYSTEM FOR CARGO HOLD “ PELAYARAN RAKYAT” VESSEL BY USING SOLAR DESICCANTS
PRASETYO ADI WIBOWO NRP. 4213100024
ADVISOR:
1. Ir. Alam Baheramsyah, M.Sc
2. Taufik Fajar Nugroho S.T., M.Sc.
DEPARTMENT OF MARINE ENGINEERING FACULTY OF MARINE TECHNOLOGY
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
iv
LEMBAR PENGESAHAN
DESAIN SISTEM V ENTILASI UDARA UNTUK RUANG MUAT KAPAL PELAYARAN RAKYAT DENGAN MENGGUNAKAN SOLAR DESICCANT
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada
Bidang Studi Marine Machinery and System (MMS)
Program Studi S-1 Departemen Teknik Sistem Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Oleh:
Prasetyo Adi Wibowo NRP. 4213100024
Disetujui oleh Pembimbing Skripsi:
Ir. Alam Baheramsyah, M.Sc ( )
NIP. 1968 0129 1992 03 1001
Taufik Fajar Nugroho, S.T., M.Sc. ( )
NIP. 1976 0310 2000 03 1001
SURABAYA JULI 2017
vi
LEMBAR PENGESAHAN
DESAIN SISTEM VENTILASI UDARA UNTUK RUANG MUAT KAPAL PELAYARAN RAKYAT DENGAN MENGGUNAKAN SOLAR DESICCANT
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada
Bidang Studi Marine Machinery and System (MMS)
Program Studi S-1 Departemen Teknik Sistem Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Oleh:
Prasetyo Adi Wibowo NRP. 4213100024
Disetujui oleh Kepala Departemen Teknik Sistem Perkapalan:
Dr.Eng. M. Badrus Zaman, ST., MT. NIP. 1977 0802 2008 01 1007
viii
DESAIN SISTEM VENTILASI UDARA UNTUK RUANG MUAT KAPAL PELAYARAN RAKYAT DENGAN MENGGUNAKAN SOLAR DESICCANT
Nama Mahasiswa : Prasetyo Adi Wibowo
NRP : 4213100024
Dosen Pembimbing : 1. Ir. Alam Baheramsyah, M.Sc.
2. Taufik Fajar Nugroho S.T., M.Sc.
ABSTRAK
Salah satu sarana dan prasarana pada kapal pelayaran rakyat adalah sistem ventilasi pada ruang muat yang berguna untuk menjaga kualitas muatan tetap dalam kondisi baik. Salah satu upaya untuk menghindari rasio kelembaban yang tinggi adalah memberikan suplai
udara kering dengan menggunakan desiccant. Tujuan skripsi ini adalah merencanakan
sistem ventilasi dengan solar desiccant melalui analisa perhitungan terhadap penurunan
rasio kelembaban udara setelah melewati rotordesiccant serta pemenuhan kebutuhan alat
pemanas dan sistem pendinginnya menggunakan panas gas buang dan air laut serta pemenuhan kebutuhan listrik menggunakan energi matahari. Dari hasil analisa didapatkan hasil bahwa untuk memberikan suplai udara pada ruang muat sebesar 437,5
m3/h, diperoleh spesifikasi rotor desiccant yang memiliki diameter 550 mm dengan
ketebalan 200 mm untuk menurunkan rasio kelembaban udara luar sebesar 83,1%
menjadi 46,5%. Temperatur udara hasil dehumidifikasi sebesar 47,7oC akan diturunkan
menjadi 35oC dengan menggunakan media pendingin air laut. Sedangkan untuk
kebutuhan pemanas udara reaktivasi sebesar 24,292 kW akan dipenuhi dengan memanfaatkan daya dari panas gas buang sebesar 498,12 kW. Dan untuk kebutuhan daya
listrik sistem sebesar 34.488 wp akan di supply dari modul surya dengan kapasitas sebesar
345 wp sebanyak 33 unit.
x
DESIGN AIR VENTILATION SYSTEM FOR CARGO HOLD “PELAYARAN RAKYAT” VESSEL BY USING SOLAR DESICCANT
Name : Prasetyo Adi Wibowo
NRP : 4213100024
Advisor : 1. Ir. Alam Baheramsyah, M.Sc.
2. Taufik Fajar Nugroho S.T., M.Sc.
ABSTRACT
One of the facilities and infrastructure of the “pelayaran rakyat” vessel is the ventilation system in the cargo hold to maintain the quality. One attempt to avoid high moisture ratios is to provide a dry air supply by using desiccants. The purpose of this thesis is to design the system of air ventilation with solar desiccant by analysis the calculation with decrease air humidity ratio after passing desiccant rotor as well as fulfillment needs of heater and cooling system using heat of exhaust gas and seawater as well as fulfillment of electricity need using solar energy. From the result of analysis obtain to provide air supply in the cargo hold of 437,5 m3 / hour, the specification of rotor desiccant has a diameter of 550 mm with thickness 200 mm to decrease ratio of outside air humidity equal to 83,1% become 46,5%. Dehumidification air temperature of 47,7oC will be lowered to 35oC by using the sea water cooling media. As for the reactivation air heater requirement of 24,292 kW would be to fulfilled by utilizing the exhaust power of 498,12 kW. And for the electric power needs of the syetm is 34.488 wp will be supplied from the total solar module is 33 units with 345 wp per-capacity.
xii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang senantiasa melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini tepat pada waktunya. Skripsi ini diajukan sebagai salah satu persyaratan kelulusan program sarjana strata 1 (S1) Departemen Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Dalam penulisan skripsi ini, penulis telah mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua penulis, Bapak Sumakno dan Ibu Sofiah yang selalu
mendoakan, memberikan dukungan baik moral maupun materiil.
2. Bapak Dr.Eng M. Badrus Zaman, S.T., M.T. selaku Kepala Departemen Teknik
Sistem Perkapalan yang telah medukung tercapainya skripsi ini melalui fasilitas yang ada.
3. Bapak Ir. Alam Baheramsyah, M.Sc. selaku dosen pembimbing, dosen wali,
serta ketua laboratorium Marine Machinery and System (MMS) yang senantiasa
mengarahkan dan memberikan ilmunya kepada penulis.
4. Bapak Taufik Fajar Nugroho S.T., M.Sc. selaku dosen pembimbing yang
senantiasa mengarahkan dan memberikan ilmunya kepada penulis.
5. Seluruh jajaran dosen Departemen Teknik Sistem Perkapalan yang telah
mengajarkan ilmunya selama penulis menempuh pendidikan di perkuliahan.
6. Seluruh jajaran PANDAWA 5 yang telah memberikan ilmu, semangat dan
nasehat serta mendukung segala aktivitas selama berada di asrama SDM IPTEK.
7. Seluruh pengurus harian Jama’ah Masjid Manarul Ilmi (JMMI) kabinet Integrasi
yang telah memberikan ilmu dan nasehat serta mendukung penulis dalam segala aktivitas selama berada di lingkungan JMMI ITS.
8. Seluruh pengurus Badan Pelayan Ummat (BPU) JMMI ITS yang telah
memberikan ilmu dan dukungan kepada penulis dalam penulisan skripsi ini.
9. Seluruh jajaran UKM Maritime Challenge yang sudah memberikan semangat,
nasehat dan ilmu yang membuat penulis dapat menyelesaikan skripsi.
10. Seluruh anggota KSATRIA MARINE yang sudah memberikan semangat, ilmu
dan ber-amar ma’ruf nahi munkar selama menjalankan aktivitas di kampus.
11. Seluruh jajaran KONTRAKAN ABAH yang sudah memberikan semangat, dan
rasa kekeluargaan selama menjalankan segala aktivitas di kota Surabaya.
12. Seluruh member laboratorium Marine Machinery and System (MMS) yang telah
memberikan ilmu dan dukungan dalam menyelesaikan skripsi.
13. Teman-teman BARAKUDA’13 yang selalu membantu dan mendukung selama
menjalani perkuliahan di Departemen Teknik Sistem Perkapalan.
14. Pihak – pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu saran dan masukan sangat dibutuhkan untuk memperbaiki skripsi ini. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi seluruh pembaca.
Surabaya, Juli 2017 Penulis
xiv
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... v
ABSTRAK ... ix
ABSTRACT ... xi
KATA PENGANTAR ... xiii
DAFTAR ISI ... xv
DAFTAR TABEL ... xvii
DAFTAR GAMBAR ... xix
BAB I. PENDAHULUAN ... 1 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Perumusan Masalah... 2 1.3. Batasan Masalah ... 2 1.4. Tujuan ... 2 1.5. Manfaat ... 3
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Teori Penunjang ... 5
2.1.1 Sistem Ventilasi Udara ... 5
2.1.2. Desiccant Dehumidifier... 5
2.1.3 Beban Panas ... 6
2.1.4 Seumber Energi Panas ... 6
2.1.5 Economizer ... 7
2.1.6 SistemTenaga Surya ... 7
2.2 Studi Hasil Penelitian Sebelumnya ... 8
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ... 11
3.1 Perencanaan Rotary Desiccant ... 11
3.2 Perencanaan Kebutuhan Pemanas dan Pendingin ... 12
3.3 Perencanaan Sistem Kelistrikan ... 12
3.3 Analisa Kesesuaian Kondisi Ruang Muat ... 13
3.4 Flowchart Metodologi ... 14
BAB IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ... 15
4.1 Umum ... 15
4.1.1 Data Utama Kapal ... 15
4.1.2 Ruang Muat ... 15
4.2 Perencanaan Sistem Ventilasi Wheel Desiccant ... 17
4.2.1 Perhitungan Kapasitas Udara Ruang Muat ... 18
4.2.2 Penentuan Kondisi Desain ... 19
4.3 Perencanaan Pemanas Solar Desiccant ... 25
4.3.1 Perhitungan Energi yang dihasilkan Gas Buang ... 25
4.3.2 Perhitungan Economizer ... 26
xvi
4.4.2 Perhitungan Beban Panas Ruang Muat ... 32
4.4.3 Perhitungan Perubahan Temperature ... 35
4.5 Perencanaan Sistem Kelistrikan Solar Desiccant ... 35
4.5.1 Perhitungan Energi Total Beban Daya ... 37
4.5.2 Perhitungan Kapasitas Daya Modul ... 37
4.5.3 Perhitungan Kapsitas Baterai ... 38
4.5.4 Perhitungan Jumlah Modul Surya ... 38
4.6 Analisa Kondisi Desain ... 39
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 43
5.1 Kesimpulan ... 43
5.2 Saran ... 43
DAFTAR PUSTAKA ... 45
LAMPIRAN ... 47
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Ketentuan Umum Suplai Udara di Kapal ... 18
Tabel 4.2 Standart Temperature dan Kelembaban Relatif Penyimpanan Muatan Bahan Pokok ... 19
Tabel 4.3 Varible Teperature dan Kelembaban Udara pada Desiccant Process Inlet ... 21
Tabel 4.4 Hasil dehumidifikasi pada desiccant wheel... 22
Tabel 4.5 Spesifikasi Silica Gel Desiccant ... 24
Tabel 4.6 Laju Aliran Massa Dan Temperatur Gas Buang ... 25
xviii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Desiccant Dehumidifier... 5
Gambar 2.2 Kesetimbangan Energi ... 6
Gambar 2.3 Exhaust Gas Economizer ... 7
Gambar 3.1 Flow Chart Metodologi ... 14
Gambar 4.1 KLM.Pesona Bahari ... 15
Gambar 4.2 Surat Ukur Internasional KLM Pesona Bahari ... 16
Gambar 4.3 Skema Sistem Pengkondisian Udara Menggunakan Wheel Desiccant ... 17
Gambar 4.4 Grafik Psikrometri Kondisi Awal ... 20
Gambar 4.5 Skema Kerja DesiccantWheel ... 20
Gambar 4.6 Program Simulasi Desiccant Wheel ... 22
Gambar 4.7 Penampang Rotor Desiccant ... 24
Gambar 4.8 Skema Distribusi Energi Listrik Solar Panel ... 36
Gambar 4.9 Kondisi Desain pada Desiccant Dehumidifier ... 39
Gambar 4.10 Peletakan Modul Surya pada Kapal ... 40
xx
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kapal pelayaran rakyat yang digunakan sebagai alat angkut logistik dari
pelabuhan kecil, ke pelabuhan hub-port, fungsi di atas merupakan fungsi pelayaran
rakyat untuk menjamin ketersediaan sistem logistik nasional (sislognas) ke daerah terpencil. Peran pelayaran rakyat dalam Tol Laut pun berperan sangat penting untuk menjaga kestabilan dan ketersediaan logistik terutama di daerah yang sulit dijangkau oleh transportasi darat contohnya adalah beras, semen, pupuk, sembako adalah sedikit dari beberapa muatan yang diangkut oleh kapal pelayaran rakyat. Selain itu kapal pelayaran rakyat juga digunakan untuk angkutan sungai seperti di Kalimantan, dan Sumatera.
Memang jika dilihat secara keseluruhan, peran pelayaran rakyat seakan tidak ada, kalah dengan kapal kapal besar yang melintasi perairan Indonesia, padahal dengan kebutuhan logistik yang tinggi di daerah terpencil, peayaran rakyat adalah salah satu solusi, dan sudah seharusnya berkembang dan diberdayakan. Saat ini kapal pelayaran rakyat (pelra) masih menjadi sarana angkutan yang sering dipilih untuk mendistribusikan barang ke daerah terpencil di wilayah Indonesia dan menjadi salah satu ujung tombak perekonomian disuatu daerah.
Banyaknya pulau-pulau kecil yang ada di Indonesia membuat kebutuhan kapal pelayaran rakyat. Sehingga perlu diperhatikannya sarana dan prasarana dari kapal pelayaran rakyat guna menjamin kualitas muatan saat barang didistribusikan ke pulau-pulau terpencil utamanya. Salah satu sarana dan prasarana pada kapal pelayaran rakyat adalah sistem ventilasi pada ruang muat yang berguna untuk menjaga kualitas muatan tetap dalam kondisi baik.
Sistem ventilasi udara alami untuk ruang muat pada kapal pelayaran rakyat dianggap kurang efektif untuk beberapa barang seperti beras, tepung ataupun sembako lainnya. Hal tersebut karena sistemnya sangat tergantung pada kondisi udara luar di sekitarnya terutama untuk temperatur dan kelembabannya, sehingga ketika kondisi udara luar memiliki temperatur dan kelembaban relatif yang terlalu tinggi dapat menyebabkan kualitas muatan yang dibawa terutama sembako menjadi tidak sesuai dengan kualitas standart yang ada karena kelembaban yang berlebih didalam ruang muat.
Wilayah Indonesia berada pada iklim tropis dengan kisaran temperatur di
wilayah perairan sebesar 27oC dengan tingkat kelembaban berada pada kisaran 80%
(BMKG), sedangkan temperatur normal yang dianjurkan untuk muatan adalah 43oC
dengan nilai kelembaban relatif 65%. Dengan perbedaan kondisi lingkungan tersebut, muatan akan terpengaruh unsur iklim mikro terutama kelembaban udara.
Selain itu dalam rangka penggunaan energi terbarukan maka dari itu untuk pemenuhan kebutuhan sistem pemanas dari sistem dehumidifikasi akan
menggunakan gas buang dari engine dan pemenuhan kebutuhan sumber daya listrik
yang digunakan untuk pemenuhan daya listrik dari sistem rotary desiccants
menggunakan energi panas matahari yang kemudian dikonversikan melalui sistem
dari panel surya.
1.2 Rumusan Permasalahan
Dari uraian diatas maka rumusan masalah yang akan dibahas pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana merencanakan proses sirkulasi udara dengan memilih sistem
ventilasi udara menggunakan solar desiccants?
2. Untuk menghindari kelembaban atau kandungan air yang berlebih dengan
menggunakan skema sistem ventilasi udara yang menggunakan solar desiccant
pada ruang muat kapal pelayaran rakyat, hal apa saja yang perlu dilakukan?
3. Bagaimana merencanakan sistem pemanas dan pendingin pada solar desiccant
agar perencanaan sistem yang dibuat dapat optimal?
4. Bagaimana merencanakan pemenuhan kebutuhan listrik dalam sistem khusunya
kebutuhan listrik dari sistem rotary desiccants yang digunakan?
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah pada penelitian ini adalah:
1. Dalam perencanaan sistem ventilasi udara yang dibuat hanya digunakan untuk
ruang muat.
2. Suplai udara dari solar desiccant digunakan untuk mengurangi rasio
kelembaban.
3. Tidak melakukan analisa terhadap instalasi dan distribusi panas pada sistem
pemanas
4. Tidak melakukan analisa instalasi kelistrikan pada pemenuhan kebutuhan
sumber listrik yang digunakan untuk memutar rotary desiccants
5. Tidak membahas aspek ekonomis
1.4 Tujuan
Dalam penulisan Skripsi ini mempunyai tujuan sebagai berikut :
1. Merencanakan suatu proses sirkulasi udara dengan memilih sistem ventilasi
udara menggunakan solar desiccants untuk menjaga kondisi di ruang muat agar
kualitas muatan tetap terjaga
2. Menghindari kandungan uap air berlebih dalam ruang muat menggunakan solar
desiccant untuk mengurangi kelembaban dan menyuplai udara kering pada ruangan tersebut.
3
3. Merencanakan pemenuhan kebutuhan listrik pada sistem untuk menjalankan
material desiccants yang berupa rotary desiccants yang menggunakan tenaga
matahari sebagai sumber listrik yang di konversikan melalui solar cell.
4. Mengetahui keefektifan penggunaan solar desiccants untuk pemenuhan sistem
ventilasi udara pada kapal pelayaran rakyat yang mempunyai generator yang relatif kecil
1.5 Manfaat
Manfaat yang dapat diperoleh dari penulisan skripsi ini adalah :
1. Kualitas muatan di dalam ruang muat akan tetap terjaga dengan baik karena udara
yang disuplai menggunakan solar desiccant tidak mengandung kadar air
berlebih.
2. Mengetahui korelasi antara instalasi sistem dan kondisi desain guna
mendapatkan perencanaan sistem yang optimal sesuai kebutuhan.
3. Mengetahui pemanfaatan energi terbarukan sebagai salah satu sumber listrik
pada sistem yang ada didalam kapal
4. Sebagai pertimbangan dalam perencanaan sistem ventilasi udara dan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Teori Penunjang
2.1.1. Sistem Ventilasi Udara
Sistem ventilasi udara adalah proses penyedian udara segar ke dalam atau pegeluaran udara kotor dari suatu ruangan secara alami maupun mekanis. Sistem ventilasi udara pada kapal mempunyai fungsi untuk mempertahankan
komposisi kimia dan kelembaban udara (humidity ) ataupun mengubahnya
sesuai dengan yang diperlukan didalam ruangan kapal, dengan cara mengatur aliran udara ke luar atau masuk ruangan kapal guna melakukan proses penggantian udara yang telah kotor dengan udara segar dan mengatur tingkatan temperatur, tekanan dan komposisi kimia udara di dalam ruangan kapal. Dengan terjadinya proses tersebut akan dapat memenuhi tujuan ventilasi dalam kapal yaitu :
• Untuk menjaga udara di dalam ruangan di kapal selalu bersih atau segar
sehingga dapat dirasakan nyaman dan sesuai kebutuhan
• Pengaruh kerusakan bagian-bagian kapal dan pembusukan muatan yang
ditimbulkan oleh karena terlalu besarnya kelembaban dapat dibatasi.
2.1.2. Desiccants Dehumidifier
Penggunaan desiccants pada sistem dehumidifikasi digunakan untuk
mengurangi kelembaban udara dengan cara menciptakan suatu permukaan atau
daerah dengan tekanan uap yang rendah. Desiccant sendiri merupakan salah
satu zat yang dapat menyerap kelembaban dengan cara menyimpan air pada permukaan atau kapiler dengan tetap mempertahankan keberadaan molekul
air. Zat yang paling umum digunakan adalah silica gel yang merupakan bentuk
dari silica dioksida (SiO2) (Lewis G. Harriman, 2002). Pada prinsipnya fluida
bergerak dari tekanan rendah ke tekanan yang lebih tinggi. Begitu pula dengan uap air yang akan dipindahkan dari udara bergerak menuju ke permukaan dari
dessicants. Tekanan yang diberikan oleh uap air di udara lebih tinggi, sehingga
molekul air bergerak dari udara ke desiccant sehingga kelembaban udara
Gambar 2.1Desiccants Dehumidifier
(Sumber: Drycool Dehumidification System (Munters))
Pada penelitian yang akan di lakukan oleh praktikan akan menggunakan
desiccants yang berjenis solar dessicant. Gambar di atas menunjukkan skema
solar desiccant yang merupakan modifikasi desain dari jenis konfigurasi
rotating desiccant menggunakan sistem kompresi uap konvensional yang
terdiri dari roda pengering, supply fan, exhaust fan, dengan mengkombinasikan
panas matahari yang diknversikan menggunakan solar cell sebagai pemenuhan
kebutuhan seumber listrik untuk menggerakan rotating desiccants.
2.1.3. Beban Panas
Perhitungan beban panas dilakukan dengan menghitung sumber panas dari
ruang muat kapal, yaitu panas radiasi matahari (∅s). Estimasi nilai parameter
dalam menentukan beban panas mengacu pada ISO 7574 : Ship and Marine
Technology – Air Conditioning and Ventilation of Accomodation Spaces.
2.1.4. Sumber Energi Panas
Gambar 2.2. Kesetimbangan energi
(Sumber : Technologies and Approaches to Reducing the Fuel Consumption of
Medium- and Heavy-Duty Vehicles)
Pada proses pembakaran motor diesel dua langkah maupun empat langkah, tidak semua tenaga hasil pembakaran digunakan secara effektif (effective work). Berdasarkan dari gambar diatas sebesar 24% tenaga hasil pembakaran dibuang melalui gas buang (exhaust gas) dan sebesar 26% tenaga hasil pembakaran dibuang melalui cooling loss. Maka dari itu sangat mungkin tenaga yang hilang tersebut dimanfaatkan kembali untuk energy alternative di kapal, salah satunya adalah pemanfaatan energy dari exhaust gas (sebesar 24% dari total pembakaran) dan energi dari cooling system (sebesar 26% dari total pembakaran) sebagai sumber pemanas pada system pemanas untuk energi
7
reactivasi. Energi reaktivasi merupakan energi yang dibutuhkan untuk
memanaskan sebuah desiccant wheel agar zat kimia dapat melaksanakan
fungsinya untuk menyerap kelembaban udara.
2.1.5. Economizer
Pada dasarnya economizer merupakan suatu alat penukar panas. Didalam economizer terdapat tabung-tabung selongsong yang berisi fluida kerja, yaitu bisa berupa gas atau cair. Fluida kerja ini digunakan untuk mengambil panas (kalor) dari suatu tempat dan dipindahkan ketempat lain, maka dari itu fluida yang dipilih harus mampu menyimpan panas selama mungkin. Maka dari itu economizer harus direncanakan sedemikian rupa, sehingga mampu menangkap panas sesuai kebutuhan dengan waktu yang telah ditentukan. Hal ini dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut :
1. Mengatur susunan tabung-tabung selongsong
2. Meningkatkan jumlah tabung-tabung selongsong ( luas perpindahan panas)
Gambar 2.3. Exhaust Gas Economizer
(Sumber : www.kline.co.jp)
2.1.6. Sistem Tenaga Surya
Energi surya adalah energi yang didapat dari proses pengubahan panas matahari melalui peralatan tertentu menjadi sumberdaya dalam bentuk lain. Energi surya menjadi salah satu sumber pembangkit daya selain air, uap,angin, biogas, batu bara, dan minyak bumi.
Pengembangan pemanfaatan energi surya baru muncul lagi pada tahun 1958. Sel silikon yang dipergunakan untuk mengubah energi surya menjadi
sumber daya mulai diperhitungkan sebagai metode baru, karena dapat digunakan sebagai sumber daya bagi satelit angkasa luar.
Persamaan yang digunakan untuk menentukan kapasitas dari sistem tenaga surya : Pmodul surya = � � � � �ℎ� � x f AH = � 24 Cb =� � � Imaks = � �� Dimana : P : Kapasitas daya (W) ET : Beban daya (Wh) f : Faktor Penyesuaian
AH : Kapasitas AH yang dibutuhkan (Ah)
Vz : Tegangan listrik (V)
Cb : Kapasitas Baterai (Ah)
d : lama penyimpanan daya (hari)
I : Arus listrik (A)
DOD : Deep of discharge
2.2. Studi Hasil Penelitian Sebelumnya
Terdapat beberapa metode yang biasa digunakan untuk proses dehumidifikasi
yaitu compressor dehumidifier dan desiccants dehumidifier. Berdasarkan
penelitian sebelumnya mengenai penggunaan desiccants dehumidifier sebagai salah
satu metode untuk sistem ventilasi udara atau suplai udara pada suatu ruangan. Peneliti yang telah melakukan penelitian atau pengujian terhadap metode yang
serupa antara lain Yulizar Yusuf (2013), Rang Tu, Xiao-Hua Liu, and Yi Jiang
(2014), U. V. Kongre, A. M. Deshmukh, A. R. Mirashe (2014), Hadist Shofar Fauzi (2016).
Yulizar, Yusuf. (2013) melakukan analisa pengkondisian udara pada kapal
dengan menggunakan desiccant. Desiccant digunakan pada inlet sebelum udara
dari luar dialirkan ke ruang muat. Perancangan dilakukan dengan menghitung beban pada ruang muat sebesar 1796 kW dan kapasitas udara sebesar 11.45 m3/s pada 20 air changer/hour. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa sistem
pengkondisian udara tanpa menggunakan desiccant membutuhkan beban
pendingin sebesar 527 kW, sedangkan dengan menggunakan desiccant sebesar
1.199 kW yang terdiri dari beban pendingin 587 kW, heater sebesar 612 kW, dan
9
Rang Tu, Xiao-Hua Liu, dan Yi Jiang. (2014) melakukan analisa performa
pada Two-stage Desiccant Cooling System. Performa dianalisa pada two-stage
desiccant wheel dalam kondisi kerja. Sistem COPt sebesar 5,5 pada musim panas di Beijing dengan suplai kelembaban udara sebesar 10 g.kg. Skema yang
digunakan adalah dengan menggunakan matching method antara heat pump dan
desiccant. Penggunaan sistem baru dengan indirect cooler menimbulkan
performance yang lebih baik sebesar 15%.
U. V. Kongre, A. M. Deshmukh, A. R. Mirashe (2014) melakukan analisa
mengenai Design of Solar Desiccant Air Conditioner terlihat bahwa sistem yang
dibuat bekerja dengan baik di hari-hari cerah. Dalam rangka untuk meningkatkan
sistem itu direkomendasikan bahwa roda desiccant dibuat oleh silika gel dan
campuran tanah liat dan dibuat di casing yang memiliki poros dan bantalan terhubung ke roda. Penambahan motor untuk memutar roda akan membantu sistem secara keseluruhan dan regenerasi bahan pengering. Udara dingin akan mencapai
ruang oleh saluran yang terhubung ke outlet dari sistem. Itu Sistem memberikan
efek pendinginan hingga 200oC dan pemanasan efek hingga 300oC
Shofar Fauzi, Hadist (2016) melakukan analisa mengenai Desain Alternatif Sistem Ventilasi Udara pada Ruang Muat Kapal Pengangkut Ternak dengan
Menggunakan Two-wheel Desiccant, perhitungan terhadap proses dehumidifikasi
volume ruang muat sebesar 2061.05 m3 pada 20 air changes/hour didapatkan
spesifikasi desiccant wheel yang paling sesuai dengan diameter 2190 mm dan
ketebalan 200 mm. Rasio kelembaban udara luar pada temperatur 31oC sebesar
26.1 gw/kgda dapat diturunkan menjadi 17.64 gw/kgda setelah melewati desiccant
wheel 1 dan nilainya menjadi 14.70 g/kgda setelah melewati desiccant wheel
Untuk memenuhi kebutuhan pemanas desiccant sebesar 412.57 kW, digunakan
panas gas buang dari main engine dengan temperatur sebesar 252oC dan
menghasilkan daya sebesar 440.99 kW. Sedangkan penggunaan air kondensat sebagai media pendingin dapat mengurangi beban pendinginan sebesar 18.41 kW dari total kebutuhan pendinginan sebesar 490.63 kW
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Dalam membantu pembuatan skripsi ini diperlukan suatu urutan metode yang menjadi kerangka acuan dalam penyelesaian tugas akhir ini. Metodologi penulisan skripsi ini berisi tahapan-tahapan yang dilakukan untuk menyelesaikan permasalahan dalam pengerjaan skripsi ini. Dimulai dari perumusan masalah sampai nantinya didapat kesimpulan atas pengerjaan skripsi ini. Metodologi yang digunakan dalam skripsi ini adalah melalui tiga tahapan utama yaitu yang pertama adalah dengan merencanakan
sistem dehumidifikasi menggunakan rotary desicaants, tahap kedua adalah
merencanakan kebutuhan pemanas dan pendingin serta sistem pemenuhan kebutuhan listrik, dan tahap terakhir adalah dengan melakukan analisa kesesuaian kondisi desain. Untuk lebih jelasnya akan dijabarkan sebagai berikut :
3.1. Perencanaan Rotary Desiccants
Proses perencanaan sistem dehumidifikasi dengan rotary desiccants dilakukan
dengan cara berikut:
1) Penentuan kondisi awal desain
Kondisi awal desain diperlukan sebagai acuan dalam menentukan parameter – parameter yang akan digunakan pada inlet proses. Parameter nilai entalpi dan rasio kelembaban awal diperoleh dengan menentukan kondisi awal lingkungan dan diplotkan pada grafik psikrometri. Pada penentuan kondisi awal desain ini menggunakan standart-standart penyimpanan muatan sesuai dengan muatan pada ruang muat kapal pelayaran rakyat. Diantaranya adalah standart kondisi penyimpanan beras, tepung ataupun bahan sembako yang lainnya.
2) Penggambaran flow diagram dan instalasi sistem.
Penggambaran flow diagram dan instalasi sistem dimaksudkan untuk
mengetahui alur sistem dan menentukan kebutuhan actual dalam
perencanaan sistem ventilasi dengan menggunakan rotary desiccant.
3) Perhitungan volume ruang muat.
Perhitungan volume ruang muat dilakukan untuk mengetahui udara yang
dibutuhkan oleh setiap ruang muat yang akan disuplai oleh peralatan rotary
desiccant. Volume ruang muat diperoleh dari capacity plan pada gambar rencana umum Kapal.
4) Perhitungan Kapasitas Udara.
Kapasitas udara yang dihitung adalah kapasitas udara yang akan disuplai
oleh rotary desiccant ke dalam ruang muat. Nilainya mengacu pada total
volume ruang muat dikalikan dengan nilai air changes per hour yang diatur
5) Pemilihan Spesifikasi Rotor Desiccant.
Spesifikasi rotor desiccant diperoleh dengan membandingkan nilai rasio
kelembaban yang dihasilkan oleh rotor pada beberapa ukuran diameter dan ketebalan. Pemilihan ukuran dan diameter dilakukan dengan bantuan
Desiccant Wheel Simulation Program DWTransient melalui proses input parameter desain yang meliputi kapasitas udara yang akan disuplai, temperatur awal, dan nilai rasio kelembaban pada inlet proses.
3.2. Perencanaan Kebutuhan Pemanas, dan Pendingin
1) Perencanaan kebutuhan pemanas.
Perencanaan kebutuhan pemanas dihitung berdasarkan kapasitas pemanasan
yang dibutuhkan oleh kedua mesin pemanas (heater) dalam menghasilkan
panas udara reaktivasi. Alternatif pemenuhan kebutuhan pemanas menggunakan panas gas buang mesin induk dihitung berdasarkan data pada
engine project guide yang digunakan.
Perhitungan dilakukan untuk mengetahui estimasi jumlah dan temperatur
gas buang sebagai sumber panas untuk pemanas desiccant.
2) Perencanaan sistem pendingin.
Perencanaan sistem pendingin dilakukan dengan menghitung kebutuhan beban pendinginan yang diperlukan untuk menurunkan temperatur udara hasil dehumidifikasi hingga mendapatkan temperatur sesuai dengan kondisi desain. Pada pemenuhan kebutuhan pendingin sistem ini menggunakan air laut untuk menurunkan temperature udara hasil reaktivasi sistem.
3.3. Perencanaan Sistem Kelistrikan
Proses perencanaan sistem kelistrikan menggunakan photovoltaic atau lebih
dikenal dengan istilah solar panel dilakukan dengan cara berikut :
1) Perencanaan Kebutuhan Beban
Dalam perencanaan kebutuhan beban yang digunakan untuk memenuhi dari
sistem desiccant dehumidifier dibutuhkan sebuah fan untuk mengalirkan
udara dalam sistem baik untuk proses inlet maupun outlet. Sedangkan untuk
proses reaktivasi udara dari sistem dibutuhkan sebuah motor yang
digunakan untuk memutar rotary desiccant. Selain itu juga dalam sistem
solar panel ini nantinya akan digunakan untuk memenuhi kebutuhan daya dari pompa air laut yang digunakan dalam sistem pendingin.
2) Perecanaan Kapasitas Daya Modul
Perencanaan kapasitas daya modul ini dilakukan untuk mengetahui jumlah dari kapasitas modul surya yang diperlukan. Kapasitas daya modul surya dapat dihitung dengan memperhatikan beberapa faktor diantaranya adalah energi total yang dibutuhkan, insolasi matahari, dan faktor penyesuaian.
13
Perencanaan spesifikasi peralatan dilakukan dengan melakukan perhitungan kapasitas baterai terlebih dahulu. Setelah mendapatkan hasil dari kapasitas baterai yang diperlukan baru menentukan spesifikasi dari modul surya yang
akan digunakan beserta jumlah yang harus dipasang pada sistem solar panel
untuk memenuhi kebutuhan dari sistem solar desiccants. Pada tahapan ini
juga dilakukan perhitungan arus, tegangan dan juga spesifikasi baterai serta jumlah yang diperlukan.
3.4. Analisa Kesesuaian Kondisi Ruang Muat
Pada tahap ini dilakukan analisa dari hasil pengerjaan tugas akhir. Analisa ini dilakukan untuk mengetahui apakah desain yang dirancang sesuai dengan yang diinginkan yaitu mampu mempertahankan kondisi di ruang muat berdasarkan jenis muatan yang diangkut. Kesesuaian kondisi ruang muat ditentukan dengan
mempertimbangkan parameter udara hasil proses dehumidifikasi pada rotor
desiccant dan kaitannya dengan kemampuan pendinginan sebelum disuplai untuk ruang muat.
3.5. Flowchart Metodologi Tidak Ya Studi Literatur Pengumpulan Data Pengolahan Data -General Arrangement -Regulasi Class
-Standard lain (ISO, dll) -Spesifikasi peralatan
Perencanan Dehumidifikasi
pada rotary desiccants
Perencanaan Kebutuhan Pemanas
Perencanaan Sistem Pendingin Penentuan Skema Sistem
dan Kondisi Desain
Gambar 3.1Flow Chart Metodologi
Analisa Kesesuaian kondisi Desain
Mulai
Selesai
BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Umum
Gambar 4.1 KLM. Pesona Bahari
4.1.1 Data Utama Kapal
Length overall (Loa) : 35,10 meter
Length of waterline (Lwl) : 31,85 meter
Length between perpendiculars (Lpp) : 30,05 meter
Breadth moulded (B) : 9,50 meter
Draught design (T) : 3,62 meter
Service speed (Vs) : 10,2 knot
4.1.2 Ruang Muat
Berikut adalah data kapasitas muatan pada ruang muat Kapal Pelayaran Rakyat berdasarkan Surat Ukur Internasional yang dikeluarkan oleh Kesyahbandaran Republik Indonesia.
Gambar 4.2 Surat Ukur Internasional KLM Pesona Bahari
Berdasarkan data pada surat ukur internasional KLM Pesona Bahari, total volume
ruang muat kapal (vol.) adalah sebesar 437,50 m3
Volume ruang muat digunakan untuk menentukan intensitas pembilasan udara (air
17
4.2 Perencanaan Sistem Ventilasi Wheel Desiccant
Gambar 4.3 Skema sistem pengkondisian udara menggunakan wheel desiccant
Keterangan:
A Desiccant wheel
Sebagai media dehumidifikasi. Material penyusun desiccant wheel yang
digunakan adalah silica gel.
B Electric Motor
Sebagai penggerak dari desiccant wheel,
C Cooling/Heat Exchanger
Sebagai pendingin supply air. Dalam hal ini digunakan skema penukar kalor
dengan memanfaatkan air laut.
D Sea Water Pump
Sebagai pompa yang mensirkulasikan air laut untuk pendingin supply air.
E Cargo Hold
Sebagai ruangan yang dikondisikan/conditioned space.
F Solar Heat Radiation
Sebagai beban panas yang mempengaruhi perubahan kondisi udara pada ruangan muat atau ruang yang dikondisikan
G Heater
Pemanas, dalam hal ini panas yang dibutuhkan akan disuplai dengan
memanfaatkan panas exhaust gas dari main engine.
H Economizer
Sebagai alat penukar panas yang berfungsi untuk memanfaatkan panas dari
exhaust gas main engine untuk supply panas heater.
I Exhaust Fan
Sebagai air circulation dari sistem desiccant dehumidifier menuju udara
luar.
J Supply Fan
Sebagai air supply dari udara luar ke dalam sistem desiccant dehumidifier.
A B C D E F G H I J Inlet Outlet
4.2.1 Perhitungan Kapasitas Udara Ruang Muat
Total volume ruang muat Kapal (vol.) adalah sebesar 437,50 m3. Sehingga :
=
Dimana :
= kapasitas udara (m3/h)
= volume ruang muat (m3)
= air change per hour (x/h)
= nilainya mengacu pada rekomendasi class.
Berdasarkan Badan Klasifikasi Indonesia Section 2 Ventilation System on Board
Seagoing Ships, nilai air change per hour diatur dalam Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Ketentuan Umum Suplai Udara di Kapal
Ventilated space Air changes/hour Supply air Air changes/hour Exhaust air
Paint store and flammable
liquid locker 10 CO2 room 6 Separator space 30 Refrigerating machinery room 30/40 Livestock spaces 20-30 Cargo Holds 6/8
Dangerous goods in package
19
Pada perencanaan ini nilai air changes/hour diambil 6.
Sehingga,
=
= 6 x 437,50
= 2625 m3/h = 0,729 m3/s
4.2.2 Penentuan Kondisi Desain
Berdasarkan data dari Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika yang diambil di seluruh stasiun yang ada di berbagai provinsi pada rentang waktu tahun 2015 bahwa udara luar untuk daerah tropis khusunya Indonesia memiliki
rata-rata temperatur 27oC dengan 79,5% RH akan dikondisikan pada temperatur
43oC (110oF) dengan 65% RH. Penentuan kondisi temperature dan kelembaban
relatif berdasarkan standart penyimpanan muatan (beras, gula, dan tepung) dalam
ruang muat kapal. Ratio humidity pada kondisi udara luar akan dikondisikan
hingga nilainya mendekati nilai yang ditentukan menggunakan desiccant wheel.
Tabel 4.2 Standart Temperature dan Kelembaban Relatif Penyimpanan Muatan
Bahan Pokok
No. Bahan Pokok Temperature Maks (oC) RH Maks (%)
1 Gula 43 65
2 Beras 43 70
3 Tepung - 65
4.2.2.1 Tanpa menggunakan Desiccant
h1
h2
w2
w1
Gambar 4.4 Grafik psikrometri kondisi awal Sumber: ASHRAE HANDBOOK 2005
ℎ = 74,4 kJ/kgda
ℎ = 104,1 kJ/kgda
= 18,5 gw/kgda
= 26,1 gw/kgda
Dengan menggunakan wheel desiccant, humidity ratio,w1 sebesar 18,5 gw/kgda
akan dikondisikan sampai nilainya mendekati w2 sebesar 26,1 gw/kgda. Analisa
pengkondisian udara menggunakan wheel desiccant dilakukan dengan
bantuan desiccant wheel simulation program untuk mendapatkan spesifikasi
wheel yang paling sesuai.
4.2.2.2 Menggunakan Wheel Desiccant
Gambar 4.5 Skema kerja desiccant wheel
Aliran udara untuk proses dehumidifikasi dengan mengalirkan udara masuk ke desiccant wheel. Desiccant wheel berfungsi sebagai penyerap dari
kelembaban relatif dari udara dari luar. Dalam menentukan kondisi udara
yang akan dikondisikan dalam sistem solar desiccant ini menggunakan
beberapa variable dan parameter desain pada desiccant wheel simulation
program yang sudah ada, berikut parameter yang digunakan : Outside Air 27oC 79,5% Supply Air X oC X % After wheel X oC X % Regen Air 56,6oC
21
Desiccant Wheel
Desiccant process inlet
Air flow = 2625 m3/h
Tabel 4.3 Varible Teperature dan Kelembaban Udara pada Desiccant Process
Inlet
No. Kota Temperature (oC) RH (%)
1 Bandung 17 74,4 2 Palu 38,5 83,1 3 Semarang 28,5 70 4 Kualanamu 17,4 86,9 5 Riau 27,2 80,5 6 Serang 27 79,5
Tabel diatas merupakan varible temperature dan kelembaban dari parameter
desain yang akan diproses melalui software desiccant wheel simulation
program yang merupakan proses penyerapan kelembaban udara melalui
desiccant wheel sehingga menghasilkan udara kering yang sudah ditentukan. Parameter temperature dan kelembaban relative udara didasarkan pada data dari BMKG dari berbagai wilayah di Indonesia yang diambil sesuai dengan wilayah dengan ketentuan temperature terendah dan tertinggi, kelembaban relatif udara terendah dan tertinggi, temperature rata-rata serta kelembaban relatif rata-rata-rata-rata.
Regeneration T react = 66oC R/P Ratio = 0.333 Rotor information Desiccant type = WSG Rotor depth = 200 mm Rotor velocity = 24 rph
Gambar 4.6 Program simulasi Desiccant wheel
Hasil proses dehumidifikasi pada desiccant wheel :
Process outlet
Tabel 4.3 Hasil dehumidifikasi pada desiccant wheel
No. Input Output Temperature (oC) RH (%) Diameter (mm) Temperature (oC) RH (%) 1 17 74,4 550 25,9 32,9 2 17 74,4 770 27,4 31,8 3 17 74,4 965 28,9 31,1 4 17 74,4 1070 29,9 30,6 5 38,5 83,1 550 47,7 46,5 6 38,5 83,1 770 48,1 45,3 7 38,5 83,1 965 48,3 44,6 8 38,5 83,1 1070 48,7 43,5 9 28,5 70 550 36 40,1 10 28,5 70 770 37,9 35,5 11 28,5 70 965 38,5 35,1 12 28,5 70 1070 39 34,7 13 27,4 85,9 550 36,8 42,7 14 27,4 85,9 770 37,8 40,8
23 15 27,4 85,9 965 38,4 40,1 16 27,4 85,9 1070 39,1 38,8 17 27,2 80,5 550 36,4 40,4 18 27,2 80,5 770 37,3 38,8 19 27,2 80,5 965 38 38,3 20 27,2 80,5 1070 38,6 37,2 21 27 79,5 550 36,2 39,9 22 27 79,5 770 37 38,4 23 27 79,5 965 37,7 37,9 24 27 79,5 1070 38,4 36,8
Dari tabel diatas di dapat temperature dan kelembaban relatif udara yang akan
dijadikan supply pada ruang muat. Hasil proses dehumidifikasi dari desiccant
wheel simulation program dibeberapa varible temperature, diameter, dan
kelembaban relatif udara menunjukkan temperature tertinggi adalah 48,7 oC
dengan kelembaban relatif udara tertinggi adalah 46,5%.
Dengan pertimbangan kondisi desain pada temperature tertinggi yaitu 38,5oC
dan kelembaban relatif udara 83,1% maka dapat ditentukan ukuran dari
desiccant wheel. Selain itu, ukuran ruangan yang akan digunakan untuk
meletakkan desiccant yang berada pada main deck dengan tinggi ruangan 1,8
meter, maka desiccant wheel yang dipilih sebagai berikut :
Rotor dimension = 550 mm x 200 mm
Dry bulb temperature = 47,7oC Wet bulb temperature = 35,8 oC Humidity ratio = 33,12 gw/kg
Udara hasil proses dehumidifikasi pada desiccant wheel kemudian diproses
kembali untuk proses reactivasi dari desiccant wheel.
Sedangkan aliran udara untuk proses regenerasi dimulai dari udara ruang
muat menuju desiccant wheel. Kebutuhan temperatur pemanasan untuk
rotor desiccant adalah sebesar 66oC. Udara ruang muat setelah melewati
pendingin pada temperatur 36oC akan dipanaskan hingga mencapai
temperatur 66oC sebagai udara reaktivasi desiccant wheel..
Regeneration
T react = 66oC
Berdasarkan analisa hasil proses dehumidifikasi dan desiccant yang dipilih,
maka desain rancangan telah sesuai dengan space requirement yang tersedia,
penurunan nilai humidity ratio dapat mencapai nilai 33,12 gw/kg.
Nilai humidity ratio tersebut jika diplotkan pada grafik psikrometri berada pada
46,5% kelembaban relatif. Parameter tersebut sudah memenuhi kebutuhan dari kondisi awal desain, sehingga hasil dehumidifikasi dikatakan sesuai dengan
perencanaan. Terkait dengan keterbatasan penurunan nilai humidity ratio, hal ini
berkaitan dengan keterbatasan pemilihan diameter desiccant. Pemilihan diamater
wheel desiccant ini jga memepertimbangkan peletakannya yang berada di main deck dan termasuk dalam kategori penyimpanan muatan pada kapal pelayaran
rakyat. Apabila desiccant yang dipilih dapat mencapai diamater 965 mm maka
nilai humidity ratio akan dapat diturunkan lebih kecil dari 32,69 gw/kg dengan
konsekuensi komponen desiccant akan lebih cepat mengalami kerusakan karena
pengaruh lingkungan luar.
Spesifikasi desiccant wheel yang dipilih sebagai berikut:
Tabel 4.5 Spesifikasi Silica Gel Desiccant
Model No. Wheel diameter (mm) Wheel depth (mm) Cassette Height/Width (inches) A Cassette depth (inches) B Approx. total Wt. (pounds) 550 550 200 35,8 12 180
25
4.3 Perencanaan Pemanas
Rotor yang telah digunakan untuk menyerap kelembaban membutuhkan pemanas
agar desiccant wheel dapat digunakan kembali untuk menyerap kelembaban.
Berdasarkan hasil proses dehumidifikasi, diketahui untuk heater desiccant wheel
Temperatur udara (T1) : 35oC
Temperatur udara reaktivasi (T2) : 66oC
Kalor spesifik (Cp) : 1,00636 kJ/kg.K
Density (ρ) : 1,14152 kg/m3
Laju aliran massa (m) : 2625 x 1,14152
: 2996,49 kg/h : 0,832 kg/s
Daya pemanas (qheater) : m x Cp x (T2–T1)
: 0,832 x 1,0063 x 31 : 24,292 kW
4.3.1. Perhitungan Energi yang dihasilkan Gas Buang
Energi yang dimiliki oleh gas buang ditentukan oleh besar kecilnya laju aliran massa dan tinggi rendahnya temperatur dari gas buang itu sendiri. Berikut ini merupakan tabel laju aliran massa beserta suhunya pada tiap-tiap % power engine :
Tabel 4.6 Laju aliran massa dan temperatur gas buang
At % Power Flow Rate (kg/s) Temperature (oC)
100 % Power 1,55 370
85 % Power 1,39 340
75 % Power 1,2 350
50 % Power 0,8 385
(Sumber : Nissan NKC-RH10C)
Dengan data-data tersebut diatas maka dapat dihitung berapa besar potensi panas yang dapat dimanfaatkan dari gas buang pada tiap-tiap % power engine sebagai berikut :
a. 100% power engine
= 1,55 x 1,063 x 370 = 609,6305 kJ/s = 609,6305 kW b. 85% power engine = 1,39 x 1,054 x 340 = 498,1204 kJ/s = 498,1204 kW c. 75% power engine = 1,2 x 1,056 x 350 = 443,52 kJ/s = 443,52 kW d. 50% power engine = 0,8 x 1,065 x385 = 328,02 kJ/s = 328,02 kW
Berdasarkan hasil perhitungan, diperoleh hasil bahwa temperatur gas buang
yang dihasilkan oleh gas buang sebesar 340oC dapat menghasilkan daya
sebesar 498,1204 kW pada saat engine beroperasi dengan 85% power. Daya yang dihasilkan oleh panas gas buang tersebut dapat digunakan untuk
memenuhi kebutuhan heater pada desiccant wheel. Sedangkan untuk
kebutuhan pemanas energi reaktivasi yang dibutuhkan sebesar 24,292 kW
dengan temperature pemanas 66oC. Sehingga dapat disimpulkan bahwa daya
yang dihasilkan oleh panas gas buang main engine dapat memenuhi kebutuhan daya pemanas energi reaktivasi.
4.3.2. Perhitungan Economizer
4.3.2.1 Perhitungan Kesetimbangan Energi � = ̇
� = ̇
� = ̇
ℎ = �ℎ �
27
Dimana,
̇ℎ = Laju aliran massa (exhaust gas) = 1,39 kg/s
̇ = Laju aliran massa (T.O) = kg/s
= Massa jenis (T.O) = 787,4 kg/m3
Ch = Kalor spesifik (exhaust gas) = 1054,12 J/kg oC
Cc = Kalor spesifik (T.O) = 4019.68 J/kg oC
ΔTh = Beda temperature (exhaust gas)= (350-311) oC
ΔTc = Beda temperature (T.O) = (66-27) oC
= 0,0526 kg/s
Sehingga laju aliran masa yang untuk fluida thermal oil adalah 0,0526 kg/s. Dan
untuk menentukan pompa thermal oil diperlukan debit dari aliran thermal oil.
Debit yang dibutuhkan tersebut untuk memenuhi supply thermal oil economizer
pada exhaust gas adalah
= ̇
= , ,
= 0,0000068 m3/s
= 0,24 m3/h
Dari perhitungan economizer dari exhaust gas didapat kebutuhan debit aliran
thermal oil untuk supply pemanas sistem sebesar 0,24 m3/h. Debit tersebut akan
digunakan untuk pemilihan pompa sirkulasithermal oil sebagai economizer dari
exhaust gas pada pemanas sistem solar dehumidifier.
4.3.2.2 Perhitungan Koef. Perpindahan Kalor Menyeluruh
1). Menghitung Tahanan Thermal di dalam pipa a). Menghitung Reynold Number
Dimana,
∞ = Kecepatan fluida = 5,6071 m/s
X = Diameter dalam pipa = 0,0254 m
= Viskositas kinematis = 2,38x10-5 m2/s
= ∞�
, × , × = ̇ × , ×
̇ = ,
= 5984,048 b). Prandtl Number (Pr) Dimana, k = Konduktivitas termal = 0,1162 W/m oC Cp = Kalor spesifik = 2623 J/kg oC = Viskositas dinamis = 0,00064 kg/m.s = 14,4919 c). Stanton Number = 0,0008744
d). Perpindahan Kalor Rata-Rata di dalam pipa
Dimana,
∞ = Kecepatan fluida = 5,607 m/s
Cp = Kalor spesifik = 2623 J/kg oC
= Massa jenis = 787,4 kg/m3
= 10126,605 W/m2oC
e). Tahanan Thermal di dalam pipa
= , , ×× ,−5 = = ℎ � = , / − /5 = × ℎ× ∞ ℎ = , × , × × , = × ,, = , ×, ,/ − /5
29
= 0,001238
2). Menghitung Tahanan Thermal Dinding
Material pipa direncanakan terbuat dari campuran antara tembaga (copper) dan nikel dengan komposisi 90% tembaga, 10% nickel.
Dimana,
Δx = Ketebalan dinding pipa = 0,00165 m
k = Koef. Perpindahan panas material = 70,2 W/moC
ro = Radius luar pipa = 0,01435 m
ri = Radius dalam pipa = 0,0127 m
= 0,000277
3). Menghitung Tahanan Thermal diluar pipa
. Tahanan Thermal di luar pipa
Dimana,
ℎ = Perpindahan kalor rata-rata =1040,475 W/m2oC
= 0,001066
4). Menghitung Tahanan Thermal Uap Air c). Koefisien Perpindahan panas menyeluruh
= , × , × , = ⁄ = × , × ,, ⁄ , = � � + � + = ℎ � = , × . × . = , × , , + , × , + ,
= 397,6143 W/oC m (panjang)
Dengan memasukkan nilai Ao = 0,0901243 m2/m
= 4411,843 W/m2oC
4.3.2.3 Perhitungan Dimensi Economizer
a). Menghitung nilai Q
= , Watt
b). Menghitung nilai LMTD
Dimana,
Th2 = Temperatur masuk E.G = 350 oC
Th1 = Temperatur keluar E.G = 311 oC
Tc2 = Temperatur keluar T.O = 66 oC
Tc1 = Temperatur masuk T.O = 27 oC
= 283,499 oC
c). Menghitung kebutuhan luas perpindahan Panas
ℎ = ̇ℎ ℎ∆ ℎ ∆ = [ℎ − − ℎ − ℎ − / ℎ − ] � = ∆ ℎ = , × , × ∆ = [ −− −/ −− ] = � � = , ,
31
Dimana,
U = Koef. Perpindahan panas = 4411,843 W/m2 oC
Q = Kalor = 57143,8452 W
∆ = Beda rata-rata temperatur = 283,499 oC
= 0,1828 m2
Berdasarkan perhitungan diatas didapatkan dimensi dari economizer yang akan
digunakan pada exhaust gas sebesar 0,1828 m2.
4.3.3. Perhitungan Heat Exchanger
4.3.3.1. Perhitungan Kesetimbangan Energi
Dimana,
̇ = Laju aliran massa (udara) = 0,832 kg/s
̇ℎ = Laju aliran massa (T.O) = 2,236 kg/s
Ch = Kalor spesifik (T.O) = 2859 J/kg oC
Cc = Kalor spesifik (udara) = 1006,36 J/kg oC
ΔTh = Beda temperature (T.O) =
ΔTc = Beda temperature (udara) = 31 oC
= 4,06 oC
Sehingga suhu thermal oil yang keluar dari heat exchanger adalah Th out = Th in -
ΔTh = 66 – 4,06 = 61,94 oC � = , ×, , = ℎ ̇ ∆ = ̇ℎ ℎ∆ ℎ , × , × = , × × ∆ ℎ ∆ ℎ= ,,
Berdasarkan hasil perhitungan, diperoleh hasil bahwa temperatur gas
buang yang dihasilkan oleh gas buang sebesar 350oC dapat menghasilkan daya
sebesar 498,12 kW. Daya yang dihasilkan oleh panas gas buang tersebut dapat
digunakan untuk memenuhi kebutuhan heater pada desiccant wheel sebesar
24,292 kW. Daya dari exhaust tersebut akan dipindahkan sebagian melalui
economizer yang akan dihubungkan langsung dengan heater pada desiccant wheel. Dari perhitungan economizer yang menggunakan fluida thermal oil
sebagai media perpindahan panas didapat debit dari aliran thermal oil sehingga
dapat ditentukan spesifikasi pompa untuk sirkulasi dari thermal oil. Untuk
mengetahui besaran daya yang dipindahkan exhaust gas pada economizer dapat
dilihat dari luas permukaan yang ada pada economizer yaitu sebesar 0,1828 m2.
Luas permukaan sebesar 0,1828 m2 merupakan media perpindahan panas dengan
daya 24,292 pada economizer yang diperlukan untuk kebutuhan heater desiccant
wheel.
4.4 Perencanaan Sistem Pendingin
Berdasarkan hasil dari proses dehumidifikasi didapatkan temperature tertinggi sebesar 47,7 dengan kelembaban relatif tertinggi adalah 46,5%. Sedangkan dalam penentuan kondisi desain awal ruang muat harus dikondisikan sesuai temperature dan kelembaban relatif udara untuk penyimpanan bahan pokok
yaitu temperature maksimal sebesar 43oC dan kelembaban relatif udara sebesar
65%. Dengan hasil dehumidifikasi yang melebihi kondisi desain awal maka diperlukan sistem pendingin untuk menurunkan temperature hasil dehumidifikasi
yang berfungsi sebagai air supply dalam ruang muat kapal. Perencanaan sistem
pendingin ini dilakukan dengan memanfaatkan air laut yang memiliki temperature rata-rata 28oC.
4.4.1. Perhitungan Cooling
Dalam menentukan desain dari sistem pendingin dapat dilakukan menggunakan
perhitungan dari kesetimbangan energi yaitu = . . ∆ . Dimana untuk
temperature awal adalah 47,7oC yang kemudian diturunkan ke temperature udara
luar sebesar 35oC. Setelah itu dilakukan pemilihan spesifikasi pompa sea water
yang digunakan untuk supply air laut dalam sistem pendingin.
4.4.1.1. Perhitungan Kebutuhan Daya Pendingin
Berdasarkan hasil proses dehumidifikasi, diketahui Untuk kebutuhan pendingin sistem
Temperatur udara (T1) : 47,7 oC
Temperatur udara luar (T2) : 35oC
33
Density (ρ) : 1,1051 kg/m3
Laju aliran massa (m) : 2625 x 1,1051
: 2900,89 kg/h : 0,832 kg/s
Daya pemanas (qheater) : m x Cp x (T2–T1)
: 0,832 x 1,00735 x 12,7 : 10,306 kW
4.4.1.2. Perhitungan Kesetimbangan Energi
Dimana,
̇ = Laju aliran massa (air laut) = kg/s
̇ℎ = Laju aliran massa (udara) = 0,6239 kg/s
= Massa Jenis (air laut) = 1022,64 kg/m3
Cc = Kalor spesifik (air laut) = 4001,88 J/kg oC
Ch = Kalor spesifik (udara) = 1007,35 J/kg oC
ΔTc = Beda temperature (air laut) = 12,7 oC
ΔTh = Beda temperature (udara) = 12,7 oC
= 0,1571 kg/s
Sehingga debit yang dibutuhkan untuk memenuhi supply air pendingin dari air
laut adalah
= ̇
= , ,
= 0,000154 m3/s
= 0,553 m3/h
Dari perhitungan sistem pendingin didapat kebutuhan debit aliran air laut untuk supply pendingin sistem sebesar 0,553 m3/h. Debit tersebut akan digunakan
untuk pemilihan pompa supply air laut sebagai pendingin dari sistem solar
dehumidifier.
=
̇ ∆ = ̇ℎ ℎ∆ ℎ
̇ × , × , = , × , × ,
4.4.2. Perhitungan beban panas
Beban panas yang mempengaruhi kondisi ruang muat berasal berasal dari
panas yang dihasilkan oleh radiasi sinar matahari (∅s). Dalam proses
perhitungan ini sesuai dengan ISO 7574 mengenai Ship and Marine
Technology – Air Conditioning and Ventilation of Accomodation Spaces. Dengan perhitungan tersebut maka dapat dilihat hasil dari kemampuan sistem pendingin untuk menahan beban panas dari radiasi sinar matahari agar sesuai dengan desain awal yang sudah ditentukan.
Dimana,
�̇� = Luas permukaan = 133,12 m2
= Temperature radiasi = 32 K
= Koefisien heat transfer total = 1022,64 kg/m3
Ag = Luas permukaan jendela = 0 m2
Gs = Kenaikan panas dari jendela = 240 W/m2
Dimana,
� = Koefisien heat transfer permukaan udara
= 80 W/(m2.K)
d = Ketebalan material = 0,07 m
= Konduktivitas thermal = 0,16 W/m.K
ML = Insulasi thermal celah udara = 0,17 m2.K/W
Mb = Insulasi thermal material = 0,375 m2.K/W
= Faktor koreksi = 0,82 ∅ = Ʃ�� . + Ʃ�̇�
= Ʃ
�+
� �+��+�� �=
+
, , + , + , 5 , = , = , ∅ = , , + ∅ = , �35
Dari perhitungan diatas didapat panas yang dihasilkan dari radiasi matahari sebesar 4816,365 watt. Panas ini menimbulkan perubahan temperature pada ruang muat kapal yang dikondisikan oleh sistem.
4.4.3. Perhitungan Perubahan Temperature
Perhitungan perubahan temperature diperlukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh panas dari radiasi matahari terhadap udara setelah melewati sistem pendingin. Untuk menghitung perubahan temperature yang terjadi pada ruang muat kapal yang dikondisikan sistem dapat menggunakan rumus Dimana,
Q = Energi panas (radiasi matahari) = 4,8163 kW
q = Debit (udara) = 2625 m3/h
ρ = Massa Jenis (udara) = 1,1482 kg/m3
M = Laju aliran masa (udara) = 0,8373 m3/s
Cp = Kalor spesifik (udara) = 1,0062 Kj/Kg.h
T1 = Temperature udara luar = 35 oC
Dari perhitungan diatas didapat perubahan temperature akibat adanya energi
panas dari radiasi matahari sebesar 0,5717oC. Sehingga temperature akhir dari
ruang muat adalah 35,5717oC. Dengan hasil tersebut dapat di lihat bahwa
kemampuan sistem pendingin yang ada dalam sistem mampu untuk memenuhi kebutuhan dari sistem dan beban panas dari radiasi sinar matahari.
4.5 Perencanaan Sistem Kelistrikan
Dalam perencanaan sistem kelistrikan solar desiccant ada beberapa
pertimbangan yang perlu diperhatikan seperti insolasi matahari pada suatu daerah. Untuk parameter desain sistem kelistrikan menggunakan solar panel pada sistem diperlukan proses mengenai perubahan dari energi matahari hingga
, = , , ΔT = . ΔT ΔT= , oC T = T + ΔT T = + , T = , oC
pendistribusian energi listrik yang dihasilkan. Berikut proses distribusi solar panel untuk kebutuhan beban daya yang dibutuhkan sistem solar desiccant.
Gambar 4.8 Skema Distribusi Energi Listrik Solar Panel
Keterangan:
A Solar Radiation
Sebagai sumber energi yang berfungsi untuk memenuhi kebutuhan daya
listrik sistem solar desiccant.
B Photovoltaic
Media penyerap panas matahari yang berfungsi untuk mengubah energi panas matahari menjadi energi listrik.
C Battery
Sebagai media penyimpanan energi listrik yang dihasilkan oleh photovoltaic
yang kemudian didistritribusikan pada kebutuhan sistem.
D Eletric Motor
Berfungi untuk memutar desiccant wheel agar proses reaktivasi dapat
berlangsung. Electric motor ini merupakan beban daya untuk sistem
kelistrikan.
E Exhaust Fan
Sebagai air circulation dari sistem desiccant dehumidifier menuju udara
luar. Exhaust fan ini merupakan beban daya untuk sistem kelistrikan.
F Supply Fan
Sebagai air supply dari udara luar ke dalam sistem desiccant dehumidifier.
Supply fan ini merupakan beban daya untuk sistem kelistrikan.
G Thermal Oil Pump
A B C D E F G H
37
Sebagai pompa sirkulasi thermal oil pada economizer dan heater untuk
exhaust gas dan energi reaktivasi. Thermal oil pump ini merupakan beban daya untuk sistem kelistrikan.
H Sea Water Pump
Sebagai pompa yang mensirkulasikan air laut untuk pendingin supply air.
Sea water pump ini merupakan beban daya untuk sistem kelistrikan. Sea water pump ini merupakan beban daya untuk sistem kelistrikan.
4.5.1. Perhitungan Energi Total Beban Daya
Menetukan kebutuhan beban daya yang dibutuhkan sistem dengan mencari spesifikasi setiap peralatan yang dibutuhkan untuk masing-masing sistem.
Tabel 4.7. Spesifikasi Perlatan Sistem Solar Desiccant
No. Alat Daya
(Watt) Waktu (Jam) Energi (Wh) 1 Electric Motor 83 24 1992 2 Exhaust Fan 342 24 8208 3 Supply Fan 342 24 8208
4 Thermal Oil Pump 300 24 7200
5 Sea Water Pump 370 24 8880
Tabel diatas menunjukkan beban daya yang dibutuhkan oleh sistem, sehingga dalam perencanaan sistem kelistrikan dapat terpenuhi oleh tenaga surya. Beban tersebut masing-masing sesuai dengan spesifikasi dan kebutuhan pada tiap sistem.
Dari tabel diatas didapat bahwa jumlah energi total yang dibutuhkan sistem sebesar 34.488 Wh.
ET = EA + (15%EA) losses peralatan 15% ET = 34488 + (15%x34488)
ET = 39661,2 Wh
4.5.2. Perhitungan Kapasitas Daya Modul
Kapasitas daya modul sel surya dapat diperhitungkan dengan memperhatikan beberapa faktor, yaitu kebutuhan energi sistem yang disyaratkan, insolasi
matahari, dan faktor penyesuaian (adjustment factor). Kebutuhan energi sistem
hasil perhitungan, yaitu sebesar 39661,2 WH. Insolasi matahari bulanan yang terendah adalah pada bulan Januari 2015 yaitu 3,91 (sumber BMG, BPPT). Untuk faktor penyesuaian instalasi adalah 1,1 (Mark Hankins,1991)
Kapasitas daya modul =
=
= 11157,88 wp
a) Kapasitas yang dibutuhkan
AH = Dimana,
V = Voltase dari instalasi = 24 v AH =
AH =464,9118 Ah
4.5.3. Perhitungan Kapasitas Baterai
Lama penyimpanan yang ditentukan adalah satu hari, jadi baterai hanya
menyimpan energi dan menyalurkannya pada hari itu juga. Besarnya deep of
discharge (DOD) pada baterai adalah 80% (Mark Hankins, 1991)
Cb =
Cb =
Cb = 581,139
4.5.4. Perhitungan Jumlah Modul Surya
Modul photovoltaik yang akan digunakan mempunyai spesifikasi sebagai berikut :
Kapasitas Daya = 345 WP
Arus Maksimum = 6,02 Ampere
Tegangan maksimum = 57,3 Volt
Dimensi = 1,6 x 1,05 m
Karena kapasitas daya modul surya dibutuhkan 11157,88 Wp dan kapasitas daya 1 unit photovoltaik 345 WP dapat dibuat persamaan:
� � � , , , , � , %
39
∑m =
= = 33 unit.
Kebutuhan modul surya pada sistem sebesar 33 unit modul PV yang dihubungkan pada tiga beterai dengan kapasitas 660 AH. Dari jumlah modul surya sebesar 33 unit maka kebutuhan luasan yang diperlukan sebesar 55,44
m2. Sedangkan luasan penempatan modul surya yang ada pada kapal sebesar
9,5x8,5 = 80,75 m2
, maka luasan yang ada masih memenuhi.
4.6 Analisa Kondisi Desain
Gambar 4.9 Kondisi Desain pada Desiccant Dehumidifier
Kondisi desain pada desiccant dehumidifier mempunyai temperature udara
masukan sebesar 38,5oC dan kelembaban relatif sebesar 83,1%. Setelah melewati
desiccant wheel kelembaban relatif berkurang menjadi 46,5% dengan temperature
47,7oC. Kemudian udara diturunkan temperature dengan menggunakan pendingin
dengan kapasitas 10,3 kW, Sehingga temperature dapat diturunkan sebesar 12,7oC
menajdi 35oC.
� � � � � � � � � � � ��/ �
,
Desiccant wheel (550 mm x 200 mm)
Cooler, sea water (10.3 kW)
Heater, exhaust gas (24.3 kW)
Outside Air
38.5oC 83.1 %
Cargo hold air
35.6oC, 46.5 % 47.7oC
46.5 %
Sea water cooling
0.553 m3 28oC Process Air 35oC 46.5 % Exhaust Air 43.8oC Exhaus Gas React. Air 0.24 m3/h, 66oC
