1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Pada pengoperasian kapal ikan sebagai sarana untuk menangkap ikan, kondisi kapal yang dikehendaki tidak hanya semata-mata layak dalam sisi keselamatan kapal saat beroperasi, tetapi sistem pemuatan oleh kapal harus dapat menjamin tentang kebutuhan sistem penyimpanan yang baik bagi muatan yang diangkut. Terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan terkait dengan desain konstruksi palka kapal ikan tradisonal. Pertama tentang penggunaan insulasi palkanya berkaitan dengan sistem pendinginan atau pembekuan ikan, dan kedua berkaitan dengan penggunaan atau tata ruang dari palka yang berpengaruh terhadap rasio volume palka dengan displasemen kapalnya. Kedua faktor tersebut berkaitan dengan efisiensi dan karakteristik bentuk kapal secara umum.
Salah satu usaha yang dapat dilakukan untuk menjaga agar ikan tetap dalam kondisi segar, adalah pengawetan dengan sistem pendinginan. Sistem pendinginan pada palka kapal ikan tradisional umumnya dilakukan dengan mengunakan es atau air yang didinginkan tanpa menggunakan mesin refrigerasi. Pada sistem pendinginan tersebut, lama penyimpanan dalam palka akan ditentukan antara lain oleh kualitas insulasinya. Pada kenyataannya diperoleh fakta bahwa penggunaan insulasi polyurethane oleh nelayan tidak efektif. Hal ini terindikasi dari es yang relatif cepat mencair dalam palka. Kemampuan insulasi yang kurang baik dalam menahan penetrasi panas dari luar, antara lain disebabkan karena rapat massa (densitas, ρ) dari material dinding insulasinya berada dibawah standar yang ditetapkan. Menurut Dellino (1997), insulasi yang baik harus memiliki kerapatan material ρ > 30 kg/m3. Menurut Setiyanto (2004), dalam penelitiannya tentang Studi Pembuatan Palka Ikan Berinsulasi Polyurethane, menunjukkan bahwa seluruh sampel insulasi polyurethane yang diambil memiliki nilai di bawah standar, yaitu rata-rata ρ = 28,2 kg/m3.
Berdasarkan hasil penelitian Setiyanto (2004), beberapa kapal yang berlabuh di TPI di Daerah Pekalongan, ikan dalam palka mengalami proses rigor mortis dalam 10 hari dari 20 hari operasi yang direncanakan. Untuk mengatasi hal tersebut dalam praktek di lapangan, oleh sebagian kecil pengrajin kapal tradisional dilakukan upaya proses pemadatan materi polyurethane sebagai bahan isolasi
dengan cara menekan sedemikian rupa busa polyurethane saat proses pengembangan sedang berlangsung. Perlakuan tersebut tidak terukur pada standar tertentu, demikian pula terhadap daya simpannya.
Perbedaan nilai kerapatan material polyurethane untuk insulasi polyurethane, antara yang memenuhi standart dengan yang berada di bawah standar dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar tersebut menunjukkan perbedaan secara visual penampang struktur spesimennya. Perbedaan kerapatan tersebut menyebabkan perbedaan pada nilai konduktivitas termalnya (sifat isolator). Material insulasi dengan nilai densitas yang tinggi akan memiliki sifat isolator yang lebih baik. Hal ini disebabkan karena kandungan gas clorofluoromethane pada struktur material lebih bersifat isolator dibandingkan dengan media udara, namun pemadatan material polyurethane secara tidak terukur oleh nelayan juga berakibat pemborosan. Persoalan penyimpanan komoditi ikan yang tidak efisen tersebut menjadi sangat penting artinya, mengingat jumlah pengguna kapal-kapal di bawah 30 GT yang akan menggunakan teknologi serupa, jumlahnya cukup besar. Berdasarkan data terolah SPTI (2008), jumlah kapal tersebut mencapai 80 % dari jumlah total kapal yang ada di Indonesia. Dengan demikian untuk mencari solusi yang tepat atas persoalan di atas menjadi sangat penting, baik untuk peningkatan pendapatan nelayan secara khusus maupun pendapatan daerah secara umum.
(a) PUR 40 kg/m3 (b) PUR 25 kg/m3
Gambar 1 Penampang melintang struktur spesimen dengan densitas berbeda.
Hasil survey pada galangan rakyat UD. Karyamina Putra menunjukkan fakta bahwa pada umumnya konstruksi palka pada kapal ikan dibuat sekat-sekat yang membagi ruang palka menjadi ruang-ruang bervolume kecil. Untuk kapal-kapal berukuran ± 30 GT, ruang palka umumnya dibagi menjadi 10 ruang secara
simetris pada arah diametral kapal, atau terbagi menjadi 5 bagian pada sisi arah memanjang kapal dengan sekat pembagi pada bagian tengahnya. Tampilan konstruksi tersebut dapat dilihat pada Gambar 2. Data kapal secara lengkap disampaikan pada bab 4. Data serupa ditunjukkan oleh Setiyanto (2004).
Gambar 2 Konstruksi palka ikan dengan banyak sekat.
1.1.1 Sistem pengawetan produk perikanan
Usaha mempertahankan mutu ikan agar ikan tetap layak dikonsumsi dapat dilakukan melalui beberapa cara pengawetan dan pengolahan, tergantung pada kebutuhan konsumen dan keadaan pelaku industri perikanan. Berdasarkan cara pengawetan dan pengolahan yang beragam ini, ikan akan memiliki cita rasa dan pangsa pasar tersendiri, misalnya ikan segar, ikan asin, ikan hasil asapan, ikan sarden dan sebagainya. Cara pengawetan atau pengolahan ikan tersebut dapat berupa proses-proses : pendinginan (chilling), pembekuan (freezing), pengalengan (canning), penggaraman (salting), pengeringan (drying)), pengasaman (pickling atau marinading), pengasapan (smoking), olahan khusus dan olahan samping (Murniyati 2000).
Pada umumnya konsumen produk perikanan menginginkan ikan yang akan dikonsumsinya berada dalam kondisi segar (mutu terbaik). Kondisi tersebut adalah kondisi di mana ikan dapat diterima dengan nilai jual yang baik oleh pasar. Untuk memenuhi kondisi tersebut maka perlakuan terhadap ikan saat ditangkap, penanganan di kapal hingga sampai ke konsumen atau tempat pengolahan
terakhir, harus diperhatikan. Salah satu perlakuan yang wajib diterapkan untuk menjaga mutu ikan tersebut adalah penerapan sistem rantai dingin (cold chain system). Penerapan sistem rantai dingin di sini adalah suatu upaya menjaga suhu tubuh ikan selama dalam proses transportasi tersebut agar selalu dalam keadaan dingin atau diselimuti oleh es. Selama proses pendinginan ini, perkembangbiakan bakteri pembusuk dapat ditekan sehingga mutu ikan tetap dalam keadaan baik. Penerapan sistem rantai dingin ini dikenal sebagai sistem pengawetan dengan cara refrigerasi. Sistem pengawetan ini mencakup sistem refrigerasi dengan pendinginan dan sistem refrigerasi melalui proses pembekuan. Sistem pengawetan tersebut disampaikan pada Lampiran 1dan 2.
Teknik refrigerasi yang umum digunakan oleh kapal-kapal ikan tradisional adalah teknik pendinginan dengan es atau air yang didinginkan tanpa menggunakan mesin refrigerasi, sehingga kemampuan penyimpanan dalam palka akan ditentukan terutama oleh kualitas dinding insulasinya. Sebagai bahan insulasi palka ikan, kualitas dinding insulasi yang terutama diharapkan adalah kemampuannya menahan penetrasi panas dari luar, yang dalam hal ini ditentukan oleh sifat konduktivitas termal dari material tersebut. Pada dinding palka yang tidak dilapisi dengan bahan insulasi, untuk mempertahankan agar suhu ruang palka tetap dingin harus selalu dilakukan penambahan es. Menurut Sjahrun (1988), hal yang perlu diperhatikan dari penggunaan metode pendinginan adalah bahwa suhu pendinginan dalam ruang ikan memiliki limit tertentu, sehingga ketika suhu ruangan mulai naik harus segera dilakukan penambahan es.
Kualitas material insulasi dinding palka ikan ditentukan oleh sifat-sifat fisik dan kimianya. Termasuk ke dalam sifat-sifat fisik yang dimaksudkan di sini adalah yang ditentukan oleh densitas materialnya, yaitu kekuatan mekanisnya, kemampuannya meredam panas, menyerap bunyi, dan sebagainya. Di dalam perkembangannya tuntutan terhadap kualitas material insulasi juga mencakup tentang isu lingkungan dan dampaknya serta faktor kesehatan. Masalah lain yang perlu dipertimbangkan adalah faktor ekonomi dan kemudahan dalam mengaplikasikan teknologi insulasi dinding palka ikan tersebut di lapangan. Sejarah perkembangan tentang material insulasi tidak terlepas dari semua tuntutan
terhadap adanya penemuan penemuan bahan yang memiliki sifat atau kriteria yang baik yang sesuai untuk perkembangan sistem pendinginan.
1.1.2 Klasifikasi material insulasi dan perkembangannya
Material insulasi dapat diklasifikasikan berdasarkan sifat-sifat kimia dan sifat-sifat fisik strukturnya. Sifat-sifat kimia antara lain, ketahanan terhadap bahan kimia, pelumas dan pelarut, sedangkan kriteria untuk kalsifikasi berdasarkan sifat fisik antara lain, sifat mekanisnya, konduktivitas termal, ketahanan terhadap api dan sebagainya. Selain klasifikasi secara umum tersebut, penggunaannya secara luas dapat dikelompokkan sebagaimana tercantum dalam Gambar 3.
Gambar 3 Klasifikasi material insulasi yang banyak digunakan. (Sumber : Papadopoulos 2004)
Terkait dengan perkembangan pasar tersebut Papadopoulos (2004) menjelaskan, bahwa pasar Eropa untuk material insulasi dikelompokkan berdasarkan dominasi oleh dua kelompok produk, antara lain material inorganic fibrous ; glass wool dan stone wool yang mencapai 60 % pasar, dan material organic foamy ; expanded dan extruded polystyrene dan kemudian menyusul dalam perkembangannya material polyurethane, mencapai 27 % pasar. Jumlah
prosentase dari sisa kelompok material lainnya mencapai 13 % pasar. (Papadopoulos 2004).
Pada akhir tahun 1950 atau awal tahun1960 Penggunaan material insulasi menunjukkan perkembangan dua produk baru, antara lain expanded polystyrene (EPS) dan polyurethane foam (PU). Polystyrene dikembangkan dengan keunggulan berupa biaya rendah, densitas material yang rendah dengan konduktivitas termal 0,034 W/m2/oC. Untuk ukuran yang sama, terbukti bahan ini mampu mengganti material insulasi yang terbuat dari gabus. Nilai rata-rata konduktivitas termal dari lembar material insulasi gabus (densitas 8 – 9 lb per cubic foot) yang digunakan dalam ruang pendingin, adalah 0,26 – 0,28 BTU/h/ft2/oF. Pada prakteknya nilai ini diragukan keandalannya, termasuk penerapannya sebagai pelapis balok-balok kayu, penegar-penegar, karangka-kerangka kayu dari pintu, dan sebagainya. Material polystyrene memiliki densitas yang lebih rendah dari pada material gabus, dan beban berat polystyrene diperkirakan delapan kali lebih ringan dari gabus (cork). Dengan pergantian material gabus dengan polystyrene, maka baja-baja penopang dari struktur ruang pendingin dapat dikurangi dalam jumlah besar. Hal ini akan menghasilkan penghematan biaya (Dellino 1997).
Data-data tentang sifat-sifat atau karakteristik material insulasi dapat dilkelompokan ke dalam tiga kelompok utama :
1) Sifat-sifat atau karakteristik fisika bahan, antara lain : hubungan densitasnya dengan sifat termalnya, kekuatan mekanis, kemampuan dalam meredam panas, ketahanan terhadap api, dan sebagainya. Standar dari kriteria ini mudah ditetapkan sejak lebih dari 30 tahun yang lalu.
2) Pengaruh atau dampaknya terhadap lingkungan, mencakup : karakteristik tentang realisasi energi utama, gas emisi untuk memproduksi material, pengaruh penggunaan zat aditif terhadap faktor biologi, klasifikasinya terhadap pengolahan zat buangan, dan lain-lain. Standar untuk kriteria ini lebih sulit untuk ditetapkan dan diterima secara umum.
3) Kesehatan masyarakat (public health), mencakup : proses selama produksi, pemakaian dan tahap akhir pembuangan bahan setelah tidak terpakai. Termasuk di dalamnya tentang masalah emisi partikel dari fiber dan
debunya, racun yang timbul dari terbakarnya bahan, biopersistence, dan lain-lain.
Sesuai dengan tujuan utama penggunaan material insulasi, maka sifat-sifat fisika dari bahan tetap akan menjadi perhatian utama dalam pengembangan material insulasi di masa yang akan datang, dengan tidak mengesampingkan kriteria lain yaitu faktor linkungan dan kesehatan masyarakat. Berbagai usaha dalam memperbaiki sifat-sifat fisik (antara lain hubungan densitas dengan sifat termalnya, kekuatan mekanis, ketahanan terhadap api, dan sebagainya) untuk mendapatkan kualitas insulasi yang baik ditambah dengan konsep ramah lingkungan dan kesehatan publik dapat dilihat dari perkembangan yang terekam dalam State of The Art tentang material insulasi. Sebuah studi pada tahun 1996 -1976, menetapkan untuk komisi-komisi Eropa, bahwa state of the art dari material insulasi hingga dalam pertengahan tahun 1990 sebagaimana tercantum dalam Lampiran 3, 4 dan 5, menjelaskan perkembangan material insulasi berdasarkan sifat-sifat fisik, faktor lingkungan dan kesehatan masyrakat.
Berdasarkan rincian tentang sifat- sifat atau kriteria yang tertera dalam tabel pada Lampiran (3 – 5), maka kualitas insulasi dari masing-masing jenis material dapat dibandingkan untuk menetapkan pilihan terbaik. Perbandingan kualitas yang merupakan pertimbangan multikriteria tersebut disarikan dalam Lampiran 6. Berdasarkan tabel pada Lampiran 6, dapat diketahui sifat atau kriteria material insulasi polyuretahne secara fisik, memiliki banyak keunggulan dibanding jenis material insulasi yang lain. Sifat-sifat fisik tersebut mencakup sifat-sifat utama yang dikehendaki untuk material insulasi yang baik antara lain, sifat termal atau konduktivitas termal yang rendah pemindahan atau penyerapan uap air yang rendah, kekuatan mekanisnya relatif baik dan sebagainya. Kekurangan yang ada pada material jenis polyurethane, adalah ketahanan terhadap api kurang baik.
Dalam perkembangan aplikasinya, keunggulan dari sifat fisik tersebut bukanlah satu-satu persoalan yang harus dipertimbangkan. Ditinjau dari kriteria kesehatan dan lingkungan (Lampiran 5), polyurethane memberikan dampak yang kurang baik. Bahan tersebut mengandung racun saat terbakar, dan sisa buangannya mencemari lingkungan. Prospek pengembangan ke depan tentang
material insulasi jenis polyurethane ini, diarahkan untuk menyempurnakan kekurangan tersebut.
1.2 Perumusan Masalah
Fungsi utama dari insulasi adalah menghambat arus (penetrasi) panas ke dalam ruangan yang direfrigrasi, dengan demikian suhu ruangan cepat turun ke arah suhu operasi yang diinginkan. Pada penelitian ini efisiensi penggunaan insulasi polyurethane dianalisis dengan beberapa variasi densitas bahan didasarkan atas fungsi utama tersebut dengan indikasi jumlah es yang meleleh per satuan waktu karena penetrasi panas dari luar dan beban panas lain dalam ruangan.
Selain densitas material insulasinya, laju penetrasi panas juga ditentukan oleh luas permukaan ruang yang diinsulasi. Luas permukaan ruang ini selain dipengaruhi oleh faktor bentuk dalam tinjauan termodinamika, juga ditentukan oleh kriteria atau karakteristik teknis ukuran utama kapal dengan perbandingannya.
Berdasarkan kedua tinjauan masalah di atas, maka diperoleh beberapa pertanyaan penelitian sebagai berikut :
1) Berapa besar nilai efisensi dari perbedaan densitas material insulasi polyurethane yang diuji dalam beberapa tingkat densitas material.
2) Berapa besar nilai efisensi yang ditimbulkan akibat perubahan bentuk ruang dalam kapasitas volume ruang yang sama.
3) Bagaimana menentukan pengaruh efsiensi palka terhadap desain perencanaan awal kapal.
1.3 Kerangka Pemikiran
Latar belakang masalah tentang kurang efektifnya sistem pendinginan ikan dalam palka kapal ikan tradisional disebabkan karena panggunaan insulasi polyurethane dalam palka ikan tersebut tidak memenuhi kriteria untuk pembuatan insulasi yang baik. Penyimpangan terletak pada ukuran densitas material insulasi yang berada di bawah standar yang ditetapkan yaitu ρ > 30 kg/m3
. Faktor lain yang perlu ditinjau adalah tata ruang palka yang umumnya terlalu banyak sekat, demikian pula dengan rasio volume palka secara keseluruhan terhadap
displasemen kapalnya, relatif cukup besar. Rasio volume palka yang besar tersebut berakibat pada luas permukaan ruang yang akan menerima beban panas akan semakin besar. Selain itu, rasio yang dimaksud juga akan berpengaruh secara teknis terhadap bentuk kapal. Berdasarkan latar belakang masalah tersebut, dapat diidentifikasi masalah-masalah yang akan dikaji, mencakup efisensi penggunaan material, efisiensi penggunaan ruang muat (perubahan bentuk ruang), dan pengaruhnya terhadap metode perencanaan awal kapal. Proses penyelesain masalah secara ringkas dapat dijelaskan sebagai berikut :
Efisiensi penggunaan material untuk insulasi dapat diukur melalui uji laju pengaliran panas dengan melihat besarnya jumlah es yang mencair per satuan waktu. Pengukuran dimulai dari densitas minimal untuk insulasi yang baik (>30 kg/m3). Pengukuran efsiensi dilakukan secara bertahap dengan selisih kerapatan yang sama (5 kg/m3 ), mulai dari nilai min 30 kg/m3 hingga 60 kg/m3. Efisiensi yang dimaksud adalah perbandingan antara kecepatan pencairan es, dq (output) terhadap perubahan nilai densitasnya (input). Efisiensi tersebut akan dilihat pengaruhnya terhadap perubahan kecepatan pencairan es (fungsi t), juga terhadap faktor perubahan luas permukaan dinding ruang berpendingin (A) sebagai akibat perubahan fungsi bentuk kubus menjadi ruang persegi panjang.
Perubahan nilai luas permukaan (A) akibat perubahan bentuk dari kubus menjadi ruang berbentuk persegi panjang, dianalisa melalui prinsip perpindahan panas dan kriteria-kriteria teknis yang ditetapkan dalam rancang bangun kapal. Hasil penyelesaian yang merupakan integrasi dari dua tinjauan teknis tersebut akan digunakan sebagai pendekatan awal dalam proses rancang bangun kapal. Metode ini diharapkan dapat menjadi alternatif yang lebih baik dari model pendekatan perencanaan awal sebelumnya, yaitu metode CUNO (cubic number). Uraian dari kerangka pemikiran tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Bagan alir kerangka pemikiran 1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian
Penelitian ini bertujuan :
1) Menentukan efisiensi penggunaan material polyurethane pada perbedaan densitas materialnya dengan aplikasi untuk palka ikan ,. 2) Menentukan efisiensi penggunan ruang palka sebagai akibat perubahan
bentuk ruang dengan volume tetap.
3) Menentukan pengaruh efisiensi palka yang dimaksud terhadap karakteristik teknis kapal, serta merumuskan hubungan dari kedua prinsip tersebut. Rumus yang dihasilkan dari proses analisis akan digunakan sebagai model baru pendekatan dalam prencanaan awal kapal.
Permasalahan :
- Efisiensi densitas material insulasi - Efisiensi perubahan bentuk ruang - Pengaruh efisiensi terhadap desain awal kapal.
Analisis efisiensi
- Insulasi efisien secara teknis
- Model pendekatan matematis
Pengukuran laju panas
Iterasi numerik Perbandingan model pendekatan matematis dengan sistem CUNO
Manfaat dalam bidang IPTEK, adalah :
Manfaat utama dari penelitian ini adalah dihasilkannya suatu perkiraan nilai efisiensi penggunaan material insulasi polyurethane akibat perubahan densitas yang dapat digunakan secara aplikatif di lapangan. Berdasarkan nilai efisiensinya dapat ditentukan faktor koreksi (fk) terhadap nilai laju penetrasi panas (q) yang dihasilkan. Selain nilai efisiensi tersebut, diperoleh juga nilai efisiensi akibat perubahan bentuk ruang. Nilai efisiensi ini dapat digunakan sebagai koreksi luas permukaan akibat perubahan bentuk ruang. Berdasarkan konsep perubahan bentuk ruang dapat diperoleh rumus aplikatif guna keperluan desain palka atau kemasan umum berpendingin. Manfaat lain dari hasil penelitian ini adalah diperolehnya suatu model baru untuk pendekatan perencanaan awal kapal dalam menentukan ukuran utamanya. Model atau metode pendekatan tersebut menghasilkan rumus perhitungan tentang efisiensi perubahan bentuk matrik kubus (fb) yang dapat digunakan secara universal.
1.5 Batasan Penelitian
Penelitian ini diarahkan untuk pembenahan kualitas palka kapal ikan tradisional, terkait dengan penggunaan bahan polyurethane sebagai dinding insulasi palka. Penelitian ini memusatkan perhatian pada efisiensi penggunaan material poyurethane sebagai insulasi palka atau kemasan berpendingin. Efisiensi yang dimaksud adalah efsiensi yang terkait dengan perubahan densitas material polyurethane dalam aplikasi praktis di lapangan. Selain persoalan densitas, hal lain yang akan menjadi perhatian adalah persoalan luas permukaan ruang yang diinsulasi. Kedua persoalan tersebut terkait secara langsung dalam aplikasi dilapangan. Sebagai sampel untuk perbandingan, diambil obyek kapal ikan tradisional Kabupaten Batang Jawa Tengah. Pusat perhatian diarahkan terutama di Kabupaten Batang, karena di Kabupaten ini banyak terdapat galangan-galangan kapal rakyat. Sebagian besar kapal-kapal ikan tradisional di pesisir utara Jawa Tengah dibuat di galangan kapal tradisional di Kabupaten Batang.
Penekanan penelitian ini diarahkan pada kapal ikan tradisional mengingat potensinya yang sedemikian besar. Menurut data terolah dari Statistik Perikanan Tangkap Indonesia, Statistik Perikanan Tangkap Indonesia (2008), jumlah kapal tradisional (di bawah 30 GT) mencapai ± 80 % dari jumlah total kapal yang ada
di Indonesia. Jumlah yang besar tersebut akan memberikan konstribusi yang besar pada sektor perekonomian daerah secara khusus dan ekonomi nasional secara umum.
