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

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

Oleh:

NURHADI GINANJAR KUSUMANRP. 6308030042

PROGRAM STUDI TEKNIK PERMESINAN KAPALJURUSAN TEKNIK PERMESINAN KAPAL

POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYAINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA2011

PERMASALAHAN

1. Perhitungan perpindahan kalor maksimum yangterjadi di HE.

2. Perhitungan nilai efektifitas yang terjadi di HE.

3. Perhitungan nilai effisiensi thermal yang terjadidi HE.

4. Perhitungan pemakaian bahan bakar padaputaran tinggi, sedang, dan rendah.

TUJUAN

1. Mengidentifikasi perubahan temperatur maksimal

yang diharapkan sehingga dapat masuk water

jacket dengan temperatur tertentu.

2. Menganalisa pengaruh laju massa fluida terhadap

effisiensi HE jenis shell and tube.

BATASAN MASALAH

1. Tipe heat exchanger (HE) terpasang tipe shell and tube.

2. Temperatur ambient air tawar 32oC; udara 33oC.

3. Temperatur air laut masuk HE dianggap konstan (26oC).

4. Putaran maksimal main engine adalah 1200rpm sesuai

dengan standar operasi.

METODOLOGI

1. Pemilihan obyek, topik, dan fokus FP2. Observasi dan studi literatur3. Perumusan masalah4. Pendataan5. Analisa6. Pelaporan7. Sidang

FIREBOAT WISNU I

FB Wisnu I merupakan kapal pemadam kebakaran milik PT. Pertamina

yang digunakan untuk menjamin keselamatan aktifitas bongkar muat kapal di

pelabuhan. FB Wisnu I menggunakan jenis kapal tunda (tugboat) agar mampu

bermanuver dengan cepat. Kapal ini memiliki dua buah main engine yang

berfungsi sebagai sistem penggerak; masing-masing memiliki daya sebesar 480

HP. Mesin ini memiliki sistem pendingin berupa water jacket yang dilengkapi

dengan sebuah heat exchanger (HE) yang memanfaatkan air lait sebagai fluida

kerjanya. HE yang dipergunakan pada sistem pendingin di FB Wisnu I ini

adalah jenis shell and tube; dan telah dioperasikan sejak tahun 1978.

SISTEM PENDINGIN MAIN ENGINE FIREBOAT WISNU I

MAIN ENGINE

Sumber : Manual book Mitshubishi Diesel Engine S6NKeterangan: *)Port: sisi sebelah kiri; **)Starboard: sisi sebelah kanan

SpesifikasiMain Engine

*) Port **)Starboard

Merk Mitshubishi

Type 6 SN

Daya 480 HP

Putaran 1600

Konsumsibahan bakar

44 l/hr

Gambar 1 main engine FB Wisnu I

Sistem pendingin pada main engine FB Wisnu I dilengkapi

dengan sebuah HE yang difungsikan untuk menurunkan temperatur

air tawar setelah keluar water jacket. Jenis HE yang digunakan

pada FB Wisnu I adalah shell and tube, yaitu pipa aliran air laut

terdapat di dalam tabung aliran air tawar. Gambar 2

memperlihatkan kedudukan HE pada main engine yang posisinya

berada dibawah tangki air tawar. Spesifikasi teknis HE ini tidak

mudah didapat karena manual sudah tidak ada dan name plate

sudah tidak terbaca.

HEAT EXCHANGER

HEAT EXCHANGER

Gambar 2 Heat Exchanger

Heat Exchanger

Fresh water pump yang digunakan pada FB Wisnu I

adalah jenis sentrifugal. Pompa ini juga memanfaatkan main

engine sebagai penggerak dengan sistem transmisi

menggunakan teknologi pulley and belt. Fresh water pump

digunakan untuk mesirkulasikan air tawar dari water tank ke

sistem water jacket (cylinder liner dan head) kembali ke water

tank

POMPA AIR TAWAR

POMPA AIR TAWAR

Pompa Air Tawar

Gambar 3 Pompa Air Tawar

Di FB Wisnu I, sea water pump digunakan untuk

memompa air laut dari sea chest dan didistribusikan ke HE

untuk mengambil kalor air tawar hasil pendinginan mesin

diesel. Keluar dari HE, air laut ini dialirkan ke oil cooler

kemudian diteruskan ke manifold gas buang dan shell

pendingin poros penggerak kapal. Pompa yang digunakan

adalah jenis pompa sentrifugal yang memanfaatkan main

engine sebai penggerak mula dengan sistim transmisi

menggunakan teknologi pulley and belt.

POMPA AIR LAUT

POMPA AIR LAUT

Gambar 4 Pompa Air Laut

Pompa Air Laut

DATA OPERASIONAL

Sumber : Pengamatan dan Pengukuran pada tanggal 10 Maret 2011

Non T ͚ Ts

Air Laut Air Tawar

Tin Tout Tin

(rpm) (°C) (°C) (°C) (°C) (°C)1. 600 34 35 26 32 402. 700 34 40 26 37 473. 800 34 46 26 43 534. 900 34 52 26 48 605. 1000 34 58 26 53 676. 1100 34 63 26 59 737. 1200 34 69 26 64 80

∞

Keterangan:n : Putaran main engineT͚ : Temperatur ruanganTs : Temperatur surface

Tin : Temperatur fluida masuk HETout : Temperatur fluida keluar HE

Tabel 1. Data Operasional Heat Exchanger

DATA ANALISA

No. n (rpm)

Air TawarTin Tout V ṁ Q

(°C) (°C) (l/det) (kg/det) (Kj)1 600 40 34,28 30,85 30,85 739,382 700 47 36,51 36,00 36,00 1583,823 800 53 36,78 41,15 41,15 2796,634 900 60 39,01 46,29 46,29 4071,125 1000 67 41,24 51,43 51,43 5551,076 1100 73 41,52 56,58 56,58 7462,977 1200 80 43,75 61,72 61,72 9374,50

Tabel 2. Kalor yang Dilepas Air Tawar

Rumus yang relevan:V = πr2 .n ṁ = V.ρ q = ṁ.Cp.∆T

No. n (rpm)

Air Laut PerformansiTin Tout V ṁ q ∆TLMTD ε ηth

(°C) (°C) (l/det) (kg/det) (kJ) (°C) (%) (%)1 600 26 32 30,85 31,62 739,91 7,25 42,86 18,292 700 26 37 36,00 36,90 1583,19 9,37 52,38 38,27

3 800 26 43 41,15 42,18 2796,28 9,13 62,96 44,07

4 900 26 48 46,29 47,45 4071,06 12,62 64,71 47,53

5 1000 26 53 51,43 52,72 5551,44 14,39 65,85 49,49

6 1100 26 59 56,58 57,99 7463,60 14,70 70,21 49,22

7 1200 26 64 61,72 63,26 9375,77 17,40 70,37 50,34

DATA ANALISATabel 2. Kalor yang Diserap Air Laut

Rumus yang relevan:V = πr2 .n ṁ = V.ρ q = ṁ.Cp.∆T 2

1

21LMTD

ΔTΔTIn

ΔTΔTΔT −=

maks

aktual

qq

=ε)T(T)T(T

)T(Tηsoutairlautinairlaut

outairtawarinairtawarth

∞−−

−−

−+−−

=

Tabel 2. Kalor yang Dilepas ke Lingkungan

DATA ANALISA

No. n (rpm)

Ts (°C)

Udara Ruangan

T Tf v kpr

βGr

h qkonveksi

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

1 600 35 34 34,5 1,65.10-5 2,65.10-5 0,725 3,25.10-3 3,69.107 1,65.10-3 6,60.10-4

2 700 40 34 37,0 1,67.10-5 2,63.10-5 0,726 3,23.10-3 2,20.108 2,56.10-3 6,14.10-3

3 800 46 34 40,0 1,70.10-5 2,66.10-5 0,722 3,19.10-3 4,36.108 3,07.10-3 1,47.10-2

4 900 52 34 43,0 1,73.10-5 2,68.10-5 0,724 3,16.10-3 6,47.108 3,42.10-3 2,46.10-2

5 1000 58 34 46,0 1,75.10-5 2,70.10-5 0,723 3,13.10-3 8,55.108 3,69.10-3 3,54.10-2

6 1100 63 34 48,5 1,78.10-5 2,72.10-5 0,723 3,11.10-3 1,02.109 3,89.10-3 4,50.10-2

7 1200 69 34 51,5 1,81.10-5 2,74.10-5 0,727 3,08.10-3 1,23.109 4,11.10-3 5,73.10-2

Rumus yang relevan:TAhq ∆= ..

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

Non P out-e Pemakaian Bahan Bakar

P out -spec (kW)

P out-m SFOC Energi Input (kW-t)

η(rpm) (kW) (g/kW) (%)

1 600 112,61 87,90 0,0278 130,99 862 700 131,38 102,55 0,0276 152,06 863 800 150,14 117,20 0,0275 172,92 874 900 168,91 131,85 0,0274 193,55 875 1000 187,68 146,50 0,0272 213,97 886 1100 206,45 161,15 0,0271 234,18 887 1200 225,22 175,80 0,0270 254,16 898 1300 243,98 190,45 0,0270 275,34 899 1400 262,75 205,10 0,0270 296,52 89

10 1500 281,52 219,75 0,0272 320,96 8811 1600 300,29 234,40 0,0275 345,83 87

e.50.D.S.n.Z.p4πP mout =− spec-outΡ

mSFOC = input EnergiP specout−=η

Rumus yang relevan:

DATA ANALISA

Gambar 5. Perpindahan Kalor Maksimum Yang Terjadi Di Heat Exchanger

Dari ketujuh percobaan yang telah dilakukan dengan memvariasikan putaran main

engine didapatkan nilai laju perpindahan kalor fluida panas dan fluida dingin yang

menunjukkan kecenderungan yang hampir sama. Hal ini disebabkan karena kedua fluida

saling menyerap dan melepas kalor sehingga akan terjadi keseimbangan energi.

Peningkatan kapasitas aliran perpindahan kalor yang terjadi di heat exchanger

disebabkan karena adanya korelasi antara putaran main engine dengan pompa air laut dan air

tawar. Semakin tinggi putaran main engine maka semakin besar temperatur yang terjadi

sehingga laju aliran massa yang dihasilkan oleh pompa air laut dan air tawar semakin tinggi

untuk memindahkan kalor yang terjadi pada kedua fluida tersebut.

DATA ANALISA

DATA ANALISA

Gambar 6. Performansi HE dengan parameter ηth dan q berdasarkan variasi putaran main engine.

Pengamatan yang telah dilakukan dengan memvariasikan putaran main engine

didapatkan nilai efektifitas yang semakin rendah dari putaran rendah menuju ke

putaran tinggi. Sedangkan effisiensi thermal menunjukkan bahwa semakin tinggi

putaran main engine maka semakin besar effisiensi thermal yang terjadi pada shell

and tube HE.

Peningkatan kapasitas aliran perpindahan kalor yang terjadi di heat exchanger

disebabkan karena adanya korelasi antara putaran main engine dengan pompa air

laut dan air tawar. Semakin tinggi putaran main engine maka semakin besar

temperatur yang terjadi sehingga laju aliran massa yang dihasilkan oleh pompa air

laut dan air tawar semakin tinggi untuk memindahkan kalor yang terjadi pada kedua

fluida tersebut.

DATA ANALISA

DATA ANALISA

Gambar 5 Konsumsi Bahan Bakar Main Engine FB. Wisnu I Berdasarkan Spec Teknis

Konsumsi pemakaian bahan bakar berdasarkan spesifikasi teknis

menunjukkan bahwa pada putaran 1200-1400 terjadi pemakaian bahan bakar

yang optimal. Data tersebut berdasarkan spec teknis pemakaian bahan bakar

terhadap putaran main engine. Spesifikasi teknis main engine FB Wisnu I

dapat diketahui konsumsi bahan bakar pada putaran maksimal (1600rpm)

sebesar 44 l/hr. Sementara SFOC main engine FB Wisnu I tidak diperoleh

referensi, sebagai pendekatan spesifikasi teknis produk yang sebanding

digunakan untuk memproyeksikan konsisi SFOC main engine FB Wisnu I.

DATA ANALISA

KESIMPULAN

1. Putaran rendah, kenaikan perpindahan kalor pada water jacketmencapai 114,21 % senilai 843,28 kJ; putaran sedang, kenaikanperpindahan kalor pada water jacket mencapai 62,79 % senilai1377,58 kJ; dan putaran tinggi, kenaikan perpindahan kalor padawater jacket mencapai 25,61 % senilai 1912,16 kJ.

2. Efektifitas (ε) yang terjadi di HE pada putaran rendah mencapai52,38%; putaran sedang 35,49%; dan putaran tinggi 29,71%.

3. Efisiensi thermal (ηth) yang terjadi di HE optimal dicapai pada putaran900-1600rpm dengan perubahan yang cenderung konstan.

4. SFOC main engine FB Wisnu I berdasarkan spec teknis mencapaikondisi optimal pada putaran 1200-1400rpm sebesar 0,027 g/kW.

USULAN

1. Pengambilan operasi data HE sebaiknya dilakukandalam 3 kondisi; ketika main engine dalam keadaanpemanasan, pelayaran, dan pemadaman.

2. Konsumsi bahan bakar perlu dilakukan pengambilandata secara faktual agar dapat mencapai hasil yangmaksimal.

3. Pengoperasian FB Wisnu I sebaiknya dilakukan padaputaran maksimal (1200rpm) karena menghemat biayakonsumsi bahan bakar.

TERIMA KASIH