View
270
Download
5
Category
Preview:
Citation preview
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
=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
Recommended