ANALISA PENGGUNAAN ARUS SEARAH (DC) PADA IMPRESSED CURRENT ANTI FOULING (ICAF) SEBAGAI PENCEGAHAN TERJADINYA FOULING PADA COOLING SYSTEM Marison Feriandi Panjaitan Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK – ITS Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111 Email:
[email protected]
Abstrak Fouling merupakan suatu masalah yang sangat merugikan pada kapal. Fouling merupakan sebuah biota laut, baik itu kerang, mussels, teritip yang bisa tumbuh di lambung kapal maupun di jaringan perpipaan kapal. Fouling yang tumbuh di lambung kapal akan memperbesar tahanan kapal sehingga meningkatkan konsumsi bahan bakar engine. Sedangkan fouling yang tumbuh di jaringan pipa kapal, dapat menyumbat jaringan pipa dan bisa merusak pompa. Penanggulangan akan timbulnya fouling sudah banyak dilakukan diantaranya dengan mengganakan cat anti foulant. Namun, baru – baru ini penggunaan cat anti foulant sudah dilarang karena mengandung zat kimia yang berbahaya bagi kelangsungan hidup biota laut lainnya. Karena itu digunakanlah suatu alternative penanggulangan fouling, yaitu dengan Impressed Current Anti Fouling. Peralatan ini bekerja dengan mengalirkan arus listrik searah (DC) pada anoda – anoda yang terpasang pada seachest sehingga fouling tidak bisa berkembang biak di jaringan pipa pendingin terutama yang menggunakan air laut. Pada skripsi ini akan dilakukan analisa mengenai besarnya arus searah (DC) yang dialirkan pada setiap anoda sehingga bisa mencegah timbulnya fouling. Analisa yang dilakukan pada sebuah seachest dengan luas permukaan sebesar 13 m2, didapatkan besar arus yang digunakan sebagai proteksi 1.04 Ampere. Dari sana akan dialirkan pada anoda – anoda yang direncanakan bertahan dalam jangka waktu pakai selama 3 tahun. Sehingga didapatkan perencanaan berat masing – masing anoda seberat 39.06 kg untuk anoda besi, 46.40 kg untuk anoda tembaga, dan 44.60 kg untuk aluminium. Selanjutnya sebagai hasil akhir akan dilakukan perbandingan dengan sistem Impressed Current Anti Fouling (ICAF) yang sudah ada. Kata Kunci: Anoda, Arus Searah (DC), Fouling, Impressed Current Anti Fouling Abstract Fouling is a problem that is very detrimental to the ship. Fouling is a marine growth, suach as oysters, mussels, barnacles that grow on the hull as well as in ship pipeline. Fouling that grows on the hull will increase the ship resistance thus improving fuel consumption of the engines. While fouling that grows in the pipeline, can clog the pipeline and could damage the sea water pump. Response to the emergence of fouling was mostly done among others by using anti-foulant paint. However, the usage of anti-foulant paint has been banned because they contain chemicals that are harmful to the survival of other marine growth. So, it must be using an alternative control fouling, namely with Impressed Current Anti-fouling. This equipment works by passing an electrical direct current (DC) at the anodes mounted on seachest so that fouling cannot breed in the cooling pipe network, especially the use of sea water. This final project will be an analysis of the direct current (DC) that was drawn on each anode so that it can prevent the growing of fouling. Analysis carried out on a seachest with a surface area of 13 m2, obtained small amount of currents are used as protection, it is 1.04 ampere. From there it will be streamed on each anode that is planned to life-time for 3 years. To obtain the weights of planning it using, 39.06 kg steel anode, 46.40 kg for copper anode, and 44.60 kg for aluminum anode. Furthermore, as the end result will be a comparison with Impressed Current Anti-fouling system (ICAF), which already exist. Key Word: Anode, Direct Current (DC), Fouling, Impressed Current Anti Fouling
I. Pendahuluan I.1 Latar Belakang ICAF adalah singkatan dari impressed current anti fouling. Fungsinya untuk mencegah atau menghambat tumbuhnya fouling, dimana dalam hal ini disebabkan oleh biota laut, seperti teritip, kerang, ganggang, dan jenis tumbuhan laut lainnya. Fouling ini sangatlah merugikan karena menenempel pada lambung kapal sehingga bisa menambah tahanan kapal. Selain itu, fouling juga bisa menempel pada jaringan pipa, terutama pada pipa yang mengalirkan air laut sebagai pendingin. karena fouling dapat menambah laju aliran fluida, merusak strainer, dan merusak heat exhanger. karena itu perlu dipasang semacam peralatan anti fouling dimana yang paling tepat dipasang pada seachest sebagai tempat masuk air laut ke kapal. Sistem ICAF, merupakan alat yang tepat untuk dijadikan anti fouling. Studi kasus maupun jurnal yang membahas mengenai ICAF yang terlalu sedikit inilah merupakan sebuah tantangan untuk melakukan riset untuk ICAF ini. I.2 Perumusan Masalah Beberapa permasalahan tersebut adalah sebagai berikut : 1. Cara kerja ICAF sehingga menghambat terjadinya fouling
bisa
2. Besar arus dan tegangan yang dialirkan ICAF untuk menghambat terjadinya fouling pada cooling system ? I.3 Batasan Masalah Dari permasalahan yang harus diselesaikan di atas maka perlu adanya pembatasan masalah serta ruang lingkupnya agar dalam melakukan analisa nantinya tidak melebar dan mempermudah dalam melakukan analisa, batasan tersebut yaitu : 1. Objek yang dikaji hanya sebatas pada cooling system yang menggunakan seawater sebagai fluidanya.
2. Prinsip Kerja ICAF sehingga menghambat terjadinya fouling I.4 Tujuan Penulisan Skripsi Tujuan penulisan Skripsi ini adalah : 1. Untuk mengetahui design Impressed Current Anti Fouling (ICAF) pada cooling system 2. Untuk mengetahui efektifitas pemasangan design Impressed Current Anti Fouling (ICAF) untuk menghambat terjadinya fouling pada cooling system 3. Sebagai pertimbangan pemasangan design Impressed Current Anti Fouling (ICAF) pada setiap kapal I.5 Manfaat Penulisan Skripsi Manfaat yang diperoleh dari penulisan Skripsi ini adalah : 1. Optimasi design Impressed Current Anti Fouling (ICAF) pada cooling system 2. Efektifitas pemasangan design Impressed Current Anti Fouling (ICAF) untuk menghambat terjadinya fouling pada cooling system II. Tinjauan Pustaka II.1 Deskripsi Fouling Fouling adalah timbulnya kerak pada dinding kapal maupun bagian – bagian lain dikapal yang tercelub ataupun dialiri oleh airlaut. Dimana kerak tersebut terjadi ditempeli oleh hewan dan tumbuhan laut (marine growth). Fouling sendiri bukan hanya terjadi pada kapal saja, tapi juga bisa terjadi pada tempat – tempat yang sering bersinggungan dengan air terutama air laut. Timbulnya fouling pada suatu peralatan tentu membawa dampak kerugian pada peralatan tersebut, seperti a. Heat Exchanger Mengurangi efisiensi termal, suhu meningkat di sisi panas, menurunkan suhu di sisi dingin, deposit korosi, meningkatkan penggunaan air pendingin.
b. Jaringan Pipa Mengurangi drop aliran, meningkatkan tekanan, meningkatkan tekanan hulu, meningkatkan pengeluaran energi, dapat menyebabkan osilasi aliran, kavitasi, dapat menyebabkan getaran, dapat menyebabkan penyumbatan aliran. c. Kapal Menambah tahanan kapal, meningkatkan penggunaan bahan bakar, mengurangi kecepatan maksimum kapal. d. Turbin Mengurangi efisiensi, peluang kegagalan
meningkatkan
mengikuti perbedaan suhu lautan secara geografis, Organisme biofouling dapat hidup dari perairan dengan perubahan suhu berkisar antara 15-30 °C atau dari perairan eustarina sampai laut terbuka, iklim tropik sampai dengan iklim sedang. Air mempunyai daya muat panas yang lebih tinggi daripada daratan. Akibatnya untuk menaikan suhu sebesar 1° C, air akan membutuhkan energi yang lebih besar daripada yang dibutuhkan oleh daratan dalam jumlah massa yang sama. c. Sedimentasi Merupakan salah satu faktor penting pertumbuhan organisme biofouling d. Kedalaman laut Di perairan Eropa ditemukan biofouling jenis bivalvia, Pada kedalaman lebih dari 15 m, koloni biofouling yang ditemukan antar lain byrozoa, serpulids, hydroid, dan oysters. e. Arus dan gelombang perairan
Gambar 1. Fouling pada pipa
yang mempengaruhi Faktor-faktor pertumbuhan biofouling diantaranya: a. Intensitas cahaya Cahaya matahari yang jatuh di permukaan laut akan diserap dan diseleksi oleh air laut, sehingga cahaya dengan panjang gelombang yang panjang seperti cahaya merah, ungu dan kuning akan hilang lebih dahulu. Banyaknya sinar matahari yang masuk ke dalam laut berubah-ubah tergantung pada intensitas cahaya, banyaknya pemantulan di permukaan, sudut datang dan transparasi air laut b. Temperatur Organisme laut umumnya bersifat polikilotermik sehingga penyebarannya
Arus dan gelombang mengakibatkan kegagalan penempelan organisme biofouling pada substrat. f. Salinitas Salinitas (kadar garam) adalah berat semua garam yang terlarut dalam 1000 gram air laut, Organisme biofouling dapat hidup pada perairan estuaria antara 530°/oo sedangkan salinitas pada laut terbuka dapat mencapai 41°/oo. g. Pasang surut Salah satu fenomena fisik dan dinamis yang selalu dijumpai di lautan adalah naik turunnya permukaan air yang bersifat periodik selama satu interval waktu tertentu yang disebut pasang surut Adanya fouling pada lambung kapal, lama- kelamaan akan menyebabkan korosi pada lambung kapal, selain diantaranya
kesalahan dalam penggunaan cat anti korosi dan juga penggunaan chatodic protection.
Gambar 3. Self-polishing antifouling
Gambar 2. Mussels pada lambung kapal
Fouling pada lambung kapal sangatlah merugikan, karena menambah tahanan kapal dan mengurangi kecepatan kapal sebesar 10 15 %. Sehingga untuk mempertahankan kecepatan kapal a. Menaikkan engine power sebesar 23-38% b. Menaikkan konsumsi bahan bakar sebesar 25-40% II.2 Pencegahan Terjadinya Fouling Karena dambak yang ditimbulkan fouling ini amatlah besar, maka diperlukan cara untuk mengendalikan pertumbuhannya. Ada beberapa cara, namun yang paling sering digunakan adalah dengan menggunakan cat khusus anti fouling dan yang paling baru menggunakan impressed current.
Namun padanya kenyataannya, cat ini mengandung TBT antifouling (tributyltin) yang sangat berbahaya bagi kelangsungan hidup biota laut. Hal ini dikarenakan TBT merupakan racun yang membunuh macro dan microfouling pada lambung kapal. Sehingga dikawatirkan akan membunuh larva – larva dari biota laut. Sehingga IMO sudah melarang penggunaan cat berjenis ini. B. Impressed Current Anti Fouling Merupakan metode terbaru pengendalian fouling pada lambung kapal maupun jaringan – jaringan pipa. ICAF, sistem ini biasa disebut, bekerja dengan menggunakan arus listrik yang dialirkan pada anoda maupun katoda yang bisa mengendalikan timbulnya fouling.
A. Tin anti-fouling Merupakan cat khusus yang digunakan pada lambung untuk mencegah dan mengendalikan tumbuhnya fouling pada lambung kapal. Kebanyakan cat anti fouling merupakan tipe self-polishing. Self-polishing merupakan sebuah polymer, dimana cat itu dibuat berlapis – lapis, sehingga air laut (fouling) mengikis setiap lapisan cat tersebut sebelum mencapai kulit kapal.
Gambar 4. Sistem ICAF pada kapal
ICAF mengalirkan arus DC pada masing – masing anoda dan katoda. Dimana pada anoda dan katoda akan terjadi elekstolisis sehingga bisa menghambat pertumbuhan fouling pada lambung kapal maupun pada jaringan pipa. Untuk menanggulangi fouling pada jaringan pipa, biasanya pada pipa yang
dilewati oleh air laut, anoda maupun katoda biasanya dipasang pada sea chest. Sehingga air laut yang masuk melewati sea chest, diusahakan sudah bebas dari tumbuhan maupun hewan laut (marine growth) yang bisa menyebabkan terjadinya fouling.
iii.
Anoda Besi Digunakan untuk melindungi pipa besi dan juga bisa menjadi anti korosif
Gambar 8. Anoda besi (ferrous)
iv.
Gambar 5. Anoda yang dipasang di seachest
Anoda dan katoda tersebut bisa bermacam – macam jenisnya, tergantung pada berapa lama bisa digunakan maupun material yang dilindunginya, diantaranya,
i.
Anoda Tembaga digunakan untuk Biasanya melindungi pipa dari baja (steel pipe)
Gambar 6. Anoda tembaga
ii.
Dual Pupose Anoda Sesuai namanya, anoda ini mempunyai dua fungsi, yaitu dia bisa berfungsi ganda, yaitu pada pemasangan copper/aluminium atau copper/ferrous. Sehingga untuk 2 jenis anoda berbeda, hanya dibutuhkan 1 anoda jenis ini. Biasanya anoda jenis ini dipasang padan strainer.
Anoda Aluminium
Gambar 9. Dual Purpose Anoda
v. Katoda Umumnya saat penggunaan anoda standard, maka digunakanlah sebuah katoda untuk menghindari terjadinya korosi. Namun pada penggunaannya pada strainer maupun pada seachest, jika peralatan tersebut tidak dipasang anti korosi sendiri, maka sebaiknya katoda dapat berupa isolated(dedicated) atau dapat dipasang pada grounding kapal.
Digunakan untuk melindungi pipa baja dan juga bisa menjadi anti korosif
Gambar 7. Anoda aluminium
Gambar 10. Pemasangan katoda
Sistem ini dapat mencegah timbulnya kerang Barnacles dan Mussel pada sistem pendinginan motor yang kalau tidak dicegah dapat mengakibatkan sistem pendingin tersumbat dan motor akan menjadi overheating dan selanjutnya mengakibatkan penggunaan bahan bakar bertambah. Anti-fouling sistem ini menggunakan anoda dari bahan tembaga dan kathoda dari bahan aluminium yang dipasang pada sea chest di kapal atau rumahrumah saringan air laut dan dialiri arus listrik dari sebuah panel pengontrol. Anoda tembaga akan mengalirkan ionion listrik dan akan terbawa oleh aliran air laut dan menimbulkan lingkungan yang tidak memungkinkan timbulnya atau berkembang biaknya barnacles dan mussel. Sebenarnya ion tembaga tersebut tidak membunuh biota laut tetapi hanya membuat lingkungan yang tidak betah untuk mereka tinggali (biota laut). Ibaratnya ruangan yang penuh dengan asap sehingga kita tidak betah untuk tinggal di ruangan tersebut. Oleh sistem ini juga dihasilkan sebuah lapisan hidroksida seperti bulu halus pada dinding dalam dari pipa-pipa yang berfungsi sebagai anti karat (anti-corrosion layer). Dengan 2 hal tersebut, sistem perpipaan air laut (di kapal) secara lengkap dan berkesinambungan terjaga dari pengotoran oleh biota laut (bio-fouling) dan sekaligus terhadap pengkaratan (corrosion). Adapun ukuran Anoda-anoda tersebut ditentukan oleh besarnya aliran rata-rata air laut dan umur/masa kerja anoda yang dikehendaki (biasanya dikaitkan dengan masa/rencana pengedokan kapal). III. Metodologi Pengerjaan Untuk membantu pelaksanaan skripsi ini, maka perlu dibuat suatu urutan metode yang menjadi kerangka acuan dalam pelaksanaan tugas skripsi ini. Kerangka ini berisi tahapan – tahapan yang dilakukan untuk menyelesaikan permasalahan dari pengerjaan skripsi ini. Dimulai dari identifikasi masalah sampai nantinya mendapatkan kesimpulan atas pengerjaan skripsi ini.
III.1 Tahap Awal Pada tahapan awal pengerjaan skripsi ini difokuskan pada identifikasi dan perumusan masalah yang terkait dengan pengenalan awal cara kerja Impressed Current Anti Fouling (ICAF). Pemahaman teori dasar mengenai Impressed Current Anti Fouling (ICAF) dan segala aspek pengaruhnya terhadap timbulnya fouling pada sistem pendingin kapal beserta karakteristiknya diperoleh dari studi literature, baik itu dari internet maupun jurnal – jurnal yang terkait III.2 Tahap Pengumpulan Data Untuk tahap pengumpulan data. Data yang diperlukan adalah data alat – alat yang menyusun sistem ICAF, baik itu sistem pengontrolnya maupun anoda – anoda yang digunakan. Selain itu, juga dibutuhkan data – data mengenai besarnya arus dan tegangan arus searah DC yang dialirkan pada setiap anoda sehingga dapat menghambat timbulnya fouling pada sistem pendingin kapal. III.3 Analisa Besar Arus dan Tegangan yang Digunakan Untuk tahapan selanjutnya yaitu menganalisa besarnya arus searah (DC) yang digunakan. Besarnya arus searah (DC) yang digunakan dipengaruhi oleh luas permukaan daerah yang akan dilindungi. Karena itu perlu dilakukan perhitungan mengenai nesarnya arus yang digunakan, selajutnya menganalisanya apakah mencukupi atau tidak. III.4 Analisa Berat dan Jenis Anoda yang Digunakan Selanjutnya besarnya arus yang sudah dianalisa akan dilarikan pada anoda – anoda yang sudah terpasang. Anoda – anoda tersebut harus dianalisa apakah mampu menampung besarnya arus searah (DC) sehingga bisa menghambat
terjadinya fouling dalam jangka waktu tertentu. Jangka waktu tersebut bisa dikaitkan lama docking kapal. Biasanya lamanya yaitu kurang lebih 3 tahun. III.5 Penarikan Kesimpulan dan Saran Setelah dilakukan analisa baik itu besarnya arus searah (DC) yang digunakan maupun berat dan jenis anoda, dapat ditarik kesimpulan untuk sistem Impressed Current Anti Fouling yang sudah ada, bisa memproteksi sistem pendingin kapal dalam jangka waktu 3 tahun. Jikapun hasilnya meleset maka perlu diberikan saran untuk membuat sistem itu bekerja lebih optimal.
IV. Analisa Data IV.1 Perhitungan Kebutuhan Arus Proteksi Untuk mengetahui seberapa besar arus yang digunakan untuk disuplai ke setiap anoda yang terpasang pada seachest sehingga dapat melindunginya dari fouling yang ikut terbawa masuk bersama air laut. Untuk menghitungnya, dapat digunakan persamaan (1), digunakan rumusan, (Chandler, 1985)
= Dimana :
……...…(1)
IP A
: Kebutuhan arus proteksi (A) : Luas Penampang bagian yang dilindungi (m2) Cd : Densitas arus minimum (mA/m2)
Untuk densitas arus minimum, besarnya disesuaikan dengan daerah perairan yang akan dilalui kapal. Karena setiap perairan memiliki suhu, kelembapan, dan juga besarnya fouling yang hidup diperairan tersebut. Tabel 1. Minimum Desain Densitas Arus pada Setiap Perairan
Location North Sea Arabian Gulf India Australia Brazil Indonesia Gulf of Mexico West Africa
Current Density (mA/m2) Initial Mean Final 160 120 100 120 90 80 120 90 80 120 90 80 120 90 80 100 80 70 100 80 70 120 90 80
Sumber: A. Chandler, Kenneth [1985], Marine and Offshore Corrosion, 4th edition, Butterworth.)
Untuk itu, luas permukaan yang akan diproteksi diambil dari luasan sebenarnya dari seachest yang sebelumnya telah terpasang sistem ICAF untuk dianalisa apakah arus yang digunakan sudah sesuai semestinya, dengan penampang seachest sebagai berikut
1600 mm
1600 mm
2500 mm
1200 mm
Gambar 11. Penampang Seachest
Untuk mempermudah dalam perhitungan luas permukaan seachest, maka diasumsikan bentuk dari seachest berupa prisma segitiga. Sehingga, perhitungan luasannya didapatkan sebesar 13,078,000 mm2 atau 13 m2 Sehingga untuk kebutuhan arus proteksi yang digunakan untuk melindungi seachest dimana nilai densitas arus diambil dari nilai rata – rata di perairan indonesia diambil dari tabel 1, yaitu sebesar 80 mA/m2 sehingga besarnya arus ptoteksi dengan menggunakan persamaan 1, didapatkan 1.04 Ampere.
IV.2 Perhitungan Kebutuhan Berat Anoda Untuk mengetahui kebutuhan berat anoda untuk melindungi seachest dari fouling yang masuk bersama air laut dalam jangka waktu tertentu. Untuk jangka waktu perlindungan biasanya disesuaikan waktu pengedokan kapal biasanya kurang lebih 3 tahun. (Gurrappa, 2004)
=
Dimana : L : Anode Life Time W0 : Berat Awal Anoda
……… (2)
(Y) (kg)
IV.3 Analisa Kebutuhan Transformer Rectifier
W : Berat Akhir Anoda (kg) u : Utilization Factor : 0.8 – 0.9 I : Arus Proteksi (A) C : Anode Consumption Rate (kg /A.Y)
a. Menghitung Elektrolit
Tahanan
Daya
Anoda
–
Untuk Anode Consumption Rate adalah berat anoda yang hilang karena dialiri sejumlah arus listrik dalam setahun. Konsumsi untuk setiap anoda berbeda – beda, tergantung jenis anoda yang kita gunakan, sesuai tabel di bawah ini
= ………………(3)
Dimana : Rv :Besar tahanan anoda dengan elektrolit pada anoda vertical (Ω) ρ : electrolit resistivity (Ωcm) L : Panjang anoda (feet) K : Rasio panjang dan diameter anoda sesuai tabel dibawah ini
Tabel 2. Laju Konsumsi Anoda dari Berbagai Jenis Material
Anoda Material Platinized Metals Lead Base Alloy Mild Steel Ferrosilicon Copper Aluminium
Suplai
Konsumsi (Kg/A.Y) 6 – 8.6 x 10-6 0.09 9 - 10 0.25 11 - 12 11 – 11.5
Tabel IV. 1 Rasio panjang dan diameter anoda
Sumber : Gurrappa, I [2004], Chatodic Protection of Cooling Water System and Selection of Appropriate Material, Material Processing Technology 166 (2005) 256 – 267
Untuk perhitungan berat masing – masing anoda yang digunakan untuk perlindungan bagian seachest dengan asumsi berat yang tersisa selama jangka waktu 3 tahun adalah sebesar 2 kg, sehingga perhitungannya menggunakan rumusan (2) sehingga didapatkan berat anoda sebesar : a. Anoda Besi b. Anoda Tembaga c. Anoda Aluminium
(US Army Corps of Engineers Commander [1997], Military Handbok Electrical Engineering Cathodic Protection. Hyattsville, MD: USACE Publication.Dept)
: 39.06 kg : 46.40 kg : 44.60 kg
Sehingga jika perhitungan di atas dibuat dalam bentuk tabel dengan perubahan berat pada tiap tahunnya menjadi Tabel 3. Perubahan Berat Anoda Setiap Tahunnya
39.06
Tahun Pertama (kg) 26.82
Tahun Kedua (kg) 14.58
Tahun Ketiga (kg) 2.34
Cu
46.40
31.72
17.04
2.36
3.16
Al
44.60
30.6
16.6
2.60
3.17
Jenis Anoda
Awal (kg)
Fe
Habis (Y) 3.19
Dari tabel IV.1 didapatkan electrolit resistivity untuk perairan Indonesia adalah 19 ohm-cm, panjang anoda 1.31 feets. Dan dengan rasio panjang dan diameter anoda 0.013 sehingga besar tahanan anoda dengan elektrolit adalah
= 19 = 0.013 1.31 = 0.19 Ω
Dimana : RV : Besar tahanan elektrolit (Ω)
b. Menghitung Tahanan Kabel pada Sirkuit DC Untuk mengetahui besarnya tahanan yang timbul pada kabel yang menghubungkan setiap anoda pada seachest dengan connection box dengan menggunakan kabel berinti satu dan kabel yang menghubungkan connection box dengan DPU yang terdiri dari transformer rectifier. Maka dari itu digunakanlah rumusan sebagai berikut (Sulistijono, 1999)
=
! "# $
.…….……(4)
Dimana : Rc : Besarnya tahanan pada kabel (Ω) Lc : Panjang kabel (m) Re : Tahanan spesifik kabel (Ω/m) N : jumlah kabel yang diparalel c : jumlah inti pada kabel Untuk jumlah kabel yan diparalel dan panjang setiap kabel dilakukan asumsi yang sesuai Error! Reference source not found.. Untuk tahanan spesifik kabel dan jumlah inti kabel disesuaikan dengan jenis kabel yang digunakan sesuai yang terlampir pada lampiran 14. Untuk mempermudah dalam perhitungan, perhitungan akan dilakukan dengan tabel berikut Tabel IV. 2 Perhitungan Tahanan Kabel c Kabel Lc (m) Re (Ω/m) N Anoda – Con. Box Con. Box – DPU
Rc (Ω)
10
0,012 2
2
1
0,061
15
0,012 2
2
2
0,046
Rc :
0,107
c. Menghitung Total Tahanan pada Sirkuit DC Untuk menghitung total tahanan pada sirkuit DC, maka digunakan penjumlahan antara tahanan pada anoda –elektrolit dengan tahanan pada kabel, sehingga total tahanan pada sirkuit DC (Sulistijono, 1999)
Rt : RV + RC ……………..(5)
pada
anoda
–
RC : Besar tahanan pada kabel (Ω) Sehingga besarnya tahanan total pada sirkuit DC ini adalah Rt Rt
: 0.19 + 0,107 : 0.297 Ω
Menghitung Tegangan DC untuk Setiap Anoda Untuk menghitung suplai tegangan yang bisa dilakukan oleh transformer rectifier maka digunakan rumusan di bawah ini (Sulistijono, 1999) d.
VA : [(It x Rt) x (1+ SF)] + Bemf ....(6) Dimana : VA : Tegangan DC keluaran TR (Volt) It : Total Kebutuhan Arus Proteksi (A) Rt : Total hambatan sirkuit DC (Ω) SF : Faktor keamanan TR
(20%)
Bemf : Tegangan balik 2 volt Sehingga tegangan DC untuk disuplai ke setiap anoda yang terpasang adalah
e.
VA : [(It x Rt) x (1+ SF)] + Bemf : [(4.16 x 0,297 x (1+ 0.2)] + 2 : 3,49 Volt Menghitung Losses Tegangan DC
Karena pada setiap meter kabel terdapat kehilangan tegangan maka untuk memastikan bahwa setiap anoda mendapatkan suplai tegangan 3,49 volt, maka perlu ditambahkan losses akibat panjang kabel Dari spesifikasi marine cable yang digunakan, untuk kabel ukuran 1 x 1.5 mm2 mempunyai losses sebesar 34 mV/A.m dan untuk kabel dengan ukuran 2 x 1.5 mm2
mempunyai losses sebesar 35 mV/A.m sesuai dengan spesikasi marine cable yang ada pada lampiran. Sehingga losses setiap kabel dapat diketahui, yaitu • Anoda ke Connection Box (1 x 1.5 mm2) = 34 mV/A.m = 35,36 mV/m (arus yang mengalir 1,04 A) = 282.88 m (panjang kabel 8 m) = 0,283 V • Connection Box ke DPU (2 x 1.5 mm2) = 35 mV/A.m = 72.8 mV/m (arus yang mengalir 2,08 A) = 873.6 mV (panjang kabel 12 m) = 0,874 V • Total Losses Tegangan Vl = 0,283 V + 0,874 V = 1,16 V f. Menghitung Tegangan DC Transformer Rectifier Setelah besarnya tegangan DC dan besar losses tegangan sudah diketahui, maka besarnya tegangan yang harus disuplai oleh transformer rectifier adalah VDC : VA + Vl : 3,49 + 1.16 : 4.65 Volt g. Menghitung Suplai Arus AC untuk Transformer Rectifier Untuk menyuplai transformer rectifier yang sudah ada yaitu dengan spesifikasi 240 volt/50-60 Hz, single phase sesuai dengan lampiran 6. Dibutuhkan besar arus AC yang dibutuhkan sesuai dengan rumusan berikut
% =
&' (&' ()' *+, -./ 0
……….(7)
Dimana : IDC : Arus DC keluaran transformer rectifier (A) VDC : Tegangan DC keluaran transformer rectifier (V)
VAC : Tegangan AC masukan transformer rectifier (V) ηTR : Effisiensi transformer rectifier (80%) Sehingga suplai arus AC yang dibutuhkan untuk transformer rectifier adalah 1 21 % = 2% 3 4" 567 8 4.16 4.65 % = 240 0.8 0.8 % = 0,126 A h. Menghitung Daya Transformer Rectifier Selanjutnya daya transformer rectifier yang digunakan untuk menyuplai Impressed Current Anti Fouling ini adalah berdasarkan rumusan berikut PTR : IAC . VAC . Cos φ PTR : 0,126 . 240 . 0,8 PTR : 24.19 watt Untuk keamanan maka daya transformer rectifier dikalikan 1,5 kalinya. Sehingga kebutuhan daya transformer rectifier yaitu PTR : 24.19 x 1.5 : 36.3 watt Sehingga dibutuhkan sebuah transformer rectifier dengan spesifikasi daya 36.3 watt dengan tipe transformator step-down yang mampu mengubah arus AC menjadi DC dari tegangan 240 V menjadi 4,65 V.
IV.4 Analisa Perhitungan Dengan Anoda ICAF 9900M092 Dari perhitungan yang sudah dilakukan, baik itu perhitungan arus proteksi maupun perhitungan berat anoda. Maka selanjutnya akan dilakukan analisa dengan membandingkan arus proteksi dan berat anoda yang sudah terpasang, yaitu pada Impressed Current Anti Fouling seri 9900M092. Dengan spesifikasi besar arus dan berat anoda tersaji pada tabel di bawah ini.
Tabel 4. Spesifikasi Anoda pada ICAF seri 9900M092 Anode Number
Anode Type
1 1 1 1
Cu Fe Cu Fe
Anode Set Current 0,93 A 0,33 A 0,93 A 0,33 A
Anode Weight
Anode Location
42 Kg 11 Kg 42 Kg 11 Kg
PS PS SB SB
Sumber: ICAF 9900M092 Manual Book
Dari data – data dari anoda ICAF seri 9900M092, maka dapat dilakukan perhitungan apakah anoda – anoda yang terpasang bisa dioperasikan dalam jangka waktu operasi 3 tahun, dengan menggunakan persamaan (2) didapatkan Life-time setiap anoda, a. Anoda Tembaga b. Anoda Besi
: 3.19 Tahun : 2.83 Tahun
Dalam analisa yang telah dilakukan dapat dilihat bahwa untuk melindungi bagian sistem pendingin kapal, dalam hal ini yaitu seachest kapal, hanya menggunakan arus searah (DC) yang besarnya relatif kecil, besanya hanya 1.04 A, hal ini banyak dipengaruhi oleh dimensi daerah yang ingin dilindungi dari timbulnya fouling, dalam hal ini seachest dan juga sangatlah tergantung pada kondisi lingkungan perairan tempat kapal tersebut berlayar. Karena diasumsikan perairan yang akan dilalui kapal adalah perairan Indonesia maka besar densitas arus yang digunakan sebagai perhitungan adalah sebesar 80 mA/m2. Hal ini dapat mempengaruhi banyak sedikitnya fouling yang timbul. Setelah diketahui besarnya arus searah (DC) yang digunakan sebagai proteksi, selanjutnya dapat diketahui berat anoda ICAF yang dibutuhkan untuk dialiri arus listrik. Dalam hal ini, berat anoda yang dianalisi menggunakan bahan logam yang sudah umum dipasaran yaitu besi (Fe), tembaga (Cu), dan aluminium (Al). Nantinya, anoda – anoda tersebut direncanakan untuk masa pakai (lifetime) dalam jangka waktu 3 tahun. Dalam
jangka waktu 3 tahun tersebut anoda – anoda tersebut tidak boleh benar – benar habis, karena itu dalam perencanaannya harus menyisakan berat yang cukup pada jangka waktu pemakaian 3 tahun tersebut. Setelah berat anoda yang direncanakan sudah bisa diketahui, untuk mengetahui apakah perencanaan kita bisa diterima atau tidak maka dilakukan perbandingan dengan sistem ICAF yang sudah ada yaitu dengan ICAF seri 9900M092. Pada sistem ICAF tersebut menggunakan dua jenis anoda yaitu anoda tembaga dan anoda besi. Dari analisa yang sudah dilakukan anoda tembaga pada ICAF seri 9900M092 bisa bertahan sampai jangka waktu 3 tahun 2 bulan. Sedangkan pada analisa anoda besi, anoda tersebut hanya sanggup bertahan hanya sampai jangka waktu 2 tahun 10 bulan. Hal ini sangatlah tidak diperbolehkan, mengingat pentingnya peran dari sistem ICAF ini pada penanggulangan terjadinya fouling. Untuk dapat digunakan secara maksimal, seharusnya dilakukan penambahan berat anoda besi agar bisa bertahan sampai jangka waktu pakai selama 3 tahun. V. Penutup V.1 Kesimpulan Setelah melalui serangkaian proses analisa dan perhitungan didapatkan beberapa poin kesimpulan dari Analisa Penggunaan Arus Searah (DC) Pada Impressed Current Anti Fouling (ICAF) Sebagai Pencegahan Terjadinya Fouling Pada Cooling System, yang menjawab tujuan penulisan skripsi ini, yaitu, 1. Impressed Current Anti Fouling (ICAF) merupakan peralatan pencegah terjadinya fouling yang cukup baik memproteksi sebuah bangunan laut, dimana peralatakan ini tidak terlalu banyak membutuhkan suplai arus listrik serah (DC) karena hanya membutuhkan arus listrik sebesar 1,04 ampere untuk masing – masing seachest
2. Impressed Current Anti Fouling (ICAF) disusun oleh beberapa komponen – komponen penting, yaitu a. ICAF Digital Processing Unit (DPU) b. ICAF Anoda c. Plug Box d. Kabel Penghubung 3. Penentuan anoda – anoda ICAF, tergantung pada luasan daerah yang akan diproteksi dan besarnya arus proteksi yang digunakan 4. Dalam analisa sudah dilakukan, untuk melindungi bagian sistem pendingin kapal, dalam hal ini seachest yang luas permukaannya sebesar 13.1 m2, diperlukan arus searah (DC) sebesar 1.04 Ampere. 5. Untuk itu, digunakanlah anoda – anoda yang digunakan sebagai proteksi seachest tersebut dalam jangka waktu pakai minimal selama 3 tahun, sehingga berat masing – masing anoda adalah a. Anoda Besi (Ferro Anode) : 39.06 kg b. Anoda Tembaga (Curro Anode) : 46.40 kg c. Anoda Aluminium : 44.60 kg 6. Anoda – anoda tersebut diatas akan disuplai oleh sebuah transformer rectifier dengan daya 36.3 watt dengan tipe transformator step-down yang mampu mengubah arus AC menjadi DC dari tegangan 240 V menjadi 4,65 V. 7. Analisa yang dilakukan pada anoda Impressed Current Anti Fouling (ICAF) seri 9900M092, dapat dibuat kesimpulan bahwa anoda – anoda yang digunakan memiliki jangka waktu pakai (Life-time) selama, a. Anoda Tembaga (Curro Anode) : 3.19 Tahun b. Anoda Besi (Ferro Anode) : 2.83 Tahun 8. Anoda besi pada ICAF seri 9900M092 perlu ditinjau ulang mengenai perencanaan berat anoda, karena dari analisa yang dilakukan umur pakai (Life-time) anoda tersebut kurang dari 3 tahun, hal ini sangat
membahayakan pada kesinambungan proteksi dari timbulnya fouling. V.2 Saran Beberapa saran yang dapat digunakan sebagai referensi agar pada perencaan selanjutnya tentang Impressed Current Anti Fouling (ICAF) ini akan diperoleh hasil yang lebih baik, antara lain, 1. Analisa mengenai berat setiap anoda sebaiknya menggunakan rumusan yang lebih mendekati hasil nyata, karena pada pengerjaan skripsi ini masih menggunakan rumus pendekatan dari perhitungan anoda Impressed Current Chatodic Protection (ICCP). 2. Analisa mengenai jenis anoda yang digunakan sebaiknya mencakup seluruh jenis anoda biasa digunakan di lingkungan laut utamanya anoda yang berjenis combi-anode sehingga bisa didapatkan jenis anoda yang memang layak digunakan sebagai proteksi dari timbulnya fouling. 3. Sebaiknya dilakukan juga analisa ekonomis pada setiap jenis anoda, sehingga pemasangannya juga tidak hanya tergantung pada sisi teknis namun juga segi biaya yang digunakan. VI. Daftar Pustaka A. Chandler, Kenneth. (1985). Marine and Offshore Corrosion. 4th edition. Butterworth. Chambers L.D, K.R. Stokes, F.C. Walsh, and R.J.K. Wood. (2006). Modern Approaches to Marine Antifouling Coating. Surface & Coatings Technology 201 (2006) 3642–3652. Chotelco. (2010). Seawater Pipework Antifouling System.
. Diakses 3 Februari 2011.
Corrosion & Water-Control b.v. (2006). Corrosion.. Diakses 14 Januari 2011. Corrosion & Water-Control b.v. (2006). Installation & Operation Manual : Impressed Current Anti Fouling. ICAF 9900M092. Netherland. Gurrappa, I. (2004). Chatodic Protection of Cooling Water System and Selection of Appropriate Material. Material Processing Technology 166 (2005) 256 – 267 Kumar Mehta, P. (1991). Concrete in the Marine Environment. Elsevier Applied Science. University of Berkeley. USA. Rolands, J. C. (2004). Corrosion for Marine and Offshore Engineers. IMAREST. Sulistijono. (1999). Diktat Kuliah Korosi, Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya US Army Corps of Engineers Commander. (1997). Military Handbook Electrical Engineering Cathodic Protection. Hyattsville, MD: USACE Publication Dept. van Dokkum, Klaas (2003), Ship Knowledge: A Modern Encyclopedia, Dokmar. Netherland. Widyantoro, Rendi Prasetya. (2010). Perancangan Ulang Sistem ICCP pada Tanker Ladinda. Tugas Akhir Mahasiswa, Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya
