efisiensi sistem menurun seiring dengan kenaikan debit penguapan. Maka, dari grafik tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa sistem akan bekerja lebih baik pada debit operasi yang rendah.
Gambar 4.20 Grafik temperatur pengujian vs volume penguapan prototipe alternatif rancangan 1 Grafik pada gambar 4.20 menunjukkan hubungan antara temperatur pengujian terhadap volume penguapan. Trendline pada grafik tersebut menunjukkan bahwa volume penguapan bensin akan bertambah seiring dengan kenaikan temperatur operasi.
Gambar 4.21 Grafik nomor pengujian vs volume penguapan prototipe alternatif rancangan 1
72
Grafik pada gambar 4.21 menunjukkan hubungan antara nomor pengujian terhadap volume penguapan. Trendline pada grafik tersebut menunjukkan bahwa volume bensin yang menguap akan berkurang seiring dengan jumlah pengujian. Pada saat dilakukan pengujian kelima, bensin untuk pengujian tersebut diganti dengan yang baru sehingga volume penguapan naik kembali. Hal tersebut juga didukung dengan warna dari bensin lama yang lebih keruh bila dibandingkan dengan warna bensin baru. Dari analisis hasil pengujian prototipe alternatif rancangan 1, dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut: Rata – rata efisiensi sistem yang didapat sebesar 37.43%. Sistem akan bekerja lebih baik pada temperatur operasi maupun debit operasi yang rendah. Laju penguapan bensin dipengaruhi oleh temperatur dan umur dari bensin. Semakin tinggi temperatur, semakin besar laju penguapannya. Sedangkan semakin lama umur bensin, semakin kecil laju penguapannya. 4.6.2. Pengujian Alternatif Rancangan 2 Berikut gambar skema dari model pengujian prototipe alternatif rancangan 2:
Gambar 4.22 Skema pengujian prototipe alternatif rancangan 2
73
Pengujian prototipe ini pada dasarnya sama dengan pengujian prototipe alternatif rancangan 1. Perbedaannya hanya pada saluran masukan dan keluaran dari wadah bensin yang menggunakan saluran yang sama. Karena itu prosedur pengujiannya pun sama dengan prosedur pengujian alternatif rancangan 1. 4.6.2.1. Hasil Pengujian Prototipe Alternatif Rancangan 2 Berikut foto – foto dari set-up pengujian prototipe alternatif rancangan 2:
Gambar 4.23 Foto set-up pengujian prototipe alternatif rancangan 2
Gambar 4.24 Foto sistem perpipaan alternatif rancangan 2 Setelah dilakukan beberapa kali pengujian, didapatkan bahwa tidak ada bensin yang menguap meskipun telah digunakan magnetic stirrer untuk mengaduk dan memanaskan. Hal tersebut dapat terjadi akibat terjadinya keadaan jenuh antara uap bensin dengan udara luar yang mengakibatkan bensin cair tidak dapat menguap lebih banyak. Selain itu, pompa vakum tidak dapat bekerja dengan
74
baik pada sistem perpipaan tersebut sehingga tidak ada uap bensin yang tertarik dan pada tabung kondensator tidak tertangkap apapun. 4.6.3. Pengujian Alternatif Rancangan 3 Berikut gambar skema dari model pengujian prototipe alternatif rancangan 3:
Gambar 4.25 Skema pengujian prototipe alternatif rancangan 3 Sama halnya dengan pengujian prototipe alternatif rancangan 2, pengujian ini pun memiliki prinsip yang sama dengan pengujian prototipe alternatif rancangan 1. Perbedaannya terdapat pada konfigurasi pemasangan peralatan di dalam casing. Pompa vakum menarik campuran uap bensin dengan udara dari wadah bensin dan mendorongnya masuk ke dalam modul membran. Selanjutnya modul membran akan memisahkan uap bensin dengan udara, di mana udara akan dilepaskan ke lingkungan sedangkan uap bensin dikembalikan ke dalam tangki timbun. Sebelum dikembalikan, uap bensin pada pengujian ini juga dilewatkan melalui tiga buah tabung kondensator agar dapat dilihat uap bensin yang dapat direcover. Prosedur pengujian ini juga sama dengan prosedur pengujian alternatif rancangan 1. 4.6.3.1. Hasil Pengujian Prototipe Alternatif Rancangan 3. Berikut foto – foto dari set-up pengujian prototipe alternatif rancangan 3:
75
Gambar 4.26 Foto set-up pengujian prototipe alternatif rancangan 3
Gambar 4.27 Foto bagian dalam casing alternatif rancangan 3 Setelah dilakukan beberapa kali pengujian, sistem selalu mengalami kebocoran di berbagai titik. Kebocoran tersebut tidak dapat ditanggulangi dengan penyegelan ulang menggunakan seal tape. Pada akhirnya pengujian tidak tidak dapat diteruskan karena salah satu tabung kondensator tidak dapat lagi menahan tekanan yang ditimbulkan oleh keluaran dari pompa vakum dan mengalami kerusakan. Dari pengujian tersebut dapat disimpulkan bahwa tekanan pada prototipe ini lebih besar dari prototipe alternatif rancangan 1 maupun dari prototipe alternatif rancangan 2. Hal tersebut terjadi karena diakibatkan oleh pompa vakum yang mendapatkan tekanan masukan lebih besar karena tidak terhambat oleh aliran di dalam modul membran sehingga menghasilkan tekanan keluaran yang lebih besar pula.
76
Gambar 4.28 Foto kerusakan pada tabung kondensator Percobaan tersebut menggunakan pompa vakum dengan kapasitas maupun daya yang disesuaikan dengan kondisi sebenarnya yang terjadi di lapangan. Maka dari itu, akan dilakukan pengujian ulang untuk prototipe alternatif rancangan 3 dengan menggunakan pompa vakum dengan kapasitas dan daya yang lebih kecil agar sesuai dengan kondisi pengujian. Untuk debit yang terjadi pada saat pengujian, digunakan data yang didapat dari pengujian prototipe alternatif rancangan 1. Debit rata – rata yang terjadi adalah sebesar 0.1185 ml/s atau sama dengan 2.511x10-4 cfm. Selanjutnya, untuk menghitung daya pompa yang diperlukan digunakan persamaan 4.9:
E=
nRT
η
ln
Ph Pl
(4.15)
Di mana:
E = daya pompa (W)
n = laju mol (mol/s)
R = konstanta universal gas = 8.314 J/m.k
T = temperatur (K)
Ph = inlet pressure (bar)
Pl = outlet pressure (bar)
η = effisiensi pompa
77
Beberapa asumsi yang digunakan untuk persamaan di atas: - Aliran berupa steady state flow. - Debit aliran konstan. - Massa jenis uap BBM sepanjang aliran konstan. - Gesekan pada dinding-dinding pipa diabaikan. - Efisiensi pompa sebesar 90%. - Temperatur operasi diambil dari rata – rata data pengujian prototipe alternatif rancangan 1, yaitu sebesar 340C atau sama dengan 307 K. - Inlet pressure dan outlet pressure disamakan dengan yang terjadi pada kondisi lapangan, yaitu 700 Pa dan 105Pa. Untuk laju mol (n) dihitung menggunakan persamaan 4.10:
n=
Q.ρ X . Mr
(4.16)
Di mana:
Q = debit uap bensin = 0.1185 ml/s = 4.266x10-4 m3/h
ρ = massa jenis bensin = 3.6 kg/m3 [11]
Xpermeat
=
perbandingan stoikiometri massa mol udara terhadap
bensin = 14.7
= berat molekul bensin = 105 gr/mol [11]
Mr
Maka didapatkan: 3
.x 3.6 kg 3 1 jam m x jam x 1000 g n= 3600 s 1 kg 14.7 x 105 gr mol = 2.764 x 10 −7 mol s 4.266 × 10 − 4 m
(4.17)
Maka besarnya daya pompa vakum yang diperlukan: E=
2.764 × 10 − 7 mol
s
x 8.314 0.9
J x 307 K 10 5 Pa m.K ln 700 Pa
= 2.402 x 10 −3 Watt
78
(4.18)
Karena kapasitas maupun daya pompa vakum yang diperlukan sangat kecil, maka digunakan pompa vakum yang ada di pasaran dengan daya paling kecil. Berikut foto pompa vakum yang telah dipilih beserta spesifikasinya dan foto set-up pengujian yang baru:
Gambar 4.29 Foto pompa vakum pada pengujian prototipe alternatif rancangan 3 Tabel 4.7 Spesifikasi Pompa Vakum Pengujian Prototipe Alternatif Rancangan 3 Power Supply Pumping Rate Limited Pressure Rotating Speed Power Outer Figure Weight
220V / 50 Hz 1 cfm 10 Pa 1440 r/min 90 W 247 x 110 x 207 mm 6.7 kg
Gambar 4.30 Foto set-up baru pengujian prototipe alternatif rancangan 3 79
Pengujian prototipe tersebut dilakukan selama 20 menit dengan pencatatan data dilakukan setiap selang waktu 2 menit. Pengujian dilakukan sebanyak sepuluh kali dengan temperatur pengujian yang bervariasi. Contoh hasil pengujian pertama ditunjukkan pada tabel berikut: Tabel 4.8 Hasil Pengujian Pertama Prototipe Alternatif Rancangan 3 Nomor Pengujian
1
Waktu (Menit)
Tinggi Tabung (cm)
Temperatur (oC)
0
18
24
2
17.9
23
4
17.9
24
6
17.8
25
8
17.7
27
10
17.6
28
12
17.5
29
14
17.3
31
16
17.2
33
18
17.1
35
20
17.1
36
Δt total 0.9
Volume Permeate (mL)
119
T rata - rata 28.64
Gambar 4.31 Foto hasil pengujian prototipe alternatif rancangan 3 Data hasil pengujian kedua hingga kesepuluh dapat dilihat pada lampiran C.
80
4.6.3.2. Analisis Hasil Pengujian Prototipe Alternatif Rancangan 3 Data hasil pengujian yang telah didapatkan dianalisis menggunakan prosedur perhitungan yang sama pada hasil pengujian prototipe alternatif rancangan 1. Berikut tabel hasil perhitungan seluruh pengujian: Tabel 4.9 Perhitungan Analisis Hasil Pengujian Prototipe Alternatif Rancangan 3 Nomor Pengujian 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Temperatur Pengujian (0C) 28.64 33.91 36.18 35.64 37.45 39.09 38.82 37.82 41.91 42.18
Volume Permeat (ml) 119 113 98 95 73 111 94 78 74 23
Volume Penguapan (ml) 159.04 159.04 141.37 176.72 106.03 159.04 123.70 88.36 123.70 35.34
Debit Penguapan (ml/s) 0.0884 0.0884 0.0785 0.0982 0.0589 0.0884 0.0687 0.0491 0.0687 0.0196
Efisiensi Sistem (%) 74.82 71.05 69.32 53.76 68.85 69.79 75.99 88.28 59.82 65.08
Rata - Rata
67.93
Gambar 4.32 Grafik efisiensi sistem vs temperatur pengujian prototipe alternatif rancangan 3
81
Gambar 4.33 Grafik efisiensi sistem vs debit penguapan prototipe alternatif rancangan 3
Gambar 4.34 Grafik nomor pengujian vs volume penguapan prototipe alternatif rancangan 3
82
Gambar 4.35 Grafik temperatur pengujian vs volume penguapan prototipe alternatif rancangan 3 Gambar 4.32 hingga gambar 4.35 menunjukkan grafik dari analisis hasil pengujian protitipe alternatif rancangan 3. Dapat dilihat bahwa setiap grafik memiliki trendline yang sama dengan grafik dari analisis hasil pengujian prototipe alternatif rancangan 1. Dari analisis hasil pengujian prototipe alternatif rancangan 3, dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut: Rata – rata efisiensi sistem yang didapat sebesar 67.93%. Sistem alternatif rancangan 3 memiliki karakteristik sifat yang sama dengan sistem alternatif rancangan 1, yaitu akan bekerja lebih baik pada temperatur maupun debit operasi yang rendah. 4.7 Pengambilan Keputusan Rancangan Sistem Vapor Recovery ‘Havival’ Setelah dilakukan pengujian pada ketiga alternatif perancangan sistem yang telah dikembangkan, dibuat sebuah tabel pengambilan keputusan berdasarkan hasil pengujian serta kriteria perancangan yang telah ditetapkan sebelumnya. Berikut tabel pengambilan keputusan tersebut:
83
Tabel 4.10 Pengambilan Keputusan Perancangan Sistem Vapor Recovery ‘Havival’ Rancangan 1 1
Rancangan 2 0
Rancangan 3 1
Tidak menghambat aliran fluida
1
0
1
3
Tidak banyak modifikasi
0
1
0
4
Membran dapat bekerja dengan baik
1
0
1
5
Dapat melakukan proses separasi
1
0
1
6
Memiliki efisiensi yang baik
0
0
1
7
Menarik dan sederhana
1
1
1
8
Tidak terlalu berat dan besar
1
1
1
9
Pengoperasiannya mudah
1
1
1
10
Perawatan mudah
1
1
1
11
Biaya produksi murah
1
1
1
9
6
10
No.
Kriteria
1
Mengurangi kerugian akibat penguapan
2
Jumlah
Dari tabel di atas, maka dapat dilihat bahwa alternatif rancangan 3 yang memiliki kinerja paling baik serta paling banyak memenuhi kriteria yang diperlukan maupun diinginkan dalam perancangan. Karena itu alternatif rancangan 3 yang paling sesuai untuk dikembangkan lebih lanjut menjadi sistem vapor recovery yang lebih optimal.
84
4.8 Process Flow Diagram
Gambar 4.36 Process flow diagram dari sistem vapor recovery ‘Havival’ Keterangan: = aliran bensin cair = aliran campuran uap bensin dengan udara = aliran uap bensin = aliran udara Seperti yang telah dijelaskan pada subbab 2.3.2, tekanan pada tangki timbun akan berubah-ubah akibat pengaruh temperatur ataupun pada saat proses unloading ataupun proses loading. Proses unloading, yang merupakan proses penyaluran bensin dari truk penyalur ke tangki timbun, ditunjukkan oleh panah merah yang mengarah masuk ke dalam tangki timbun. Sedangkan proses unloading, yang merupakan proses proses penyaluran bensin dari tangki timbun
85
menuju dispenser, ditunjukkan oleh panah merah yang mengarah keluar dari tangki timbun. Kenaikan temperatur di dalam tangki timbun ataupun proses unloading akan menyebabkan kenaikan tekanan. Pada saat itu campuran uap bensin dengan udara akan terdorong ke dalam masukan sistem untuk menyeimbangkan tekanan kembali, yang ditunjukkan oleh panah oranye. Selanjutnya, campuran uap bensin dengan udara tersebut akan ditarik lalu didorong oleh pompa vakum masuk ke dalam modul membran. Pada modul membran akan terjadi proses separasi antara uap bensin dengan udara. Aliran udara yang telah bersih dari uap bensin akan dikeluarkan menuju lingkungan sekitar, yang ditunjukkan oleh panah biru yang keluar dari sistem. Sedangkan aliran uap bensin yang telah bersih dari udara akan terdorong masuk kembali ke dalam tangki timbun, yang ditunjukkan oleh panah kuning. Penurunan temperatur di dalam tangki timbun ataupun proses loading akan menyebabkan penurunan tekanan. Pada saat itu, udara dari lingkungan sekitar akan masuk ke dalam tangki timbun melalui pipa sistem, yang ditunjukkan oleh panah biru yang masuk ke dalam tangki timbun. Semua aliran yang terjadi akan mengarah sesuai dengan process flow diagram karena dijaga oleh ketiga check valve yang dipasang pada pipa-pipa sistem vapor recovery. Ketiga check valve tersebut hanya mengizinkan terjadinya aliran pada satu arah saja. 4.9 Analisis Keuntungan Ekonomi Dari tabel 1.1 diketahui bahwa konsumsi nasional per tahunnya untuk bahan bakar jenis bensin adalah sekitar 17.080.000.000 liter dengan rata – rata losses factor sekitar 0.78%. Maka besarnya kerugian yang terjadi akibat penguapan bensin per tahunnya adalah sebesar 133.224.000 liter. Dengan mengaplikasikan sistem vapor recovery ‘Havival’, maka penguapan yang terjadi dapat di-recover sekitar 67.93% nya, yaitu sebesar 90.000.000 liter. Dengan harga premium per liternya sebesar Rp 4.500,00 maka dapat dicegah kerugian ekonomi yang terjadi sebesar Rp 405.000.000.000,00.
86
Selain mencegah terjadinya kerugian ekonomi, pengaplikasian sistem vapor recovery ‘Havival’ juga akan mengurangi penguapan bensin ke lingkungan sekitar.
Dengan begitu bahaya kebakaran maupun bahaya kesehatan bagi
masyarakat yang tinggal di sekitar SPBU akan berkurang.
87
