RETROFIT SISTEM PENDINGIN MESIN UNTUK KAPAL COASTER 1200GT DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM KEEL COOLER

RETROFIT SISTEM PENDINGIN MESIN UNTUK KAPAL COASTER 1200GT DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM KEEL COOLER Mohammad Luthfi Setyana

Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Depok, 16424, Jawa Barat

Email: [email protected]

Abstrak

Penilitian ini membahas tentang retrofit sistem pendingin mesin untuk kapal coaster 1200GT dengan menggunakan sistem keel cooler. Dimana proses untuk mengganti suatu sistem yang sudah ada yang disebut retrofiting. Kapal coaster 1200GT merupakan kapal pengangkut barang untuk pelayaran pantai. Kapal ini memiliki spesifikasi panjang keseluruhan (!"# = 62.8 !), panjang diantara garis tegak lurus (!"# = 57.36 !), lebar kapal (! = 12 !), tinggi kapal (! = 4 !), sarat kapal (! = 2.70 !), tenaga mesin utama (! = 2 ! 1030 !"#$%#&'($)#), kecepatan maksimum kapal (! = 12 !"#$) dan dapat menampung penumpang sebanyak 400 orang. Tujuan penelitian ini adalah merancang kebutuhan keel cooler untuk kapal coaster 1200GT. Langkah-langkah kegiatan perancangan dan perhitungan keel cooler ini adalah sebagai berikut: menghitung kebutuhan keel cooler dengan variasi diameter ½ - 2 ½ inch untuk mengetahui berapa panjang (L) minimal dan nilai optimal dari nilai pelepasan panas (q). Variasi diameter menghasilkan beberapa nilai panjang dan nilai koefisien perpindahan panas yang bervariasi. Pada diameter 2½ inch memiliki nilai panjang minimal dan nilai pelepasan panas yang optimal.

Kata Kunci: Kapal coaster 1200GT, keel cooler, pelepasan panas, retrofit, dan sistem pendingin mesin.

Retrofitting of The Engine Cooling System 1200GT Coaster Ship with a Keel Cooler System

Abstract This research discusses about retrofit of the engine cooling system for coaster ship 1200GT with a keel cooler system. Where the process to replace an existing system called Retrofitting. 1200GT coaster ship is a freighter ship to cruise the beach. This ship has the following specifications: length overall specification (!"# = 62.8 !), the length between

1 Retrofit sistem pendingin mesin untuk..., Mohammad Luthfi Setyana, FT UI, 2014

perpendiculars (!"# = 57.36 !), the breadth (! = 12 !), height (! = 4 !), draft (! = 2.70 !), the main engine power (! = 2 ! 1030 !"#$%#&'($)#), the maximum speed of the ship (! = 12 !"#$%) and can accommodate as many as 400 passengers. The purpose of this research is to design requirements for ship's keel cooler coaster 1200GT. Step-by-step activities keel cooler design and calculation are as follows: calculate the keel cooler needs to variation in diameter ½ - 2 ½ inch to know how long (!) minimum and the optimal value of the heat release (!). Variations in diameter produced some length value and the value of heat transfer coefficient varies. At a diameter of 2½ inch has a minimum long value and optimal value of the heat release. Keywords: 1200GT coaster ship, engine cooling system, heat release, keel cooler and retrofitting.

1. Pendahuluan Sistem pendingin terbuka (direct cooling system) adalah sistem pendingin motor bakar pada kapal dimana air laut dipakai langsung untuk mendinginkan silinder motor bakar dan komponen lainnya setelah itu dibuang kembali ke laut. Hal ini cocok untuk motor-motor kapal kecil, dimana pompa pendingin menghisap air laut dari luar kapal dan memompakan air laut tersebut keluar kapal setelah mendinginkan mesin, cara ini disebut sistem pendingin terbuka karena selalu air lain yang beredar. Sistem pendingin tertutup (indirect cooling system) adalah sistem pendingin motor di kapal dimana silinder motor bakar dan komponen lainnya didinginkan dengan air tawar dan kemudian air tawar tersebut didinginkan oleh air laut dan selanjutnya air tawar tersebut dipakai kembali untuk mendinginkan motor, jadi yang selalu bergantian adalah air laut, sedangkan air tawar selalu beredar tetap, demikian daur ini berjalan terus. Perubahan sistem pendingin terbuka menjadi sistem pendingin tertutup dengan menambahkan suatu komponen seperti keel cooler sebagai alat penuka kalor. Air laut yang bisa menyebabkan kerak pada pipa-pipa akan membuat proses perpindahan panas menjadi tidak baik. Pencegahan korosi yang disebabkan air laut dan menutup semua peredaran air laut dalam pipa diganti dengan menggunakan air murni atau campuran air dengan menggunakan cairan coolant.


2. Dasar Teori v Sistem Pendingin Umum Sistem pendingin engine bertanggung jawab untuk menjaga temperatur engine agar selalu berada pada temperatur opearasi. Hal itu diperlukan karena engine akan beroperasi optimum pada temperatur operasinya. Sistem pendingin mensirkulasikan cairan pendingin ke seluruh engine untuk membuang panas yang timbul akibat pembakaran dan gesekan. Sistem pendingin dasar perpindahan panas. Panas selalu pindah dari sumber panas yang satu (1) ke sumber panas yang lebih dingin, (2) sumber panas dan sasaran panas dapat berupa logam, cairan atau udara. Apabila perbedaan suhu tersebut semakin jauh maka makin banyak panas yang berpindah.

Gambar 1. Sistem pendingin umum pada kendaraan Komponen-komponen dasar sistem pendingin adalah (1) water pump, (2) oil cooler, (3) lubang-lubang pada engine block dan cylinder head, (4) temperatur regulator dan rumahnya, (5) radiator, (6) tutup radiator dan (7) hose penghubung serta pipa – pipa penghubung. Sebagai tambahan, pada umumnya digerakan oleh tali kipas yang terletak dekat radiator yang berguna sebagai penambah aliran udara sehingga perpindahan panas lebih baik. v Sistem pendingin dengan keel cooler Komponen-komponen sistem pendingin dengan menggunakan keel cooler sama dengan yang sistem pendingin konvensional. Ada water pump, lubang aliran air, expansion tank tempat dimana dipasang temperature regulator. Air pendingin mengalir melalui keel cooler.


Keel cooler adalah tabung-tabung yang dililitkan atau di las ke lambung kapal. Air mengalir dari expansion tank ke water pump (pompa air) terus mengalir ke engine dan keel cooler dimana air laut adalah sebagai media yang mendinginkan coolant (cairan pendingin)

Gambar 2 Sistem engine + keel cooler 3. Metodelogi Penelitian Metodelogi penelitian yang dilakukan oleh penulis meliputi:

Studi Literatur

Kesimpulan

Kunjungan ke PT. DRU Shipyard & Engineering

Analisa

Pengumpulan Data

Perhitungan Rancangan Termal

Gambar 3 Flow Chart Metodelogi Penelitian Gambar 3 merupakan flowchart metodelogi penelitian.


4. Pengolahan Data dan Analisa Hasil v Perhitungan keel cooler untuk pipa dimensi nominal 1 ½ inch: Mengevaluasi nilai luas area lingkaran (!!,! ) dan luas permukaan (!!,! ) perpindahan panas pada diameter dalam pipa (!! ) !!,!

!!!! ! ! 0.0446024! !! = = = 1.563 ! 10!! !! 4 4

!!,! = !!! ! = ! ! 0.0446024 ! ! 6.096 ! = 0.8545 !! Mengevaluasi nilai kecepatan rata-rata (!! ) dan bilangan Reynolds: ! !! = = !"!,!

!" 2.83 !

985.2

!" ! 1.563 ! 10!! !! !!

= !. !"

! !

!" ! !!" !! !! 985.2 !! ! 2.83 ! ! 0.0446024 ! !" = = = !"#"$". ! !" ! 0.504 ! 10!! !. ! Bilangan Prandtl: ! !! !" !. ! ! 4183 !"# ! !!! 0.504 ! 10 = = !. !" !" = = ! ! ! 0.649 !" Karena bilangan !"#$%&'( > 10000 maka jenis alirannya adalah turbulen. Mengevaluasi bilangan Nusselt, menggunakan pendekatan Dittus-Boelter Equation: !" = 0.023!" !.! !" ! !" = 0.023 ! 16403!.! ! 8.09!.! = !"!. !"# Mengevaluasi nilai dari koefisien perpindahan panas konveksi (ℎ! ): ! !"# 0.589 !" ! 101.387 ! ℎ! = = = !""#. !"# ! !! 0.046609 ! ! !


Mengevaluasi nilai luas area lingkaran (!!,! ) dan luas selimut (!!,! ) perpindahan panas pada diameter luar pipa (!! ): !!,! =

!!!! ! ! 0.04826! !! = = 1.83 ! 10!! !! 4 4

!!,! = !!! ! = ! ! 0.04826 ! ! 6.096 ! = 0.9246 !! Mengevaluasi nilai dari bilangan Rayleigh (Ra): !"! =

!"! =

9.81

!"(!! − !! )!! !" !!

! 1 ! 0.337!10!! !(70 − 30)! ! ! 0.04826! ! ! ! !4.32 (6.0468 ! 10!! )! !"! = 243967118

Mengevaluasi bilangan Nusselt pipa vertikal pada Natural Convection: 0.387!"!/! !" = 0.6 + 1 + (0.559/!")!/!" 0.387!243967118!/! !" = 0.6 + 1 + (0.559/4.32)!/!" !/!"

! !/!"

!

→ !" = 90.27

Mengevaluasi nilai dari koefisien perpindahan panas konveksi (ℎ! ): ! !"# 0.631 !" ! 90.27 ! ℎ! = = = 1204.6 ! !! 0.04826 ! ! ! Mengevaluasi nilai koefisien perpindahan panas (!): !! =

!! =

! !! !" !! !! 1 !! 1 ! + ! + + ! + !" !" !! ℎ! !! ! ℎ! 1

2.413 ! 10!! ! 2.23 ! 10!! !

1

!

! 2.413 ! 10!! ! !! ! ! + + ! 10 !! ! ! 2.23 ! 10 ! 15532.85 ! ! !

1


1 2.413 ! 10!! ! ! !"

2.413 ! 10!! ! 2.23 ! 10!! !

! 40 !"

!! = !"#. !

+ 10!!

!! ! + !

1 1204.6

! !! !

! !! !

Mengevaluasi nilai heat transfer release rate fluida panas (!! ): !! = (!!! )! !!,! − !!,! = 2.83

!" ! ! 4185 ! 70 − 41 ! ! !"#

!! = !"!"#$%&'' Mengevaluasi nilai heat rejection dari keel cooler (!): !! = !! !!,! !!,! − !!,! = 4.12

!" ! ! 3990 ! 50 − 30 ! ! !"#

! = !"#$$% !"## Mengevaluasi nilai minimum dari rata-rata kapasitas panas (!!"# ): !! = !! !!,! = 4.12 !! = !! !!,! = 2.83

!" ! ! ! 3990 = !"#$%. ! ! !"# !

!" ! ! ! 4185 = !!"#$. !! = !!"# ! !"# !

Mengevaluasi nilai beban maksimum dari sistem (!!"# ): !!"# = !!"# !!,! − !!,! = 11843.55

! ! 70 − 30 !

!!"# = !"#"!$ !"## Mengevaluasi nilai effectiveness (!): !=

! !!"#

=

343462 !"## = !. ! 473742 !"##

Mengevaluasi nilai dari ratio capacity rate (!! ): ! !!"# 11843.55 ! !! = = = !. !" ! !! 16438.8 !


Mengevaluasi nilai dari Number Transfer Unit (NTU): !"# =

!"# =

1 !−1 ln !! − 1 !!! − 1

1 0.7 − 1 ln (0.7 ! 0.72) − 1 0.72 − 1 !"# = !. !"

Mengevaluasi nilai dari luas permukaan bagian dalam (!! ) dan panjang dari keel cooler (!): !"# =

1.4 =

!!! ≈ 1.76 !!"#

! ! !! !! ! ! 11843.55 !

865.4

!! = !". !" !! !! = !!! ! 24.04 !! = ! ! 0.04826 ! ! ! 1 ! = !"#. ! ! !"#!$ !"#$%&%' !"#ℎ 2 !!" =

!"#. ! ! = !" !"#$ !. !"# !

! = !"# ! !"#!$ !"#$%&%' 1 !"#ℎ !!" =

!"# ! = !" !"#$ !. !"# !

1 ! = !"#. ! ! !"#!$ !"#$%&%' 1 !"#ℎ 2 !!" =

!"#. ! ! = !" !"#$ !. !"# !

! = !"#. ! ! !"#!$ !"#$%&%' 2 !"#ℎ !!" =

!"#. ! ! = !! !"#$ !. !"# !


1 ! = !!" ! !"#!$ !"#$%&%' 2 !"#ℎ 2 !!" =

!!" ! = !" !"#$ !. !"# !

v Analisa Hasil Perhitungan:

Gambar 5 Grafik Pengaruh d Vs U Hambatan termal pada tube memiliki nilai !!"#$% = 2.59!10!! − 9!10!! !/!. Nilai koefisien perpindahan panas menyeluruh ! = 944 − 794 !/!! !. Semakin besar ukuran diameter tube keel cooler maka semakin kecil nilai koefisien perpindahan panas menyeluruh (gambar 4.5). Nilai (U) dipengaruhi oleh besarnya nilai koefisien perpindahan panas konveksi dalam dan luar pipa, faktor pengerakan pada dinding dalam dan luar dan hambatan termal konduksi.

Gambar 6 Grafik Pengaruh d Vs As Gambar 6 merupakan grafik pengaruh diameter terhadap luas selimut, luas selimut pada perhitungan NTU dipengaruhi oleh nilai koefisien perpindahan panas menyeluruh (!) semakin besar nilai (U) maka semakin kecil nilai luas selimut, semakin kecil nilai koefisien perpindahan panas menyeluruh maka semakin besar nilai luas selimut.


Gambar 8 Grafik Pengaruh d Vs L Nilai panjang tube keel cooler yang dibutuhkan kapal coaster 1200GT adalah memiliki nilai panjang minimum (gambar 8) dan terjadi pada diameter 2½ inch yaitu ! = 114 !, dengan ukuran panjang minimun kapal coaster 1200GT membutuhkan 1 buah unit keel cooler dengan jumlah 18 tube per unitnya dengan diameter tube 2½ inch.

Gambar 8 Pengaruh diameter terhadap nilai heat release (qRelease) Gambar 8 merupakan grafik pengaruh diameter terhadap nilai heat release (qRelease). Semakin besar diameter maka semakin besar juga pelepasan panas pada pipa. Nilai di atas dipangaruhi oleh besar nilai koefisien perpindahan menyeluruh yang semakin menurun dan luas selimut dari masing-masing diameter semakin besar maka nilai dari pelepasan panas semakin tinggi.

5. Kesimpulan Dari penelitian yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa: •

Pada diameter 2½ inch didapat nilai panjang minimal yaitu ! = 114 ! dan jumlah 18 tube.

•

Satu unit keel cooler mampu melepas panas yang berbeda-beda yaitu diameter ½ inch !!.! = 139886.4 !"##, diameter 1 inch !! = 210916.8 !"## dan diameter 1 ½ inch


!!,! = 289920 !"##, diameter 2 !! = 344520 !"## dan diameter 2 ½ !!,! = 402375.12 !"##. •

Perancangan keel cooler yaitu double bank mounting dengan 9 tube di bagian atas dan 9 tube di bagian bawah dan memiliki panjang 20 feet atau 6.096 m dan dipasang di salah satu lambung pada kapal.

6. Daftar Pustaka [1]. Çengel, Yunus A. 2002. Heat Transfer A Practical Approach, 2nd edition. New York: Mc Graw Hill Companies Inc. [2]. Cengel, Yunus A., Cimbala John M., dan Turner Robert H. 2012. Fundamentals of Thermal-Fluid Sciences. Singapore: Mc Graw Hill Companies Inc. [3]. Incropera, Franck P. et al. 2007. Fundamentals of Heat and Mass Transfer 6th Edition. Asia: John Wiley & Sons Inc. [4]. Operation & Maintenance Manual Mitsubishi Marine Engine S6R2-MTK2 & S6R2MPTK2. (2003). Japan. [5]. CATERPILLAR cooling system. (2006). Illinois, USA. [6]. Bullard, Edward. 2014. National Physical Laboratory Physical Properties of Sea Water. [7]. Jauhari Lutfi. 2014. Manajemen Perawatan Mesin Kapal. Artikel balai pendidikan dan pelatihan perikanan tegal. [8]. Telle, Byron J. et. Al. 1975. Keel Cooler with Spiral Fluted Tubes. Ohio. United States Patent. [9]. Duramax Box Cooler Catalogue. (2007). Ohio, USA: Duramax Marine. [10]. Duramax Box Cooler Instalation Manual. (2014). Ohio, USA: Duramax Marine. [11]. Dura Cooler Keel Cooler Catalogue. (2007). Ohio, USA: Duramax Marine. [12]. Dura Cooler Keel Cooler Instalation Manual. (2012) Ohio, USA: Duramax Marine. [13]. Duramax Demountable Keel Cooler Catalogue. (2007). Ohio, USA: Duramax Marine. [14]. Duramax Demountable Keel Cooler Instalation Manual. (2014). Ohio, USA: Duramax Marine. [15]. Utomo, Budi. Sea Chest Perannya Sebagai Lubang Penghisapan untu Mensuplai Kebutuhan Air Laur Pada Eksploitasi Kapal. Jurnal Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang. [16]. Putra, Nandy. 2011. Alat Penukar Kalor. Depok: Departemen Teknik Mesin Universitas Indonesia.


[17]. Kakac, Sadik., dan Liu, Hongtan., 2002. Heat Exchanger Selection, Rating and Thermal Design 2nd Edition. Florida: CRC Press. [18]. Copper-Nickel Products. (2014). Seattle, Washington. [19]. Copper-Nickel Welding Fabrication 2nd Edition. (2013). United Kingdom: Nickel Development Association. [20]. Stephens, Matthew P., 2004. Productivity and Reliability Based Maintenance Management. Ohio, USA: Pearson Prentice Hall. [21]. Nurcholis, Lutfi. 2008. Perhitungan Laju Aliran Fluida pada Jaringan Pipa. Unimus, Indonesia. Jurnal Kampus. [22]. Shah, Ramesh K., dan Sekulic, Dusan P., 2003. Fundamentals of Heat Exchanger Design.

Lexington,

Kentucky.

John

Wiley

&

Sons,

Inc.



RETROFIT SISTEM PENDINGIN MESIN UNTUK KAPAL COASTER 1200GT DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM KEEL COOLER

Recommend Documents