Studi Perencanaan Jacketed Storage System Memanfaatkan CO2 Cair Sebagai Refrigeran Bravo Yovan Sovanda, Alam Baheramsyah, dan Taufik Fajar Nugroho Jurusan Teknik Sistem Permesinan Kapal, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Email :
[email protected] dan
[email protected]
Abstrak - Salah satu faktor yang mempengaruhi harga jual ikan adalah kualitas dan kesegaran ikan. Perlakuan dan penangan terhadap ikan baik selama pelayaran ataupun pasca panen menjadi hal yang sangat penting. Ikan harus terjaga pada suhu yang tepat agar kualitas ikan tetap terjaga dengan baik. Cara yang paling mudah dilakukan ketika penyimpanan adalah dengan mendinginkan ikan. Dari kesekian banyak teknik pendinginan ikan, metode pendinginan menggunakan crushed ice adalah yang paling sering digunakan. Namun, sejatinya, metode ini dinilai kurang efektif karena sifat es basah yang tergolong cepat mencair. Sehingga perlu adanya inovasi dalam pendinginan ikan. Salah satunya adalah dengan menggabungkan CO2 cair dengan es basah. Selain itu, juga perlu memodifikasi palka ikan (cold storage). Dalam penelitian ini, didapatkan jumlah es basah yang lebih sedikit, yaitu 3,9 ton es dan 274,5 kg CO2 cair selama empat hari pelayaran, untuk 15 ton ikan. Dan terdapat volume sisa sebesar 3,64 m3 yang bisa digunakan untuk menampung tambahan ikan sebesar 2,5 ton. Oleh karena itu, perlu media pendingin tambahan berupa 650 kg es basah dan CO2 cair sebesar 45,75 kg. Biaya yang dikeluarkan per bulan juga lebih hemat, yaitu mencapai 24,07 % jika dibandingkan dengan metode pendinginan hanya menggunkan es basah. Kata Kunci - Cold storage, Crushed ice, Es basah, CO2 cair, Media Pendingin, Pendinginan ikan I. PENDAHULUAN Indonesia merupakan salah satu negara dengan wilayah laut yang besar. Kondisi geografis seperti ini menjadikan Indonesia memiliki potensi perikanan yang cukup besar. Pada tahun 2002, produksi perikanan tangkap tercatat sebesar 4.378.495 ton (Irianto dan Giyatmi 2009). Namun, dalam beberapa tahun terakhir banyak sekali ditemukan kasus overfishing. Yang
dimaksud overfishing disini adalah penangkapan ikan dalam jumlah yang sangat besar di daerah tidak jauh dari pantai. Akibatnya, saat ini nelayan harus berlayar lebih jauh lagi dalam mencari ikan.Tidak lagi seperti dulu dalam mencari ikan di perairan tidak terlalu jauh dari garis pantai. Otomatis nelayan membutuhkan waktu berharihari dalam mencari ikan sampai kembali ke darat. Ikan yang telah ditangkap, pada umumnya akan disimpan pada ruang muat (palka) kapal. Sehingga lama penyimpanan ikan tersebut tidak cukup sehari atau dua hari tetapi berhari-hari. Selama ini, kebanyakan nelayan mendinginkan hasil tangkapannya dengan cara yang masih konvensional. Menggunakan es basah dinilai cara yang sederhana dan murah. Pada dasarnya, pendinginan ikan ini dimaksudkan untuk menghambat metabolisme bakteri. Sehingga pertumbuhan bakteri tersebut terhambat, dan ikan tidak menjadi rusak dan busuk. Permasalahan yang ditemui adalah bagaimana menyimpan ikan dalam waktu yang lama agar tetap segar sampai kembali ke darat. Sedangkan dalam kenyataannya, es basah yang digunakan oleh nelayan tidak mampu bertahan lama. Es basah yang berbentuk balok tersebut cepat mencair. Apabila tanpa pendinginan, maka ikan tidak awet dan bisa menjadi rusak. Selain cepat mencair, hal tersebut mengakibatkan berkurangnya volume ruang muat untuk menampung ikan. Teknologi yang banyak dipakai di lapangan adalah Refrigerated Sea Water (RSW. Sistem ini memanfaatkan air laut sebagai media pendingin. Evaporator yang melekat pada dinding palka akan mendinginkan air laut. Setelah mencapai suhu tertentu, maka ikan dimasukkan ke dalam palka. Sistem ini dinilai efektif ketika ikan yang akan disimpan berukuran besar, seperti ikan tuna. Permasalahan yang terjadi adalah ketika sistem ini diaplikasikan pada ikan hasil tangkapan yang berukuran lebih kecil. Ikan tersebut memang segar, namun kadar garamnya melebihi batas normal. Selain itu, sistem RSW dinilai cukup berat
dan membutuhkan biaya besar, baik initial cost, operational cost, maupun maintenance cost. Salah satu inovasi yang bisa dikembangkan adalah membuat desain jacketed storage system dengan memanfaatkan CO2 cair sebagai refrigeran. Harapannya adalah waktu pendinginan yang dihasilkan lebih lama. Selain itu, jika dibandingkan dengan sistem RSW, dari segi biaya lebih murah dan lebih ringan.
Gambar 1. Rancangan Jacketed Storage System
II. METODOLOGI PENELITIAN Metodologi yang digunakan pengerjaan tugas akhir ini adalah
dalam
A. Studi Literatur Mengumpulkan dan mempelajari teori dasar dari berbagai referensi guna menunjuang pengerjaan skripsi ini. Referensi didapatkan dari buku ajar, artikel ilmiah, jurnal internasional, paper, atau pun wawancara secara langsung mengenai berbagai hal yang berhubungan dengan skripsi ini. Pengumpulan Data Dilakukan kegiatan survey ke wilayah objek yang dituju dalam hal ini kapal ikan tradisional untuk mendapatkan data pendukung pengerjaan skripsi ini, antara lain data kapal. Berikut data kapal yang didapat : Lama Pelayaran : 4 hari
Gambar 2. Modifikasi Palka Ikan
B.
Gambar 3. Perencanaan peletakan Pipa dan Permesinan EQUIPMENT ID / SYMBOL
Perancangan Jacketed Storage System Melakukan perancangan dan modifikasi palka ikan dengan tambahan liquid CO2 storage tank. Dinding palka ikan dimodifikasi sehingga terjadi perpindahan panas dan mencapai suhu yang diinginkan.
SPEC
QTY
the DEPT of MARINE ENGINEERING - ITS
3
Final Project : MARINE MACHINERY SYSTEM
PRESSURE INDICATOR
22
ODD SEMESTER 2012/2013
1
Fishing Vessel
3
3 WAY VALVE
3
BUTTERFLY VALVE
DRAWN BY:
11
SAFETY VALVE
11
FLOW REGULATE VALVE CO2 STORAGE TANK
-23°C 19.25 Bar
COLD STORAGE
9.69 m³
11
Jacketed Storage System
SIGNED:
Bravo Yovan Sovanda 4209 100 021 APPROVED BY:
SIGNED:
Ir. Alam Baheramsyah, M..Sc
-23°C 19.25 Bar
-23°C 19.25 Bar
VENT PIPE
3
DATE:
SCALE:
DRAWING NO:
REV:
3
Main Deck
COLD STORAGE
9.69 m³
COLD STORAGE
9.69 m³
COLD STORAGE
9.69 m³
Collision Bulkhead
C.
NAME TEMPERATURE INDICATOR
FLOW RATE CONTROLLER
E/R Bulkhead
Engine 1 Unit Main Engine Type : Dongfeng Diesel Engine Daya : 155 kW Dimensi Ruang Muat Panjang : 380 cm Lebar : 150 cm Tinggi : 170 cm Jumlah : 3 Buah Media Pendingin Type : Es basah Jumlah : 5000 kg/storage
Gambar 4. Schematic Diagram Jacketed Storage System
III. ANALISA DATA A. Penentuan Es Basah Dalam desain cold storage ini, juga menggunakan es basah sebagai pendinginan awal. Penggunaan es basah juga dinilai memiliki efek
positif. Jika tanpa es basah di dalam cold storage, maka dengan suhu yang cukup rendah, bisa menyebabkan satu ikan dengan yang lainnya saling menempel (rekat). Sehingga, perlu diketahui terlebih dahulu berapa banyak es basah yang diperlukan. Dalam hal ini, diasumsikan bahwa kalor yang dihasilkan oleh ikan sampai mencairkan es basah. Penentuan jumlah es basah bisa dihitung dengan cara sebagai berikut : 𝑄𝑖𝑘𝑎𝑛 = 𝑚 𝐿 dimana : m : massa es basah (kg) L : kalor laten es basah (336 kJ/kg)
(301.15K-275.15K) Qikan = 436800 kJ C. Suhu Dinding Aluminium Storage System yang direncanakan adalah storage yang memiliki beberapa lapisan-lapisan. CO2 yang mengalir dalam void space adalah CO2 dalam fasa gas. CO2 ini memiliki temperatur 800C dan bersentuhan langsung dengan dinding aluminium. Untuk lebih jelasnya bisa dilihat pada gambar 4.
Sehingga : 𝑄𝑖𝑘𝑎𝑛 = 𝑚 𝐿 436800 𝑘𝐽 = 𝑚 . 336 𝑘𝐽/𝑘𝑔 436800 =𝑚 336 1300 = 𝑚
B. Perhitungan Beban Kalor Beban pendingin dapat didefinisikan sebagai suatu beban yang dihasilkan oleh sumber energi panas yang nantinya dapat mempengaruhi kapasitas sistem pendingin. Beban sumber energi panas berasal dari beban produk, beban infiltrasi, dan beban transmisi. Beban produk disini dihasilkan oleh kalor dari ikan, dapat dihitung dengan cara sebagai berikut : 𝑄𝑖𝑘𝑎𝑛 = 𝑚𝑖𝑘𝑎𝑛 × 𝐶𝑖𝑘𝑎𝑛 × (𝑇𝑎 − 𝑇𝑏 ) dimana : Qikan : Beban panas yang dilepaskan oleh ikan (kJ) mikan : Massa ikan (kg) Cikan : Kalor spesifik ikan (kJ/kgoK) Ta :Temperatur awal ikan sebelum didinginkan (K) Tb : Temperatur akhir ikan setelah didinginkan (K) Dari hasil survey yang telah dilakukan, diketahui bahwa massa ikan yang didinginkan untuk setiap palka sebesar 5000 kg. Suhu awal pada ikan adalah 28oC, sedangkan suhu akhir setelah pendinginan adalah sebesar 2oC. Sehingga, beban kalornya adalah : Qikan = 5000kg x 3.36 kJ/kgoK x
Gambar 4. Lapisan pada cold storage
Sehingga perhitungan temperatur dinding dapat diselesaikan dengan menggunakan rumus sebagai berikut, yaitu : 𝑄 ∆𝑇 =𝑘𝐴 𝑡 ∆𝑥 dimana : Q : Beban Kalor (kJ) t : Waktu pendinginan (s) k : Konduktivitas termal (W/moC) A : Luas Area (m2) ∆T : Beda temperatur (0C) ∆x : Ketebalan Plat (m) sehingga : 2 − 𝑇𝐴 𝐶 436800 𝑘𝐽 = 202 𝑤 𝑚 𝐶 . 2,45 𝑚2 . 3600 𝑠 0,03 𝑚 121333 𝑤 = 164,97 2 − 𝑇𝐴 . 102 121333 𝑤 = 329,9 − 164,97 𝑇𝐴 . 102 16497 𝑇𝐴 = 32990 − 121333 𝑇𝐴 = −
88343 16497
TA = - 5,3 0C D. Perpindahan Kalor Menyeluruh
∆ℎ ∶ Beda Entalpi CO2 (kJ/kg) m : Laju aliran massa CO2 (kg/s) t : Waktu pendinginan (s)
Perpindahan panas menyeluruh merupakan gabungan dari proses konduksi yang terjadi pada logam (aluminium) dan konveksi. Untuk lebih jelasnya bisa dilihat pada gambar 5.
Sehingga : 𝑞 = 𝑚𝐶𝑂2 . ∆ℎ𝐶𝑂2 1,4 𝑤 = 𝑚𝐶𝑂2 . 727,7 − 722,4 𝑘𝐽/𝑘𝑔 1,4 𝑗/𝑠 = 𝑚𝐶𝑂2 5,3 𝑘𝐽/𝑘𝑔 Gambar 5. Analogi Perpindahan Panas
Perpindahan panas menyeluruh ditentukan dengan cara sebagai berikut : 𝑞=
0,00026 𝑘𝑔/𝑠 = 𝑚𝐶𝑂2
bisa
∆𝑇 𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
dimana : ∆𝑇 ∶ Beda Temperatur Rtotal : Tahanan termal menyeluruh Untuk mendapatkan nilai berapa besarnya kalor, maka harus melakukan perhitungan mengenai tahanan termal menyeluruh, yaitu sebagai berikut :
1 ∆𝑥 + ℎ. 𝐴 𝑘. 𝐴 1 3 × 10−2 𝑅 = + 0,0162 × 2,45 202 × 2,45 𝑅 =
𝑅 =
103 3 × 10−2 + 3,06 × 2,45 202 × 2,45
𝑅 = 25,157 Sehingga : −80 − −2 𝑞 = −( ) 25,15
0,95 𝑘𝑔/ℎ = 𝑚𝐶𝑂2
Jika pelayaran dilakukan selama 4 hari, maka jumlah CO2 yang harus tersedia adalah sebesar 274,5 kg. F. Analisa Ekonomis 1.
Perhitungan Volume Ikan dan Es Basah
Perlu dilakukan perhitungan mengenai volume ikan dan es basah yang bisa ditampung di dalam satu palka. Seperti yang telah diketahui, bahwa dimensi dari palka ikan adalah 3,8 m x 1,5 m x 1,7 m. Sehingga volume dari palka ikan adalah sebesar 9,69 m3. Jika menggunakan kombinasi es basah dan CO2 cair, maka es basah yang ada di dalam satu palka ikan hanya 1300 kg. Sedangkan ikan yang diangkut adalah sebesar 5000 kg. Perhitungan volume bisa diselesaikan dengan cara di bawah ini, yaitu: Volume
= Volume Ikan + Volume Es
Volume
= (Massa ikan/massa jenis ikan) + (Massa Es/massa jenis es)
Volume
= 5000 kg + 1080 kg/m3
Volume
= 4,63 m3 + 1,416 m3
Volume
= 6,05 m3
𝑞 = 1,4 𝑤
E. Laju Alir Massa CO2 Laju aliran massa CO2 sebanding dengan kebutuhan panas yang terjadi akibat proses konduksi dan konveksi. CO2 yang tersedia harus mampu mengatasi beban panas tersebut. Sehingga, laju aliran massa bisa dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut, yaitu : 𝑞 = 𝑚𝐶𝑂2 . ∆ℎ𝐶𝑂2 dimana :
1300 kg 916 kg/m3
Perhitungan volume di atas menandakan bahwa ikan dan es akan menempati volume 6,05 m3 dari 9,69 m3. Sehingga masih ada volume sisa sebesar 3,64 m3. Nelayan dapat memanfaatkan
volume sebesar 3,64 m3 dengan mencari ikan dan menyimpannya. 2.
suhu yang diinginkan, yakni 20C. Banyak CO2 cair yang harus disediakan adalah 45,75 kg.
Volume Ikan dan Es Basah Tambahan
Perhitungan kalor tambahan ikan sebesar 2500 kg, yaitu Qikan = mikan x Cpikan x (Ta-Tb) Qikan = 2500kg x 3.36 kJ/kgoK x (301.15K275.15K) Qikan = 218400 kJ Sehingga perlub tambahan es basah untuk mengatasi kalor yang dihasilkan oleh ikan. Perhitungan mengenai tambahan es basah, yaitu : Qikan
= Qes
Qikan
= m x Les
Qikan
= m x Les
218400 kJ
= m x 336 kJ/kg
218400 kJ 336 kJ/kg
=m
650 kg
=m
3.
Biaya Operasional Campuran CO2 Cair dan Es Basah
Berdasarkan hasil survei yang telah dilakukan di lapangan, maka didapatkan hasil sebagai berikut, yaitu :
Massa CO2 cair/botol = 25 kg Harga CO2 cair/botol = Rp 85.000 sampai Rp 90.000,00
Biaya yang harus dikeluarkan oleh nelayan guna mencukupi kebutuhan CO2 adalah sebagai berikut Biaya Operational CO2 Biaya Operational CO2 Biaya Operational CO2
Langkah selanjutnya adalah menghitung perhitungan volume tambahan es basah dan ikan. Hal ini dilakukan supaya tahu apakah volume kosong pada palka sebesar 3,64 m3 mampu menampung tambahan ikan dan es atau tidak. Berikut ini adalah perhitungan mengenai volume tambahan ikan dan volume tambahan es basah, yaitu : Volume
= Volume Ikan + Volume Es
Volume
= (Massa ikan/massa jenis ikan) + (Massa Es/massa jenis es)
Volume
= 2500 kg + 1080 kg/m3
Volume
= 2,31 m3 + 0,71 m3
Volume
= 3,02 m3
650 kg 916 kg/m3
Perhitungan di atas menunjukkan bahwa volume sisa sebesar 3,64 m3/palka bisa digunakan untuk menambah tangkapan ikan sebesar 2500 kg ikan dan es basah sebesar 650 kg. Perlu tambahan CO2 cair guna menjaga suhu supaya konstan pada
= Jumlah botol x Harga per botol = 11 botol x Rp 85.000,00 = Rp 935.000,00
Selain menggunakan CO2, dalam perancangan jacketed storage system ini juga menggunakan es basah sebanyak 1300 kg untuk setiap palka. Karena ada tiga buah palka ikan, maka jumlah es basah yang harus disediakan adalah sebesar 3900 kg. Dimana es dijual dengan harga per balok Rp 9000,00 dan setiap baloknya memiliki berat sebesar 25 kg. Sehingga nelayan harus menyediakan es balok sebanyak 156 buah dengan harga Rp 1.404.000,00. Biaya tambahan dari CO2 cair dan es basah untuk mengatasi kalor ikan sebesar 2,5 ton adalah Rp 1.212.000,00. Jumlah total biaya operasional untuk empat hari adalah penjumlahan antara biaya kebutuhan CO2 dan biaya kebutuhan es basah. Sehingga jumlah biaya operasionalnya adalah sebesar Rp 3.551.000,00 Biaya modifikasi jacketed storage system meliputi pengadaan elbow 900, elbow 450, tee connector, butterfly valve, flow rate controller, pipe insulation, carbon steel pipe, biaya instalasi. Total biaya modifikasi yang harus dikeluarkan adalah sebesar 15.456.800,00. Biaya modifikasi palka ikan bisa diangsur selama 10 bulan, sehingga biaya nya sebesar Rp 1.545.680,00. Dan biaya operasional campuran CO2 cair-es dalam satu bulan sebesar Rp 26.402.680,00. Keuntungan dari tambahan 7,5 ton ikan dari 3 cold storage (1
cold storage = 2,5 ton ikan) adalah sebesasar Rp 135.000.000,00. Sedangkan jika menggunakan es basah sebagai pendingin dan menjaga temperatur agar konstan di level 20C, sesuai dengan perhitungan, butuh sebesar 5200 kg es untuk setiap palka. Karena kapal yang ditinjau memiliki 3 buah palka ikan, maka butuh 15600 kg es. Karena setiap balok es adalah 25kg, maka nelayan harus menyediakan sebanyak 624 balok es. Besar biaya yang harus disediakan oleh nelayan adalah sebesar Rp 5.616.000,00. Dalam satu bulan, maka menghabiskan biaya sebesar Rp 39.312.000,00. Es basah sebesar 5200 kg ternyata tidak mampu ditampung oleh satu palka jika ikan yang di dalamnya sebanyak 5000 kg. Dengan ikan sebanyak 5000 kg, maka volume ruang muat hanya akan terisi es basah sebesar 4600 kg es basah per satu palka. Sehingga Biaya operasionalnya per bulan adalah sebesar Rp 34.776.000,00.
IV. KESIMPULAN Berdasarkan hasil perhitungan dan perancangan yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : Perancangan sistem ini merupakan perancangan sistem pendingin palka ikan(cold storage) dengan memanfaatkan CO2 cair dan es basah. Dengan menggunkan sistem ini, maka suhu dapat diturunkan sekaligus dijaga pada 20C. Lama pendinginan bisa sampai empat hari. Jika dalam 3 palka terisi ikan sebanyak 15 ton ikan, maka butuh es basah sebanyak 3900 kg dan 275 kg CO2 cair guna mengatasi kalor yang dilepas. Nelayan harus menyediakan 11 botol CO2 cair dengan kapasitas 25kg/botol dan 156 balok es dalam 4 hari. Jika menggunakan kombinasi es basah dan CO2 cair, maka setiap palka akan menyisakan volume sebesar 3,64 m3. Volume sisa tersebut bisa dimanfaatkan untuk menyimpan tambahan hasil tangkapan sebesar 2,5 ton ikan. Guna mengatasi kalor yang dilepaskan, maka perlu tambahan es basah sebanyak 650 kg dan CO2 cair sebanyak 45,75 kg. Volume satu palka ikan (cold storage) sebesar 9,69 m3 mampu menampung ikan
sebanyak 7,5 ton ikan dan 1950 kg es basah. CO2 cair yang harus disediakan adalah sebanyak 137,25 kg. Sehingga perbandingan ikan, es basah, dan CO2 cair adalah 1 : 0,26 : 0,02 Biaya operasional yang dikeluarkan per bulan jika menggunakan kombinasi es basah dan CO2 cair lebih hemat 24,07% daripada menggunakan metode es basah saja. Keuntungan dari hasil penjualan tambahan ikan sebesar 7,5 ton (3 palka dengan masingmasing 2,5ton) mencapai Rp 135.000.000,00. UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan, doa, dukungan dan semagat selama pengerjaan skripsi ini. Semoga Tuhan yang Maha Esa membalas kebaikan anda semua dan senantiasa dimudahkan dalam segala urusan. Amin. DAFTAR PUSTAKA 1. Alam, Muhammad Dipo. 2004. “Studi Perencanaan Sistem Pendingin Tipe Flo Ice Untuk Kapal Ikan Purse Seine 30 GT Di Perairan Kalimantan Timur”, Tugas Akhir S1, Teknik Sistem Perkapalan, Surabaya. 2. Aziz, Alwi Asy’ari. 2012. “Desain Sistem Pendingin Ruang Muat Kapal Ikan Tradisional Dengan Memanfaatkan Es Kering”, Tugas Akhir S-1, Teknik Sistem Perkapalan FTKITS, Surabaya 3. Geankoplis, Christie J. 1993. “Transport Processes and Unit Operations”, PrenticeHall, Inc, United States of America 4. Holman, J.P. 1997. “Perpindahan Kalor”, Penerbit Erlangga, Jakarta 5. Ilyas, Sofyan. 1983. “Teknologi Refrigerasi Hasil Perikanan, Teknik Pendingin Ikan,” CV. Paripurna, Jakarta 6. Sayogyo, Adi. 2006. “Studi Media Pendingin Ikan Pada Kapal Ikan Tradisional”, Tugas Akhir S-1, Teknik Sistem Perkapalan, Surabaya 7. Shawyer, Michael dan Pizzali, Avilio. 2003. “The Use Of Ice On Small Fishing Vessels”,
Food And Agriculture Organization Of United Nation, Rome 8. Sondana, Agung. 2013. “Desain Sistem Pendingin Ruang Muat Kapal Ikan Tradisional Dengan Teknologi Insulasi Vakum”, Tugas Akhir S-1, Teknik Sistem Perkapalan, FTKITS, Surabaya 9. Stoecker, Wilbert F. 1998. “Industrial Refrigeration Handbook”, McGraw-Hill companies, Inc, United States of America
