EVALUASI DAN ANALISA SUPPLY ALIRAN UDARA … · evaluasi dan analisa supplyaliran udara terhadap variabel (t,p,v) pada kamar mesin kapal tanker 6500 dwt menggunakan computational

EVALUASI DAN ANALISA SUPPLY ALIRAN UDARA TERHADAP VARIABEL (T,P,V) PADA KAMAR MESIN KAPALTANKER 6500 DWT MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID

DYNAMICS

Oleh :Puspa Puspitasari2409 106 002

Dosen Pembimbing :Dr. Ridho Hantoro, ST, MT

Ir. Sarwono, MM

Latar BelakangSumber panas

Distribusi temperatur, tekanan dankecepatan aliran udara

Apakah sistem ventilasi yang terpasang dikamar mesin telah menghasilkan sirkulasi

udara sesuai kebutuhan

Computational fluid dynamic

Sistem ventilasi udara mekanikal

Kamarmesin kapal

Tanker

Permasalahan

Bagaimana mengevaluasi sistem ventilasiyang terpasang di dalam kamar mesin.

Bagaimana pengaruh variasi supply aliranudara terhadap varibel temperatur,kecepatan aliran udara dan tekanan diruang mesin menggunakan simulasicomputational fluid dynamics.

Variasi

Tujuan

• Untuk mengevaluasi apakah sistemventilasi yang terpasang di dalam kamarmesin telah menghasilkan sirkulasi udarasesuai kebutuhan.

• Untuk menganalisa pengaruh perubahansupply aliran udara terhadap varibelkondisi udara ruang mesin yang meliputitemperatur, kecepatan aliran udara dantekanan dengan menggunakan simulasicomputational fluid dynamics.

Batasan Masalah

Kapal yang digunakan adalah jenis kapal tankerdengan kapasitas 6500 DWT yang di buat oleh PT.Dok dan Perkapalan Surabaya (Persero).

Variabel yang disimulasikan yaitu meliputi variasikecepatan supply aliran udara dan luas exhaustfunnel.

Simulasi computational fluid dynamic (CFD)menggunakan software ANSYS versi 11.

Dalam simulasi menggunakan CFD, sistem ventilasiducting yang ada di kamar mesin berfungsi untukmengkondisikan udara yang disebabkan oleh panasyang dibebaskan oleh mesin dan peralatan.

Perhitungan beban panas dalam kamar mesindilakukan untuk komponen mesin dan peralatanyang menghasilkan panas paling signifikan.

Metodologi Penelitian

Pengumpulan data spesifikasi mesin dan peralatan dikamar

mesin, spesifikasi blower, layout kamar mesin dan sistem ventilasi

ErrorYa

Tidak

A

Studi literatur sistem ventilasi mekanikal dikamar mesin kapal,

karaktersistik udara,CFD

Mulai

Meshing

Perhitungan beban panas yang dibebaskan oleh mesin dan peralatan di kamar mesin

Pembuatan model geometri ventilasi ducting, geometri kamar mesin, jenis-jenis komponen

peralatan, dan pembuatan kondisi batas di ANSYS ICEM CFD Analisa pengaruh perubahan supply aliran

udara terhadap varibel kondisi udara ruang mesin yang meliputi temperatur, kecepatan

aliran udara dan tekanan

Kesimpulan

Selesai

A

Input model pada ansys-pre

Running model pada ansys solver

Error

Running model pada ansys post

Ya

Tidak

Tahapan Simulasi

• Pre-processing

• Pembuatan Geometri

• Solver

• Post-processing

Data Hasil Simulasi Untuk Distribusi Temperatur•Temperatur Slice Plane di sumbu YZ dan ZXContoh pembagian plane di slice plane sumbu YZ dan ZX untuk variasi 1_1

Persentase penurunan temperatur untuk setiap variasi , yaitu:

• Luas Daerah Isosurface Pada Temperatur 45°C, 46°C, 47°C, 48°C, 49°C dan 50°CContoh luas daerah isosurface pada temperatur 45°c, 46°c, 47°c, 48°c, 49°c dan 50°c untuk variasi 1_1

45°C 46°C

47°C 48°C

49°C 50°C

Persentase penurunan untuk luas daerah isosurface pada temperatur 45°C, 46°C, 47°C, 48°C, 49°C dan 50°C setiap variasi, yaitu:

Data Hasil Simulasi Untuk Distribusi Tekanan

Contoh pembagian plane di slice plane sumbu YZ dan ZX untuk tekanan pada variasi 1_1

• Hubungan antara kecepatan udara suplai inlet ducting dengan tekanan rata-rata plane.

Data Hasil Simulasi Untuk Kecepatan Aliran Udara Di Kamar Mesin

Aliran udara pada kamar mesin untuk variasi 1 ditunjukkan dengan streamline seperti dibawah ini

Hubungan antara kecepatan streamline rata-rata dengan kecepatan udara suplai inlet ducting untuksemua variasi yaitu:

Nilai kecepatan streamline rata-rata naik turun untuk semua variasi, karena udara yang masuk untuk kamarmesin ini disuplai oleh ujung-ujung outlet dua ducting yang berbeda yaitu ducting ke-1 dan ducting ke-2, hasilkecepatan dari masing-masing ujung outlet ducting ini setelah disimulasikan dengan berbagai variasimenghasilkan nilai yang bervariasi seperti ditunjukkan oleh grafik berikut:

Kesimpulan• Sistem ventilasi udara mekanikal dengan kapasitas blower 50000 m³/h belum bisa

mengatasi panas pada daerah plane 1 yang dan plane 10 yang temperaturnya sekitar48.5 C dan 54.13 C. Dengan adanya variasi penambahan kecepatan udara suplai inletducting sebesar 5% dari keadaan sebenarnya yaitu sebesar 13.51m/s, 14.2m/s,14.8m/s, 15.44 m/s sampai 16.09m/s maka temperatur pada daerah plane 1 danplane 10 menjadi turun, persentase penurunan temperatur 0,5% sampai 5% untukplane 1 dan 1.5% sampai 6.5% untuk plane 10.

• Semakin besar kecepatan udara suplai inlet ducting maka persentase penurunan luasisosurface pada temperatur 45 C, 46 C, 47 C, 48 C, 49 C dan 50 C juga semakinbesar sekitar 5-16% untuk variasi 1.

• Apabila dilihat dari sisi temperatur slice plane dan isosurface maka luas exhaustfunnel dan kecepatan udara suplai inlet ducting yang cocok untuk kamar mesinadalah variasi 3_6.

• Semakin besar kecepatan udara suplai inlet ducting maka tekanan rata-rata kamarmesin juga semakin naik kecuali plane 8 yang tiba-tiba turun, baik untuk variasi 1,variasi 2, variasi 3, variasi 4 maupun variasi 5.

• Nilai kecepatan aliran udara streamline rata-rata naik turun untuk semua variasibaik variasi 1, variasi 2, variasi 3, variasi 4 maupun variasi 5

DAFTAR PUSTAKA[1] Victor L. Streeter. E. Benjamin Wylie. (1985). “Fluid Mechanics”, Eighth Edition. McGraw-Hill, Inc.

England.[2] Stocker, Wilbert f dan Hara, Supratman. (1989). “Refigerasi dan Pengkondisian Udara”. Erlangga.[3] Arismunandar, Wiranto dan Heizo Saito. (1995). “Penyegaran Udara”. Jakarta: Pradnya Paramitha.[4] Anderson, John D. (1992). “Computational Fluid Dynamic: The Basic with Aplication”. McGraw Hill.[5] ASHRAE Handbook of HVAC System and Applications, American Society of Heating, Refrigating and Air-

Conditiong Engineers, Inc., Atlanta, 1998.[6] J.P. Holman, (1995), “Perpindahan Kalor”, Edisi Keenam. Erlangga[7] Biro Klasifikasi Indonesia. Volume 8 (2001). “Rules For Refrigerating Instalation Of Seagoing Steel Ships”.[8] ISO 8861. (1998). “Shipbuilding , Engine -Room Ventilation In Diesel, Engined Ships, Design Requirements

And Basis Of Calculations”[9] IACS (International Association of Classification Societies), rule M28. (1978)[10]SNAME, “ Calculations for Mershant Ship Heating Ventilation and Air Conditioning Design” SNAME.11] Fajar. (2008). “Analisa Pengkondisian Udara Pada kamar mesin di Kapal Ferry Untuk Mencapai

Temperatur Yang Optimum Dengan Menggunakan CFD”, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sistem PerkapalanFTK ITS.

[12]Apriantory, Dicky. (2009). “Analisa Aliran Udara Di Kamar Mesin Pada Kapal Tanker 6300 DWT DenganPendekatan CFD Menggunakan Software Ansys”. Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK ITS.

[13]Seito, Kevin. (2002). “Analisa Pengaturan Udara pada Kamar Mesin Kapal PAX 500 Dengan PendekatanCFD”. Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK ITS.

VariasiLuas area exhaust funnel kecepatan aliran

udara inlet ducting (V)Tank top

( Lantai 1)Tween deck

(lantai 2)

1

P = 4.2 mL = 2.4628 mLuas =10.344 m2

P = 2.8 mL = 2 mLuas=5.6 m2 12.87 m/s

2

P = 4.345 mL =2.4628 mLuas=

10.861 m2

P = 2.94 mL = 2 mLuas=

5.88 m213.51 m/s

3

P= 4.410 mL= 2.4628 mLuas=

11.404 m2

P = 3.087 mL = 2 mLuas=

6.174 m2 14.2 m/s

4

P = 4.862 mL= 2.4628 mLuas=

11.974 m2

P = 3.241mL = 2 mLuas=

6.483 m2 14.8 m/s

5

P = 4.961 mL= 2.4628 mLuas=

12.176 m2

P = 3.403 mL = 2 mLuas=

6.807 m2 15.44 m/s

6 - - 16.09 m/s

• Variasi simulasi model kamar mesin

Variasi 1

Luas area exhaust funnel

Kecepatan aliran udara inlet ducting (V)

Variasi 1

Variasi 2

Variasi 3

Variasi 4

Variasi 5

Variasi 6

Variasi 2



Variasi 1

Variasi 2

Variasi 3

Variasi 4

Variasi 5

Variasi 6

Variasi 3



Variasi 1

Variasi 2

Variasi 3

Variasi 4

Variasi 5

Variasi 6

Variasi 4



Variasi 1

Variasi 2

Variasi 3

Variasi 4

Variasi 5

Variasi 6

Variasi 5


Variasi 1

Variasi 2

Variasi 3

Variasi 4

Variasi 5

Variasi 6


BACK

Pengumpulan Data Spesifikasi

• Main engineType : 6L32 WARTSILAJumlah silinder : 6 silinder Daya : 2760 KW =3701.221 HPSFOC : 176 gr/kW.h=131.2gr/HP

= 0.131 Kg/Hp.hrPutaran : 750 RPM

Jenis Komponenperalatan Jumlah

Power motor(KW)

Room

Cooling SW pump 2 11 Lantai 1

Standby HT FW cooling pump 1 11 Lantai 1

Standby LT FW cooling pump 1 11 Lantai 1

ME lube oil standby pump 1 26 Lantai 1

Cargo oil pump 3 123 Lantai 1

Main air compressor 2 22 Lantai 2

Kapasitas blower/ mechanical ventilationsystem untuk mensuplai kebutuhan udara dikamar mesinType : AHED 900/12-12/5Z/50Power : 34.5 KWPhase- V : 3 Ph-440 VSpeed : 1750 RPMFrekuensi : 60 HzNoise : -Capacity : 50000 m3/H

Auxiliary EngineType : YANMAR 6NY16L-

SNX360Jumlah silinder : 6 silinder Daya : 360 KW = 482.768 HPSFOC : 0.131 Kg/Hp.hrPutaran : 1200 RPM

Jenis-jenis peralatan dengan sumberdaya motor listrik

Perhitungan Beban Panas di Kamar Mesin1. Beban panas yang dibebaskan main engine dan auxiliary engine

Panas yang dibebaskan oleh main engine dan auxuliary engine dapat dihitung dengan persamaan :

Q = 0,02 Ne x gc x Qf

Keterangan:

Ne = daya main engine, HP

gc = Specific fuel oil consumption,kg/HP.hr

Qf = Caloric value of fuel (DO= 10100 kal/kg)

Sehingga

Q main engine = 0,02 x 3701.221x 0,131 x 10100

= 97941.7101 kkal/jam

= 27206.06 kal/detik

= 113805 watt

Q auxiliary engine = 0,02 Ne x gc x Qf

= 0,02 x 482.768x 0.131 x 10100

= 12775.007 kkal/jam

= 3548.61 kal/detik

= 14844.11watt

Karena auxiliary engine ada 3 dan mempunyai daya yang sama, maka auxiliary engine yang lainnya jugamengeluarkan panas sebesar 14844.11 Watt.

2. Beban panas yang dibebaskan oleh peralatan dengan sumber daya motor listrik

Dapat dihitung dengan persamaan :

Q = 864 x N x [(1-η)/η]

Keterangan:

N = daya motor, HP

η = efisiensi motor listrik,

Dimana efisiensi motor listrik adalah:Daya motor efisiensi

≤ 1/8 0.51/6 – 1/4 0.61/3 – 2 0.72 - 10 0.85≥10 0.9

Nama Komponen peralatanMotor power

ηBeban Panas yang dibebaskan

KW HP kkal/jam kal/detik watt

Cooling SW Pump 1 11 14.75 0.9 1416.00 393.33 1645.34

Cooling SW Pump 2 11 14.75 0.9 1416.00 393.33 1645.34

Standby HT FW Cooling Pump 11 14.75 0.9 1416.00 393.33 1645.34

Standby LT FW Cooling Pump 11 14.75 0.9 1416.00 393.33 1645.34

ME Lube Oil Standby Pump 26 34.87 0.9 3347.52 929.87 3889.70

Main Air Compressor 1 22 29.5 0.9 2832.00 786.67 3290.69

Cargo oil pump 123 164.9457 0.9 15834.79 4398.55 18399.48

Main Air Compressor 2 22 29.5 0.9 2832.00 786.67 3290.69

BACK

Geometri Model Ducting

Variasi Blower capacity dankecepatan aliran udara inlet ducting (V)

1 50000 m³/h=13,9 m3/sV= 12.87 m/s

2 52524m³/h=14.59m3/sV= 13.51 m/s

3 55209.6 m³/h=15,34 m3/sV= 14.2 m/s

4 57542.2 m³/h=15,98 m3/sV= 14.8 m/s

5 60030 m³/h=16,68 m3/sV= 15.44 m/s

6 62557.2 m³/h=17.4 m3/sV= 16.09 m/s

Variasi yang dilakukan, yaitu:

Ducting ke-2Ducting ke-1

Meshing dan Boundary Condition Model Ducting

Hasil mesh ducting 1 Hasil mesh ducting 2

Boundary condition outlet model ducting

Nama outlet pada ujungType

Ducting ke-1 Ducting ke-2OTD_1 OTD2_1 OUTLETOTD_2 OTD2_2 OUTLETOTD_3 OTD2_3 OUTLETOTD_4 OTD2_4 OUTLETOTD_5 OTD2_5 OUTLETOTT_1 OTT2_1 OUTLETOTT_2 OTT2_2 OUTLETOTT_3 OTT2_3 OUTLETOTT_4 OTT2_4 OUTLETOTT_5 OTT2_5 OUTLETOTT_6 OTT2_6 OUTLETOTT_7 OTT2_7 OUTLET

Geometri Model Kamar Mesin

Lantai 1 (tank top) : Panjang 21.2 meter, lebar 19.2 meter dan tinggi 6 meter

Lantai 2 (tween deck): Panjang 21.2 meter, lebar 19.2 meter dan tinggi 3 meter

Meshing dan Boundary condition Model Kamar Mesin

Hasil mesh kamar mesin

Nama mesin, peralatan dan outletpada ujung ducting

Type Input data

Main Engine WALL Q=1433.35W/m²Main Generator set WALL Q= 810.96 W/m²Cooling SW pump WALL Q= 665.32 W/m²

Standby HT FW cooling pump WALL Q= 514.17 W/m²Standby LT FW cooling pump WALL Q= 514.17 W/m²

ME lube oil standby pump WALL Q= 3116.75W/m²Cargo oil pump WALL Q= 3123.32W/m²

Main air compressor WALL Q= 644.27 W/m²OTD_1 INLET V= 4.3 m/sOTD_2 INLET V= 5.2 m/sOTD_3 INLET V= 3.6 m/sOTD_4 INLET V= 8.1 m/sOTD_5 INLET V= 8.7 m/sOTT_1 INLET V= 4.3 m/sOTT_2 INLET V= 4.7 m/sOTT_3 INLET V= 5 m/sOTT_4 INLET V= 6.5 m/sOTT_5 INLET V= 7.1 m/sOTT_6 INLET V= 9.5 m/sOTT_7 INLET V= 11.8 m/s

OTD2_1 INLET V= 5.9 m/sOTD2_2 INLET V= 5.3 m/sOTD2_3 INLET V= 7.4 m/sOTD2_4 INLET V= 9.1 m/sOTD2_5 INLET V= 7.8 m/sOTT2_1 INLET V= 4.4 m/sOTT2_2 INLET V= 5.2 m/sOTT2_3 INLET V= 3.5 m/sOTT2_4 INLET V= 7.3 m/sOTT2_5 INLET V= 7.3 m/sOTT2_6 INLET V= 5.7 m/sOTT2_7 INLET V= 11.8 m/s

Boundary condition kamar mesin Variasi 1_1

BAC K

Documents

EVALUASI DAN ANALISA SUPPLY ALIRAN UDARA … · evaluasi dan analisa supplyaliran udara terhadap variabel (t,p,v) pada kamar mesin kapal tanker 6500 dwt menggunakan computational