Mesin yang dipasang pada kapal dirancang untuk bekerja dengan efisien maksimal dan berjalan selama berjam-jam berjalan lamanya. Hilangnya energi paling sering dan maksimum dari mesin adalah dalam bentuk energi panas. untuk menghilangkan energi panas yang berlebihan harus menggunakan media pendingin (Cooller) untuk menghindari gangguan fungsingsional mesin atau kerusakan pada mesin. Untuk itu, sistem air pendingin dipasang pada kapal.
Ada dua sistem pendingin yang digunakan di kapal Laut untuk tujuan pendinginan:
- Sistem pendingin Air Laut : Air laut langsung digunakan dalam sistem mesin sebagai media pendingin untuk penukar panas.
- Air Tawar atau sistem pendingin utama: air tawar digunakan dalam rangkaian tertutup untuk mendinginkan mesin yang ada di kamar mesin. Air tawar kembali dari exchanger panas setelah pendinginan mesin yang selanjutnya didinginkan oleh air laut pada pendingin air laut.
Memahami Sistem Pendingin utama
- Sebagaimana dibahas di atas, dalam sistem pendinginan utama, semua mesin yang bekerja pada kapal-kapal yang didinginkan dengan menggunakan sirkulasi air tawar. Sistem ini terdiri dari tiga rangkaian yang berbeda:
- Sistem Air Laut: Air laut digunakan sebagai media pendingin di dalam air lautan yang besar mendinginkan exchanger panas yang dapat mendinginkan air tawar dari rangkaian tertutup. Mereka merupakan sistem pendingin utama dan umumnya dipasang di kopel.
- Sistem Temperatur rendah: Rangkaian temperatur yang rendah digunakan untuk daerah temperatur mesin yang rendah dan Rangkaian ini secara langsung terhubung ke air lautan utama pada pendingin pusat; maka temperatur rendah dibandingkan dengan temperatur yang tinggi (HT sirkuit). Rangkaian LT meliputi dari semua sistem bantu.
- Suhu tinggi Rangkaian (HT): Rangkaian HT terutama meliputi dari sistem tabung air pada mesin utama dimana suhu ini cukup tinggi. Suhu air HT dijaga oleh air tawar dengan temperatur rendah.
- Tangki Ekspansi : Kerugian pada rangkaian tertutup yaitu air tawar terus dikompensasi oleh tangki ekspansi yang juga menyerap peningkatan tekanan karena ekspansi panas.
- Biaya pemeliharaan rendah : Sebagai sistem yang menjalankan air tawar, pembersihan, pemeliharaan dan penggantian komponen lebih sedikit.
- Kecepatan Pendinginan air tawar lebih tinggi: kecepatan yang tinggi mungkin dalam sistem air tawar dan tidak berbahaya bagi pipa dan juga mengurangi biaya instalasi.
- Penggunaan bahan lebih murah: Karena sistem air tawar dapat mengurangi faktor korosi, pada bahan yang mahal seperti katup dan pipa.
- Tingkat suhu yang stabil : Karena temperatur dikontrol tanpa melihat pada temperatur air laut, temperatur tetap dipertahankan agar stabil yang membantu dalam mengurangi kerusakan mesin.
image credit and translate from http://marineinsight.com/
Rule
Pada peraturan BKI 1996 vol.III sec. 11 I, dinyatakan bahwa:
1. Sea Chest, hubungan ke laut
Sekurang-kurangnya 2 sea chest harus ada. Bilamana mungkin sea chest diletakkan serendah mungkin pada masing-masing sisi kapal.
Untuk daerah pelayaran yang dangkal, disarankan bahwa harus terdapat sisi pengisapan air laut yang lebih tinggi, untuk mencegah terhisapnya lumpur atau pasir yang ada di perairan dangkal tersebut.
Diharuskan suplai air laut secara keseluruhan untuk main engine dapat diambil hanya dari satu buah sea chest.
Tiap sea chest dilengkapi dengan suatu ventilasi yang efektif. Pengaturan ventilasi tersebut haruslah disetujui yang meliputi : Suatu pipa udara sekurang-kurangnya berdiameter dalam 32 mm yang dapat diputuskan hingga di atas deck bulk head. Adanya tempat dengan ukuran yang cukup di bagian dinding pelat.
Saluran udara bertekanan atau saluran uap melengkapi kelengkapan sea chest untuk pembersihan sea chest dari kotoran. Saluran tersebut dilengkapi dengan katup shut off yang dipasang di sea chest. Udara yang dihembuskan ke sea chest dapat melebihi 2 bar jika sea chest dirancang untuk tekanan yang lebih tinggi.
2. Katup
Katup sea chest dipasang sedemikian hingga sehingga dapat dioperasikan dari atas pelat lantai (floor plates)
Pipa tekan untuk system pendingin air laut dipasangi suatu katup shut off pada shell plating.
3. Strainer
Sisi hisap pompa air laut dipasangi strainer. Strainer tersebut juga diatur sehingga dapat dibersihkan selama pompa beroparasi. Bilamana air pendingin disedot oleh corong yang dipasang dengan penyaringnya, maka pemasangan strainer dapat diabaikan.
4. Pompa pendingin air laut
Pembangkit penggerak utama kapal dengan menggunakan motor diesel harus dilengkapi dengan pompa utama dan pompa cadangan.
Pompa pendingin motor induk yang diletakkan pada pembangkit penggerak (propulsion plant) dipastikan bahwa pompa itu dapat memenuhi kapasitas air pendingin yang layak untuk keperluan motor induk dan Bantu pada berbagai jenis kecepatan dari propulsion plant. (untuk pompa cadangan digerakkan oleh motor yang independent)
Pompa air pendingin utama dan cadangan masing-masing kapasitasnya merupakan kapasitas maksimal air pendingin yang diperlukan oleh pembangkit. Atau sebagai alternatif tiga buah pompa air pendingin dengan kapasitas yang sama dapat dipasang. Bahwa dua dari pompa adalah cukup untuk menyuplai air pendingin yang diperlukan pada kondisi operasi beban penuh pada temperatur rancangan. Dengan pengaturan ini dimungkinkan untuk pompa yang kedua secara otomatis mengambil alih operasi hanya pada temperatur yang lebih tinggi dengan dikendalikan oleh thermostat.
Pompa ballast atau pompa air laut lainnya dapat digunakan sebagai pompa pendingin cadangan.
Bilamana air pendingin dipasok oleh corong hisap (Scoop), pompa air pendingin utama dan cadangan harus dipastikan memiliki kapasitas yang menjamin keandalan pada operasinya pada pembangkit di bawah kondisi pembebanan parsial. Pompa air pendingin utama secara otomatis dibangkitkan sesegera mungkin bila kecepatan turun di bawah kecepatan yang diperlukan oleh corong.
5. System untuk pendingin air tawar
Sistem pendingin air tawar diatur sehingga motor dapat secara baik didinginkan di bawah berbagai kondisi suhu.
Menurut kebutuhan dari motor system pendingin air tawar yangdiperlukan seperti: a. Suatu sirkuit tunggal untuk keseluruhan pembangkit. b. Sirkuit terpisah untuk pembangkit daya induk dan Bantu. c.Beberapa sirkuit independent untuk komponen motor induk yang memerlukan pendinginan (silinder, piston, dan katup bahan bakar) dan untuk motor bantu. d. Sirkuit terpisah untuk berbagai batasan temperatur.
Sirkuit pendingin diatur sehingga bila salah satu sirkuit mangalami kegagalan maka dapat diambil alih oleh sirkuit pendingin yang lain. Bilamana perlu, dibuatkan pengaturan pengambilalihan untuk tujuan tersebut.
Sedapat mungkin pengatur suhu dari motor induk dan Bantu dibuatkan sirkuit yang terpisah dan independent satu sama lainnya.
Bilamana pada motor pembangkit otomatis, penukar panas untuk bahan bakar dan pelumas melibatkan sirkuit air pendingin, system air pendingin dimonitor terhadap kebocoran dari minyak bahan bakar dan pelumas.
System air pendingin umum untuk pembangkit induk dan bantu dipasangi katup shut off untuk memungkinkan reparasi tetapi tidak mengganggu pelayanan dari system tersebut.
6. Penukar Panas, Pendingin
Pendingin dari system air pendingin, motor, dan peralatannya dipasang untuk menjamin bahwa temperatur air pendingin yang telah ditentukan dapat diperoleh pada berbegai jenis kondisi.Temperatur air pendingin dipasang sesuai untuk keperluan yang dibutuhkan oleh motor dan peralatan.
Penukar panas untuk peralatan bantu pada sirkuit air pendingin utama jika memungkinkan dilengkapi dengan jalur by pass, bilamana terjadi gangguan pada penukar panas, untuk menjaga kelangsungan operasi system.
Dipastikan bahwa peralatan bantu dapat tetap bekerja saat perbaikan pada peralatan pendingin utama. Bilamana perlu diberikan pengalih aliran ke penukar panas yang lain, permesinan, atau peralatan sepanjang suatu penukaran panas sementara dapat diperoleh.
Katup shut off dipasang pada sisi hispap dan tekan dari semua penukar panas.
Tiap penukar panas dan pendingin dilengkapi dengan ventilasi dan corong kuras.
7. Tangki Ekspansi
Tangki ekspansi diatur pada ketinggian yang cukup untuk tiap sirkuit air pendingin. Sirkuit pendingin lainnya hanya dapat dihubungkan ke suatu tangki ekspansi umum jika tidak saling mempengaruhi satu sama lainnya, perhatian harus diberikan untuk memastikan bahwa kerusakan dan kegagalan dari system tidak dapat mempengaruhi system lain.
Tangki ekspansi dihubungkan dengan jalur pengisi, peralatan aerasi atau de aerasi, pengukur tinggi air, dan corong kuras.
8. Pompa Pendingin Air Tawar
Pompa air pendingin utama dan cadangan harus terdapat di setiap system pendingin air tawar.
Pompa air pendingin dapat digerakkan langsung oleh motor induk atau bantu yang mana dimaksudkan untuk mendinginkan sehingga jumlah pasok yang layak dari air pendingin dapat dicapai pada berbegai kondisi operasi.
Pompa air pendingin cadangan digerakkan secara independent oleh motor induk.
Pompa air pendingin cadangan berkapasitas sama seperti pompa air pendingin utama.
Motor induk dilengkapi sekurangnya oleh satu pompa pendingin utama dan cadangan. Bilamana menurut konstruksi dari motor memerlukan lebih dari satu sirkuit air pendingin, satu pompa cadangan dipasang untuk tiap pompa pendingin utama.
Suatu pompa air pendingin cadangan dari suatu system pendingin dapat digunakan sebagai suatu pompa cadangan untuk system lain yang dilengkapi dengan lajur sambungan yang memungkinkan. Katup shut off pada sambungan ini harus dilindungi dari penggunaan yang tidak diinginkan.
Peralatan yang melengkapi system untuk pendinginan darurat dari system lain dapat disetujui jika system dan pembangkitnya sesuai untuk tujuan ini.
9. Pengatur Suhu, Sirkuit air pendingin dilengkapi dengan pengatur suhu sesuai yang diperlukan dan sesuai dengan peraturan yang ada. Alat pengatur yang mengalami kerusakan dapat mempengaruhi fungsi keandalan dari motor yang dilengkapinya atau saat dia bekerja.
10. Pemanasan Mula untuk Air Pendingin, Harus terdapat dan dilengkapi dengan pemanasan awal dari air pendingin.
11. Unit Pembangkit Darurat, Motor bakar dalam pembangkit daya yang bekerja saat keadaan darurat dilengkapi dengan system pendingin yang independent. Seperti system pendingin yang dibuat untuk mengatasi kebekuan (freezing).
C. Engine Project Guide Tentang Sistem Pendingin
Dalam desain sistem pendingin ini ditentukan menggunakan sistem pendingin terpusat (central).
1) Jacket Cooling Water System
Jacket water cooling system digunakan untuk mendinginkan bagian cylinder liner, cylinder cover, dan juga exhaust valve dari main engine dan juga dapat memanaskan pipa drain bahan bakar. Pompa jacket water cooler membawa air dari outlet jacket water cooler dan mengirimkannya ke mesin utama. Pada daerah inlet dari jacket water cooler terdapat katup pengatur temperatur, dengan sensor pada engine cooling water outlet yang menjaga temperatur dari air pendingin tetap pada posisi 800C.
Air pendingin jacket harus sangat hati-hati dalam memperlakukannya, merawat, dan juga memonitornya sehingga dapat mencegah terjadinya perkaratan, kelelahan yang diakibatkan korosi, kavitasi. Dalam hal ini direkomendasikan untuk memasang preheater jika preheating tidak tersedia pada auxiliary engine jacket cooling water system.
Pipa pernapasan dalam tangki ekspansi harus berakhir di bawah bagian terendah dari air yang ada di tangki tersebut, dan tangki tersebut harus di letakkan paling tidak 5 meter diatas pipa outlet dari air pendingin.
Untuk exsternal pipe, maximum water velocities yang harus diikuti adalah :
o Jacket water ..........................3,0 m/s
o Seawater ...............................3.0 m/s
Componen jacket water system, antara lain :
2) Jacket water cooling pump
• Pompa dengan type centrifugal
• Jacket water flow ..................32 m3/h
• Pump head ...........................3 bar
• Delivery pressure ..................depend on position of
expansion tank
• Test pressure .......................according to class rule
• Working temperature.............normal 800 C, max 1000 C
Kapasitas tersebut merupakan kapasitas hanya untuk main engine saja, pump head dari pompa tersebut untuk menghitung total actual pressure drop yang terjadi sepanjang sistem cooling water sistem tersebut.
3) Jacket Water thermostatic valve
Temperatur kontrol sistem dapat menggunakan katup tiga arah yang dipasang sebagai katup pengalih, dengan mengalirkan dengan jalan pintas seluruh atau sebagian jacket water disekitar jacket water cooler. Sensor diletakkan pada keluaran dari mesin utama, dan level temperatur haruslah dijaga pada range 70 - 900C.
4) Jacket water preheater
Ketika preheater diinstall pada jacket cooling water system, untuk mengetahui aliran air dan juga kapasitas dari pompa adalah 10% dari kapasitas dari pompa water jacket utama. Berdasarkan pada pengalaman, direkomendasikan pressure drop pada preheater sekitar 0.2 bar. Pompa preheater dan pompa utama harus terkunci secara electric untuk menghindari resiko dari operasi simultan.
Kapasitas dari preheater tergantung pada permintaan lamanya waktu pemanasan dan kebutuhan peningkatan temperatur dari air jacket. Pada umumnya, temperatur meningkat sekitar 350C (dari 150C menjadi 500C).
5) Expansion tank
Total dari volume ekspansi harus memenuhi 10 % dari total air pada sitem di jacket cooling. Sesuai dengan petunjuk bahwa volume tanki exspansi untuk keluaran dari main engine berdayan antara2700 kW dan 15000 kW adalah 1.00m3.
C. Central Cooling Water System
Sistem pendingin ini didesain dengan hanya mempunyai satu head exchanger yang didinginkan dengan air laut, sedangkan untuk cooler yang lain termasuk jacket water, minyak pelumas, udara bilas, didinginkan dengan air tawar yang bertemperatur rendah. Karakteristik pada sistem pendingin engine MAN yang menggunakan jenis ini dengan tujuan untk mencegah temperatur udara bilas yang terlalu tinggi, desain temperatur pendingin untuk fresh water low temperatur biasanya sebesar 360C, yang berkaitan dengan temperatur maksimum air laut sebesar 320C.
Rekomendasi dari MAN agar menjaga temperatur inlet air pendingin pada bagian cooler pembilasan udara pada main engine serendah mungkin hal ini juga diterapkan pada sistem pendinginan terpusat. Ini artinya bahwa temperatur katup pengontrol didalam fresh water low temperatur (FW-LT) diset minimum 100C, sebaliknya temperatur mengikuti temperatur air laut diluar kapal jika melebihi 100C.
Untuk koneksi pipa eksternal, velosity dari air untuk keadaan maksimum mengikuti :
Jacket water .......................................................... 3.0 m/s
Central cooling water (FW-Lt ................................ 3.0 m/s
Seawater............................................................... 3.0 m/s
Komponen untuk seawater system
1. Pompa Sea water,
Kapasitas sea water .................................... 105 m3/h
Head pompa................................................. 2,5 bar
Temperatur kerja normal .............................. 0 - 320C
Temperatur kerja maksimum ....................... 500C
Kapasitas ini diberikan toleransi sebesar 10%. Beda tekanan pompa ditentukan berdasar total tekanan yang hilang saatmelalui sistem cooling water.
2. Central cooler
Cooler boleh menggunakan jenis shell and tube atau plate dan terbuat dari bahan yang tahan korosif.
Panas yang hilang........................................... 2200 kW
Debit aliran pendingin...................................... 105 m3/h
Temperatur keluar cooler ................................ 360C
Tekanan hilang pada sisi central cooling max. 0,2 bar Tekanan yang hilang boleh besar, tergantung pada desain aktual cooler Panas yang hilang dan debit sea water didasarkan pada output MCR pada kondisi tropis dan temperatur udara ruang 450C. Pengoperasian pada beban berlebih pada kondisi tropis akan meningkatkan temperatur sistem pendingin dan juga mempengaruhi perfomance engine.
3. Pompa central cooling
Pompa yang digunakan jenis sentrifugal
Debit air tawar ................................................. 105m3/h
Head pompa.................................................... 2,5 bar
Temperatur kerja normal ................................ 800C
Temperatur kerja max ..................................... 900C
Debit aliran pada bagian ini diberikan toleransi sebesar 10%.
Data kapasitas hanya diperuntukkan pada main engine. Perbedaan tekanan yang disediakan pada pompa ditentukan berdasarkan total tekanan yang hilang pada sistem cooling water.
4. Katup thermostatic central cooling water
Temperatur rendah pada sistem pendingin dilengkapi dengan three way valve, dihubungkan dengan katup pencampur, dimana tersambung semuanya atau bagian air tawar mengelilingi central cooler.
5. Jacket water cooler
Cooler dapat menggunakan jenis shell and tube atau plate
Panas yang hilang .......................................... 580 kW
Debit aliran ..................................................... 36 m3/h
Temperatur inlet jacket water cooler ............... 800C
Tekanan maksimal yang hilang ...................... 0,2 bar
Debit FW- LT 105 m3/h
Temperatur inlet FW-LT .................................. 42 C
Tekanan yang hilang pada FW-LT maks ........ 0,2 bar
Panas yang hilang dan debit FW-LT ditentukan berdasarkan output MCR pada kondisi tropis, temperatur maksimum sea water 32 C dan temperatur udara ruang 45 C
6. Cooler udara bilas
Cooler ini terintregasi secara langsung dengan engine
Panas yang hilang........................................... 1920 kW
Debit FW-LT ................................................... 105 m3/h
Tempewratur inlet FW-LT ............................... 360C
Tekanan hilang pada FW-LT........................... 0,5 bar
Diagram alir sistem pendingin yang direkomendasikan MAN & BW , untuk type Sea water cooling dan Central cooling adalah sebagai berikut Mengingat motor induk digunakan di kapal sebagian besar menggunakan pendinginan air, maka akan dibahas operasi system pendinginan tertutup ( air tawar ) dan system pendinginan terbuka ( air laut ). Sistem pendinginan tertutup pada motor kapal terdiri atas dua peredaran, yaitu peredaran air tawar merupakan sistem yang harus ada pada mesin itu sendiri, sama seperti sistem pendinginan pada mesin mobil.
Salah satu perbedaan antara instalasi air tawar pada motor induk dilaut dan motor di mobil adalah bahwa pada motor laut penggabungan pendinginan dan radiator di dalam instalasi yang membawa panas di dinginkan oleh air laut, atau bahkan juga oleh angin, sedangkan pada motor mobil tidak terdapat instalasi peredaran air laut.
