TUGAS MAKALAH MATA KULIAH PENGETAHUAN TEKNOLOGI,INFORMASI DAN KOMUNIKASI
Judul: PENGAPLIKASIAN STEAM TURBINE PADA KAPAL TANKER UKURAN BESAR SEBAGAI SOLUSI OPTIMALISASI KERJA SISTEM PENGGERAK
Disusun oleh: 1. Ahmad Jauhar Isnan
(4212 100 062)
JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER (ITS) SURABAYA 2013
Abstrak Dalam merancang
kapal,
bentuk
badan kapal diusahakan
mempunyai tahanan
kapal yang rendah bila kapal bergerak diatas air. sistem propulsor kapal /pendorong, mesin penggerak dan lambung kapal harus dirancang yang paling efisien, yaitu jumlah energi yang diperlukan
untuk propulsi
kapal harus
sekecil
mungkin
tapi
harus
mampu
memenuhi kecepatan kapal rancang. Perancangan sistem propulsi pada kapal tenker ukuran besar adalah salah satu bagian dari proses pembuatan kapal secara umum. Sistem propulsi pada kapal sangatlah penting untuk menentukan kapal dapat memenuhi persyaratan yang di ajukan oleh owner. Semua elemen dalam dari sistem propulsi kapal harus cocok satu sama lain. Sementara itu, kapal tersebut harus mempunyai kemampuan olah gerak dan unjuk kerja (performance) yang baik. Dalam kebutuhan sistem propulsi pada kapal tanker dengan ukuran besar, maka haruslah ada sebuah rancangan sistem penggerak kapal yang efeksif dan efisien. Dengan adanya kebutuhan tersebut diatas, pemilihan sistem penggerak yang optimal sangat diperlukan untuk mengatasi permasalahan tersebut diatas.
ii
Daftar Isi Abstrak ..................................................................................................................................................... ii BAB 1 Pendahuluan ..................................................................................................................................2 1.1 Latar Belakang ................................................................................................................................2 1.2 Rumusan Permasalahan .................................................................................................................3 1.3 Tujuan .............................................................................................................................................3 1.4 Lingkup pembahasan......................................................................................................................3 BAB 2 ISI ...................................................................................................................................................4 2.1 Definisi Kapal .................................................................................................................................4 2.2 Tipe-tipe Propeller..........................................................................................................................5 2.3 Kriteria Pemilihan Sistem Propulsi .................................................................................................9 2.4 Faktor-Faktor Yang Menjadi Pertimbangan Pemilihan Mesin Induk ........................................... 10 2.5 Pemilihan Sistem Propulsi ........................................................................................................... 12 BAB 3 Penutup....................................................................................................................................... 14 3.1 Kesimpulan .................................................................................................................................. 14 3.2 Saran ............................................................................................................................................ 14 Daftar Gambar....................................................................................................................................... 15 Daftar Pustaka ....................................................................................................................................... 16
1
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Dalam beroperasi, suatu kapal setidaknya harus memiliki kemampuan mempertahankan kecepatan dinas (Vs) seperti yang sudah direncanakan sejak awal. Hal ini berarti bahwa, kapal yang beroperasi dengan baik haruslah memiliki suatu rancangan sistem penggerak (propulsion system) yang dapat mengatasi keseluruhan gaya hambat (total resitance) yang terjadi agar dapat tetap mempertahankan kecepatan dinas seperti yang sudah direncanakan. Sistem penggerak (propulsion system) kapal terdiri dari tiga komponen utama, diantaranya: (a) Motor Penggerak Utama (Main Engine) (b) Sistem Transmisi (c) Alat Gerak Ketiga komponen utama ini merupakan suatu kesatuan yang di dalam proses perencanaannya tidak dapat ditinjau secara terpisah. Kesalahan di dalam perancangan, akan membawa konsekuensi yang sangat besar terhadap kondisi-kondisi sebagai berikut, 1. Tidak tercapainya kecepatan dinas kapal yang direncanakan 2. Fuel oil consumption yang tidak efisien 3. Turunnya nilai ekonomis dari kapal tersebut 4. Pengaruh pada tingkat vibrasi yang terjadi pada badan kapal konfigurasi dari ketiga komponen utama sistem propulsi ini sangat dipengaruhi oleh rancangan fungsi kapal itu sendiri, serta bagaimana misi yang harus dijalankan dalam operasionalnya di laut.
2
1.2 Rumusan Permasalahan Berdasarkan latar belakang yang telah di tetapkan maka rumusan masalahnya sebagai berikut: 1. Apa peranan dan fungsi dari kapal tanker ? 2. Sistem propulsi dan mesin penggerak apa yang di gunakan pada kapal tanker ? 3. Pemilihan sistem propulsi dan mesin penggerak apa yang terbaik pada kapal tanker ukuran besar ?
1.3 Tujuan Mendapatkan sistem
propulsi dan mesin penggerak yang efektif
sesuai
kebutuhan dengan hasil yang maksimal, dan efisien. 1.4 Lingkup pembahasan
Dengan menganalisa masalah di atas, dapat di pecahkan dengan sistematis dan baik, maka dalam penulisan ini perlu untuk dibatasi lingkup pembahasanya yaitu: 1.
Kapal tanker dengan ukuran besar
2.
Sistem penggerak kapal tanker ukuran besar
3
BAB 2 ISI 2.1 Definisi Kapal Kapal tanker, adalah kapal dirancang untuk mengangkut cairan dalam jumlah besar. Jenis utama tankship termasuk kapal tanker minyak, kapal tanker kimia, dan pembawa gas alam cair. Berikut adalah beberapa ukuran dari kapal tanker : Handysize TANKER
20.000 – 30.000 DWT
TANKER Handymax
Kira-kira 45.000 DWT
Panamax TANKER
Kira-kira 79.000 DWT
Aframax TANKER
Antara 79.000 – 120.000 DWT
Suezmax TANKER
Antara 120.000 – 180.000 DWT
VLCC TANKER
Antara 200.000 – 300.000 DWT
ULCC TANKER
Lebih dari 300.000 DWT
(a) VLCC: Very Large Crude Carriers 200.000 - 299.999 ton bobot mati. Pada rute mirip dengan ULCCs tetapi dengan fleksibilitas yang lebih besar dalam menjalankan pelabuhan karena ukurannya yang lebih kecil. Mereka bisa swabalast akan melalui Terusan Suez. (b) ULCC: Ultra Large Crude Carriers 300.000 - 550.000 ton bobot mati. Digunakan untuk membawa minyak mentah pada panjang mengangkut rute dari Teluk Arab untuk Eropa, Amerika dan Timur Jauh, melalui Tanjung Harapan Baik normal pemakaian di terminal dibangun kustom. (c) MALACCAMAX: Maksimum hull form menggunakan maksimal diijinkan rancangan untuk melewati Selat Malaka di Malaysia, yang 25 meter. (d) Panamax: The diterima terbesar Ukuran untuk transit Panama Canal. Panjang kapal 'dibatasi untuk 275M, dan maksimum yang diijinkan lebar sedikit lebih dari 32m. Bobot mati rata-rata seperti kapal adalah sekitar 65.000 sampai 80.000 ton, kargo asupan biasanya terbatas pada sekitar 52.500 ton pada Terusan Panama draft (e) Suezmax: Sebelum penutupan di 1967 Terusan Suez hanya bisa mengatasi dengan bobot mati 80.000 ton tanker dan draft maksimum tersedia adalah 37
4
meter. Ketika Suez Canal dibuka kembali pada tahun 1975 maksimal tonase meningkat menjadi 200.000 ton bobot mati dan maksimum draft 66 meter. 2.2 Tipe-tipe Propeller Dalam operasinya, sebuah kapal pastinya memiliki sistem penggerak (propulsion system) yang dapat mengatasi keseluruhan gaya hambat (total resitance) yang terjadi agar dapat tetap mempertahankan kecepatan dinas seperti yang sudah direncanakan. Oleh karena itu, pemilihan tipe propeller harus dilakukan dengan cermat sesuai dengan kebutuhan dari kapal. Berikut adalah berbagai tipe dari propeller yang ada : (a) Fixed Pitch Propellers Baling-baling dengan pitch tetap: Daun baling-baling tetap terhadap boss balingbaling. Untuk gerak mundur kapal, arah putaran baling-baling harus dibalik. Baling-baling jenis ini secara „tradisi‟ telah membentuk basis produksinya Baling-baling ini secara umum telah memenuhi „proporsi‟ yang tepat terutama jenis rancangan dan ukurannya, baik itu untuk baling-baling perahu motor yang kecil hingga untuk kapal muatan curah hingga kapal tangki yang berukuran besar FPP ini adalah mudah untuk membuatnya
Gambar 1. Fixed Pitch Propellers
(b) Controllable Pitch Propeller (CPP) Baling-baling dengan pitch dapat diatur : Daun baling-baling dapat diputar terhadap boss baling-baling dan diatur sudutnya sesuai arah dan besar gaya dorongnya. Arah putaran baling-baling tetap. Daun propeler dapat diputar terhadap boss untuk gerak maju, netral dan mundur
5
Gambar 2. Controllable Pitch Propeller
(c) Ducted Propeller Baling-baling Ducted terdiri dari dua komponen, yaitu : Saluran pipa (Duct) berbentuk seperti gelang yangmana mempunyai potongan melintang berbentuk aerofoil, dan Baling-baling Keberadaan „saluran pipa‟ (duct) akan mengurangi gaya-gaya tekanan yang menginduced pada lambung kapal. Baling-baling jenis ini dikenal dengan sebutan Kort Nozzles, melalui pengenalan Kort Propulsion Company‟s sebagai pemegang Hak Paten dan asosiasi dari jenis baling-baling ini. Efisiensi Baling-Baling ditingkatkan tergantung atas beban baling-baling.
Gambar 3. Ducted Propeller
(d) Contra-rotating propellers Baling-baling jenis ini mempunyai dua-coaxial propellers yang dipasang dalam satu sumbu poros, secara tersusun satu didepan yang lainnya dan berputar saling berlawanan arah. Baling-baling ini memiliki keuntungan hidrodinamis terhadap permasalahan penyelamatan energi rotasional „slip stream‟ yang mungkin akan „hilang‟ bilamana kita menggunakan sistem „single screw propeller‟ yang konventional. Energi yang dapat diselamatkan sekitar 15% dari dayanya.
6
Gambar 4. Contra – Rotating Propellers
(e) Overlapping Propellers Konsep dari baling-baling ini adalah dua propeller tidak dipasang/diikat secara coaxially, tapi masing-masing propeller memiliki sumbu poros pada sistem perporosan yang terpisah. Sistem ini dalam prakteknya, adalah sangat jarang diaplikasikan.
Gambar 5. Overlapping Propellers
(f) Cycloidal Propellers Sistem Cycloidal Propellers adalah juga dikenal dengan sebutan baling-baling poros vertikal meliputi satu set verically mounted vanes, enam atau delapan dalam jumlah, berputar pada suatu cakram horisontal atau mendekati bidang horisontal. Sistem ini mempunyai keuntungan yang pantas dipertimbangkan ketika kemampuan olah gerak dalam mempertahankan posisi stasiun kapal merupakan faktor penting pada perencanaan kapal. Dengan aplikasi propulsor jenis ini, maka instalasi kemudi yang terpisah pada kapal sudah tidaklah diperlukan. Sistem memperlengkapi dengan rangka pengaman untuk membantu melindungi propulsor tersebut dari kerusakan-kerusakan yang di sebabkan oleh sumber eksternal.
Gambar 6. Cycloidal Propellers
7
(g) Paddle Wheels (Roda Pedal) Salah satu tipe propulsors mekanik yang aplikasinya sudah jarang ditemui saat ini.Seperti namanya, maka Paddle Wheels ini adalah suatu roda yang pada bagian diameter luarnya terdapat sejumlah bilah/sudu-sudu yang berfungsi untuk memperoleh momentum geraknya. Ada dua tipe bilah/sudu yang diterapkan pada propulsors jenis ini, antara lain : fixed blades dan adjustable blades. Pada fixed blades, sudu-sudu terikat secara mati pada bagian roda pedal tersebut. Sehingga hasil momentum gerak dari roda pedal tidaklah begitu optimal. Namun bila ditinjau dari aspek teknis pembuatannya adalah sangat jauh lebih mudah daripada adjustable blades. Hal ini disebabkan oleh tingkat kompleksitas konstruksi – adjustable blades-nya, yang mana harus mampu menjaga posisi blades agar selalu tegak lurus terhadap arah gerak kapal.Kelemahan teknis dari propulsors ini adalah terletak pada adanya penambahan / perubahan lebar kapal sebagai konsekuensi terhadap penempatan kedua roda pedal di sisi sebelah kiri dan kanan dari badan kapal. Selain itu, keberadaan instalasi roda pedal adalah relatif berat bila dibandingkan dengan screw propeller (h) Super-conducting Electric Propulsion Pada sistem ini tidak perlu disediakan propulsors (alat gerak kapal), seperti misalnya screw propellers ataupun paddle-wheels. Prinsip dasarnya adalah merupakan electromagnetic propulsion, yang mana dihasilkan dari interaksi antara fixed coil didalam badan kapal dan „arus listrik‟ yang dilewatkan melalui air laut oleh elektrode-elektrode yang tempatkan pada bagian dasar (bottom) dari lambung kapal. Gaya yang dihasilkan secara orthogonal terhadap medan magnet dan arus listrik, adalah merupakan hasil dari Fleming’s right-hand rule. Jenis Propulsion ini mampu menekan tingkat noise dan vibration akibat propulsi hidrodinamik, sehingga hal ini menjadikan pertimbangan tersendiri untuk aplikasi pada kapal-kapal angkatan laut.
Gambar 7. Super-conducting Electric Propulsion
(i) Azimuth Podded Propulsion System Jenis propulsion system ini memiliki tingkat olah-gerak kapal dan efisiensi yang tinggi, demikian juga dengan tingkat noise dan cavitation yang relatif rendah. Saat ini pengguna terbanyak dari sistem pod units ini adalah kapal-kapal cruise liner. Pengenalan teknologi pada aplikasi Pod Propulsion ini akan membawa perubahan untuk penempatan unit propulsi, yang sedemikian hingga tanpa perlu lagi mempertimbangkan susunan shaft atau space untuk motor penggerak. Tentu saja, hal ini akan memberikan kesempatan-kesempatan baru kepada designers kapal untuk membuat rancangan „ultimate hullform‟. 8
Gambar 8. Azimuth Podded Propulsion System
2.3 Kriteria Pemilihan Sistem Propulsi Dalam pemilihan sistem propulsi kapal sangatlah penting untuk menentukan kapal dapat memenuhi persyaratan dari owner, kriteria yang perlu di ketahui sebagai berikut: 1. Kecepatan kapal yang sesuai kebutuhan Propeller merupakan salah satu bagian dari sistem penggerak kapal. Melalui putaran yang dihasilkan propeller, daya yang dihasilkan oleh mesin induk ditransmisikan melalui poros menuju propeller, diubah menjadi gaya dorong (thrust) yang dapat menggerakkan kapal dan melawan tahanan yang timbul berlawanan dengan arah gerak kapal. Diharapkan memenuhi kecepatan kapal yang diharapkan dan sesuai dengan kebutuhan. 2. Daya dorong (Thrust) Gaya dorong (Thrust) pada Screw Propeller (Baling-baling ulir) terjadi sebagai akibat adanya perbedaan distribusi tekanan antara bagian punggung daun balingbaling dan bagian muka daun baling-baling. Distribusi tekanan pada daerah/bagian muka daun baling-baling adalah relatif lebih besar dibandingkan dengan distribusi tekanan pada daerah/bagian punggung daun baling-baling, sehingga hal ini menyebabkan timbulnya Gaya Angkat (LIFT Force). Proyeksi vector gaya angkat 9
tersebut pada sumbu lateral kapal, yang kemudian disebut dengan gaya dorong kapal (Thrust). 3. Kemampuan manuver kapal Manuver kapal (ship manoeuvrability) adalah kemampuan kapal untuk berbelok dan berputar saat berlayar. Kemampuan ini sangat menentukan keselamatan kapal, khususnya saat kapal beroperasi di perairan terbatas atau beroperasi di sekitar pelabuhan. 4. Ship Reliability (keandalan kapal) Analisa keandalan terhadap struktur kapal dilakukan dengan metode First Order Second Moment (FOSM). Analisa keandalan diterapkan pada perambatan retak pelat dasar kapal akibat beban berat kapal dan gelombang air laut pada kurun waktu tertentu. 5. Ship Safety (keselamatan kapal) Berikut 5 aspek utama keselamatan kapal (ship safety), 1. Quality of ship 2. Operational issues 3. Port state control 4. Crew training and competencies 5. Crew Wellfare Diantara 5 aspek tersebut, beberapa diantara dapat menjadi acuan bagiama kita memilih sistem propulsi yang baik dengan acuan keselamatan kapal yang baik pula sehingga dapat meminilasir terjadinya insiden pada kapal itu sendiri. 2.4 Faktor-Faktor Yang Menjadi Pertimbangan Pemilihan Mesin Induk 1. Maintainability Perawatan maupun perbaikan mesin yang mudah dengan biaya yang murah juga perlu diperhatikan dalam memilih motor penggerak kapal (mesin induk). Hal ini berakibat langsung terhadap biaya operasional kapal dan jumlah crew kapal. 2. Reliability Keberadaan permesinan di pasaran dan mudah-tidakNya memperoleh tipe mesin tersebut merupakan faktor yang utama, karena mempengaruhi faktor yang lain. 3. Space and Arrangement Requirement
10
Perencanaan ruangan untuk tipe mesin induk yang dimaksud seharusnya tidak memerlukan tempat yang sangat luas, sehingga dapat mengurangi dimensi kamar mesin. 4. Weigth Requirement Berat permesinan sangat mempengaruhi kapasitas/jumlah muatan (full load) kapal, khususnya pada kapal tanker yang kapasitas cargonya sangat tergantung dengan sarat kapal. 5. Type of Fuel Required Dari berbagai jenis bahan bakar yang dipakai mesin induk (padat, cair maupun gas), yang lebih banyak digunakan adalah cair (petroleum fuels). Selain mudah diperoleh juga murah. Yang penting adalah sesuai dengan mesin sehingga memperpanjang umur mesin tersebut. 6. Fuel Consumption Mesin induk yang dipilih seharusnya memerlukan bahan bakar sehemat mungkin/tidak boros karena bisa mengurangi biaya operasional kapal. 7. Fractional Power and Transient Performance Kemampuan mesin saat beroperasi, baik pada saat kapal di pelabuhan dengan kecepatan rendah maupun saat kapal berlayar dengan kecepatan penuh juga perlu dipertimbangkan. 8. Interrelations with Auxilaries Keberadaan mesin bantu dalam melayani kebutuhan mesin induk, cargo handling, ship handling, dan lain-lain juga harus diperhatikan. 9. Reversing Capability Kemampuan bermanuver dari mesin induk untuk menghentikan kapal maupun membelokkan kapal berpengaruh terhadap olah gerak kapal sehingga mendapat perhatian khusus. Hal ini terkait dengan tipe propeller yang dipakai. 10. Operating Personnel Jumlah maupun crew yang diperlukan untuk mengoperasikan mesin induk dan kemampuan mengoperasikannya merupakan hal yang juga harus diperhatikan 11. Costs Biaya instalasi mesin maupun biaya operasionalnya merupakan faktor yang sangat penting karena berpengaruh terhadap ekonomis kapal 12. Rating Limitations
11
Sebagai pertimbangan lainnya, dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 1. Engine speed classifications. Specifications Low speed Medium speed High speed
Piston Speed [rpm] 1000 – 1200 1200 – 1800 1800 – 3000
Shaft Speed [rpm] 100 – 514 700 – 1200 1800 – 4000
Tabel 2. Keuntungan dan kerugian mesin putaran rendah dan putaran tinggi. Tinjauan Dimensi mesin Umur pemakaian komponen Berat mesin Harga mesin Komsumsi bahan bakar Biaya operasional Biaya instalasi mesin
Putaran Rendah Besar Lama Berat Mahal Irit Murah Murah
Putaran Tinggi Kecil Cepat Ringan Murah Boros Mahal Mahal
2.5 Pemilihan Sistem Propulsi 1. Motor Penggerak Utama (main engine) Kapal tanker adalah kapal dirancang untuk mengangkut cairan dalam jumlah besar sehingga dapat menghasilkan keuntungan yang maksimal dan efesien dalam operasinya. Kapal tanker dengan ukuran besar pada umumnya menggunakan steam turbine sebagai alat penggerak utama. Sebagai salah satu contoh kapal tanker dengan ukuran besar yang menjadi referensi adalah Seawise Giant Ship dengan panjang 458,45 meter. Seawise Giant Ship menggunakan steam turbine sebagai alat penggerak utamanya. Kapal tanker yang akan menjadi kajian utama disini adalah kapal tanker yang masuk dalam kategori Ultra Large Crude Carriers dengan DWT 300.000 – 550.000. Dalam hal ini, sistem penggerak yang akan digunakan adalah “Steam Turbine”, karena untuk daya yang dihasilkan tidak berbeda dengan jenis mesin yang lain, akan tetapi “Steam Turbine” memiliki keunggulan seperti biaya perawatan yang murah dan jangka waktu penggunaan hampir mencapai 50 tahun. Sehingga dapat memaksimalkan penggunaan daya yang dapat menggerakkan kapal secara efisien dan meminimalisir berbagai kerugian-kerugian yang akan muncul selama kapal dioperasikan.
.
12
2. Pemilihan Propeller Fixed Pitch Propeller secara umum telah memenuhi „proporsi‟ yang tepat terutama jenis rancangan dan ukurannya, baik itu untuk baling-baling perahu motor yang kecil hingga untuk kapal muatan curah hingga kapal tangki yang berukuran besar. Baling-baling ini mudah dalam proses produksinya. Dikarenakan ukuran kapal yang besar dan tidak membutuhkan tingkat manouver yang tinggi. Serta karena besarnya ukuran kapal dan banyak muatannya, maka tidak dibutuhkannya propeller yang mengutamakan kecepatan.
13
BAB 3 PENUTUPAN 3.1 Kesimpulan Kapal yang baik merupakan kapal yang memenuhi criteria standar dari jenis kapal itu sendiri, terutama pada saat pemilihan sistem penggerak atau propulsi kapal yang harus memenuhi kriteria dan diharapkan dapat memenuhi kebutuhan dari jenis kapal itu sendiri. Semakin baik sistem propulsi yang digunakan dengan patokan sistem propulsi yang ekonomis, efektif dan efisien, semakin baik pula kualitas kapal tersebut. Jadi, gunakan kemampuan pemilihan sistem propulsi kapal yang baik, dengan investasi awal yang minimalis dan hasil yang maksimal, yaitu dengan patokan sistem propulsi yang ekonomis, efektif dan efisien.
3.2 Saran Dalam memilih sistem penggerak kapal, hal awal yang perlu diperhatikan adalah dengan menganalisis tujuan kapal beroperasi (tipe kapal), rute operasi kapal/radius pelayaran, payload hingga cost yang dibutuhkan. Sehingga kita dapat menentukan jenis sistem penggerak apa yang ideal digunakan.
14
Daftar Gambar Gambar 1. Fixed Pitch Propellers .............................................................................................................5 Gambar 2. Controllable Pitch Propeller ...................................................................................................6 Gambar 3. Ducted Propeller.....................................................................................................................6 Gambar 4. Contra – Rotating Propellers...................................................................................................7 Gambar 5. Overlapping Propellers ...........................................................................................................7 Gambar 6. Cycloidal Propellers ................................................................................................................7 Gambar 7. Super-conducting Electric Propulsion ....................................................................................8 Gambar 8. Azimuth Podded Propulsion System.......................................................................................9
15
Daftar Pustaka http://en.wikipedia.org/wiki/Steam_turbine 7-223-suryo-adji-BAB 1 PENGENALAN SISTEM PROPULSI Materi Teknik Permesinan Kapal 1 Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, FTK-ITS 2013 Carlton J S. Marine Propellers and Propulsion.1994.Butterworth-Heinemann:1994
16
