JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (2013) ISSN: 2301-9271 1 Perancangan Self Unloading Coal Carrier Untuk Alternatif Distribusi Batubara Dari Pulau Kalimantan ke Pulau Jawa Dedik Eri Wibowo dan Djauhar Manfaat Jurusan Teknik Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: dmanfaat@na.its.ac.id Abstrak Banyaknya permintaan akan kebutuhan listrik di Indonesia khususnya di Pulau Jawa, memaksa pihak Pembangkit Listrik untuk menyediakan daya lebih. Salah satunya adalah PLTU Paiton selaku pembangkit Listrik di Pulau Jawa. Banyaknya daya yang dibutuhkan berbanding lurus dengan penggunaan bahan bakar PLTU tersebut yaitu batubara. Distribusi batubara yang selama ini dikirim dari Pulau Kalimantan tidak selalu lancar, seringkali kapal kapal yang digunakan untuk distribusi batubara tersebut dilarang berlayar ketika cuaca sedang buruk. sehingga menyebabkan terhambatnya pasokan batubara untuk PLTU Paiton. Tugas Akhir ini bertujuan untuk merancang kapal yang efisien dan memungkinkan untuk pendistribusian batubara dari Pulau Kalimantan ke Pulau Jawa baik dalam keadaan cuaca baik maupun dalam keadaan cuaca buruk. Perancangan kapal ini diawali dengan pengumpulan data yang kemudian diolah menjadi owner requirement. Dari owner requirement kemudian dilakukan perhitungan dan optimasi dengan menentukan variable, parameter, dan constraint. Objective function dari optimisasi dengan menggunakan Solver ini adalah meminimumkan biaya pembangunan kapal (building cost). Dari optimasi tersebut didapatkan kapal yang memenuhi peraturan peraturan yang berlaku, serta parameter yang telah ditentukan. Dari hasil optimasi didapatkan kapal dengan panjang (Lpp) = 177,27 m, lebar (B) = 25,32 m, tinggi (H) = 15,28 m, sarat(t) = 11,61 m dan harga kapal sebesar $2.782.0615. Selain ukuran utama tugas akhir ini juga membahas tentang self unloading equipment dengan menggunakan dua buah grab berkapasitas 30 ton, dengan kecepatan bongkar muat mencapai 1200 ton/jam. Dari data-data tersebut kemudian dibuat rencana garis dan rencana umum. Kata Kunci Perancangan Kapal, Bulk Carrier, Batubara, Self Unloading. P I. PENDAHULUAN EMADAMAN bergilir yang dilakukan Perusahaan Listrik Negara atau PLN di hampir seluruh wilayah Jawa, Madura, dan Bali, termasuk Ibu Kota Jakarta, merupakan salah satu ciri rapuhnya ketahanan energi nasional, khususnya energi listrik. Kondisi ini sungguh merupakan sebuah ironi bagi sebuah negeri yang memiliki kekayaan sumber daya energi, bukan hanya minyak, batu bara dan gas, tetapi sumber daya energi alternatif yang terbaru seperti geotermal, angin, solar cell, ombak, dan air. Kebijakan pemadaman bergilir tersebut disebabkan oleh terhambatnya pasokan batubara dari Kalimantan ke yang digunakan sebagai pembangkit beberapa PLTU di Jawa sebagai akibat gangguan cuaca serta rusaknya beberapa turbin pembangkit. Cuaca buruk yang sering terjadi di laut jawa kala musim penghujan tersebut menyebabkan pihak administrasi pelabuhan tidak mengijinkan atau melarang kapal untuk berlayar dengan tidak menerbitkan Surat Ijin Berlayar (SIB). Larangan tersebut ditujukan untuk tow barge dan kapal berkapasitas kurang dari 3000, termasuk kapal-kapal tongkang pengangkut batubara dari pulau Kalimantan ke pulau Jawa. Agar Kebutuhan listrik tetap terpenuhi, maka distribusi batubara dari pulau Kalimantan ke pulau Jawa tidak boleh terhambat. Pada Tugas Akhir sebelumnya yang berjudul "Studi Komparasi Moda Angkutan Batubara Dengan Preferensi Khusus Cuaca Indonesia : Studi Kasus Angkutan Kalimantan - Jawa." telah dibahas bahwa salah satu sarana transportasi yang tepat untuk distribusi batubara dari pulau Kalimantan ke pulau Jawa pada kondisi cuaca buruk adalah sebuah kapal Bulk Carrier 40.000 ton [1]. Pada Tugas Akhir ini akan dikembangkan tentang perancangan kapal Bulk Carrier untuk alternatif distribusi batubara dari pulau Kalimantan ke pulau Jawa pada kondisi cuaca buruk tersebut. II. TINJAUAN PUSTAKA A. Desain Tujuan utama dari desain, selain untuk membuat informasi-informasi yang dibutuhkan dalam membangun kapal, adalah untuk memenuhi persyaratan pemilik kapal (owner requirement) dengan biaya seminimal mungkin. salah satu tugas dari desainer adalah untuk membuat pemilik kapal menyadari pemilihan desain yang bisa menigkatkan pendapatan dan efisiensi tetapi juga menimbulkan penghematan dalam biaya operasional kapal. Adapun tujuan desain yang lain adalah untuk membuat kapal yang aman, handal dan ekonomis dalam pengoperasian dan perawatan dalam batasan yang diperkenankan oleh teknologi dan anggaran pemilik kapal.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (2013) ISSN: 2301-9271 2 B. Proses Desain Pada umumnya proses desain dan pembangunan kapal mengunakan metode spiral desain, atau inovasi terhadap sebuah desain kapal yang sudah ada sebelumnya, dengan melakukan rekayasa desain untuk mendapatkan desain yang lebih optimal. Berikut adalah uraian tahapan-tahapan perancangan sebuah kapal. 1) Concept Design Konsep desain kapal merupakan tahap lanjutan setelah adanya Owner design requirement dimana konsep desain juga merupakan basic design dalam proses perancangan kapal. Konsep desain kapal adalah tugas atau misi designer untuk mendefinisikan sebuah objek untuk memenuhi persyaratan misi dan mematuhi seperangkat kendala. kapal yang akan dibuat dan mengestimasi secara akurat seluruh beaya pembuatan kapal. Tujuan utama pada kontrak desain adalah pembuatan dokumen yang secara akurat dengan mendeskripsikan kapal yang akan dibuat. Selanjutnya dokumen tersebut akan menjadi dasar dalam kontrak atau perjanjian pembangunan antara pemilik kapal dan pihak galangan kapal. 4) Detail Design Detail design adalah tahap terakhir dari proses mendesain kapal. Pada tahap ini hasil dari tahapan sebelumnya dikembangkan menjadi gambar kerja yang detail.pada tahap detail design mencakup semua rencana dan perhitungan yang diperlukan untuk proses konstruksi dan operasional kapal. Bagian terbesar dari pekerjaan ini adalah produksi gambar kerja yang diperlukan untuk penggunaan mekanik yang membangun lambung dan berbagai unit mesin bantu dan mendorong lambung, fabrikasi, dan instalasi perpipaan dan kabel. Gambar II.1 Spiral Design [2] Konsep bisa dibuat dengan menggunakan rumus pendekatan, kurva ataupun pengalaman untuk membuat perkiraan-perkiraan awal yang bertujuan untuk mendapatkan estimasi biaya konstruksi, biaya permesinan kapal dan biaya perlatan serta perlengkapan kapal. Hasil dari tahapan konsep desain ini biasanya berupa gambar atau sketsa secara umum, baik sebagian ataupun secara lengkap. 2) Preliminary Design Tahapan yang kedua dalam proses desain adalah preliminary design. Preliminary design adalah usaha teknis lebih lanjut yang akan memberikan lebih banyak detail pada konsep desain. Dalam hubungannya dengan desain spiral, preliminary design ini merupakan iterasi kedua atau bisa dikatakan lintasan kedua pada desain spiral. Adapun yang dimaksud detail meliputi fitur-fitur yang memberikan dampak signifikan pada kapal, termasuk juga pendekatan awal biaya yang akan dibutuhkan. Contoh dari penambahan detail adalah perhitungan kekuatan memanjang ksapal, pengembangan bagian midship kapal, perhitungan yang lebih akurat mengenai berat dan titik berat kapal, sarat, stabilitas, dan lain-lain. 3) Contract Design Pada tahap contract design merupakan tahap lanjutan setelah preliminary design. Pada tahapan ini merupakan tahap pengembangan perancangan kapal dalam bentuk yang lebih mendetail yang memungkinkan pembangun kapal memahami C. Bulk Carrier Bulk carrier atau kapal muatan curah merupakan salah satu jenis kapal yang mempunyai ciri khusus dan perbedaan apabila dibandingkan dengan kapal jenis lainnyal ciri khusus yang dimiliki kapal ini sangat terpengaruh dengan jenis muatannya yaitu muatan curah misalnya : biji tanaman, gandum, padi, biji tambang seperti biji besi, batubara dan lainlain. Tiap jenis muatan curah yang diangkut mempunyai karakteristik berbeda, oleh karenanya jenis muatan sangat berpengaruh terhadap sistem perlengkapan dan juga konstruksi kapal. Muatan curah itu sendiri mempunyai kecenderungan yang sama tiap jenisnya yaitu muatan kecenderungan akan memadat selama kapal berlayar, dan juga akan terjadi pergeseran muatan kesamping pada permukaan atas muatan akibat pengaruh olengnya kapal. Terjadinya pergeseran muatan ini akan mempengaruhi stabilitas kapal. sudut pemuatan kritis adalah 35 o [3], apabila sudut muatan lebih besar dari sudut kritis maka muatan akan mengalami pergeseran, karena itu permukaa muatan harus diratakan. Oleh karenanya konstruksi kapal muatan curah ini direncanakan agar muatan tidak mudah mengalami pergeseran permukaan. salah satu cara yang mungkin dilakukan adalah dengan memberi sisi miring pada bagian atas ruang muat ( upper wing tank). Penggunaan cara ini memungkinkan pergeseran muatan yang teradi tidak terlalu besar karena permukaan muatan lebih kecil yang secara langsung dapat mempengaruhi stabilitas kapal. III. METODOLOGI PENELITIAN Dalam mengerjakan Jurnal Ilmiah ini tentunya diperlukan metode-metode pengerjaan dan analisis perhitungan yang baik. Dalam bab Metodologi Penelitian ini akan dibahas langkah-langkah analisis perhitungan, metode yang digunakan, dan model penelitian yang dipakai. Dalam Jurnal Ilmiah ini penulis melakukan perancangan self unloading coal carrier. Perancangan kapal ini diawali dengan
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (2013) ISSN: 2301-9271 3 pungumpulan data yang kemudian diolah menjadi owner requirement dan juga data kapal pembanding sebagai acuan perhitungan awal. Perhitungan yang dilakukan antara lain adalah hambatan, power, berat kapal, trim, freeboard, dan stabilitas. Setelah dilakukan perhitungan tersebut kemudian dilakukan optimasi untuk mendapatkan ukuran utama yang optimum yang memenuhi batasan-batasan yang ditentukan dengan harga yang seminimum mungkin. Setelah didapatkan ukuran utama, kemudian dilakukan perencanaan self unloading equipment, pembuatan rencana garis dan pembuatan rencana umum. IV. ANALISIS HASIL DAN PEMBAHASAN A. Perencanaan Ukuran Utama Kapal Design requirement dalam Jurnal Ilmiah ini adalah kapal bulk carrier dengan muatan batubara dengan jumlah muatan sebesar 40.00 ton. Dari design requirement tersebut kemudian dicari data kapal pembanding yang mendekati kriteria tersebut. Dari pungolahan data kapal pembanding didapatkan ukuran utama awal yaitu : L = 177,18 m B = 30,28 m H = 16,61 m T = 10,85 m Dari ukuran utama yang didapatkan kemudian dilakukan perhitungan teknis dan model optimasi untuk mendapatkan ukuran utama yang optimum. Model optimasi dibuat berdasarkan parameter, variable, serta constraint yang sudah ditentukan. Model optimasi dibuat dengan bantuan addin Solver pada software Microsoft Excel 2007. Hasil optimasi berupa ukuran utama kapal optimal yang memenuhi semua constraint (batasan) mulai dari batasan ukuran utama kapal, batasan perbandingan ukuran utama, batasan stabilitas, hukum Archimedes, trim, serta freeboard. Dan harga yang minimum. Hasil optimasi menggunakan Solver adalah sebagai berikut: Tabel IV.1 Ukuran Utama Optimum Value Unit L 181,20 m B 24,80 m T 12,00 m H 15,46 m Vs 10,20 knot B. Perhitungan Teknis 1) Perhitungan Hambatan Perhitungan hambatan kapal dilakukan dengan menggunakan metode Holtrop & Mennen, dengan pembagian komponen hambatan total menjadi beberapa komponen, yaitu hambatan gesek dan hambatan gelombang (wave making resistance). R R T = ½.. V 2. S tot. ( C F ( 1 + k ) + C A ) + W W [4] W Dengan rumus di atas, maka didapatkan harga hambatan total kapa sebagai berikut : R T = 285640,22 N = 285,64 KN 2) Perhitungan Power dan Pemilihan Mesin Induk Setelah nilai hambatan total (R T ) diketahui langkah selanjutnya adalah melakukan perhitungan power yang dibutuhkan untuk penggerak kapal.dari perhitungan power didapatkan nilai EHP = 20258 hp, DHP = 3535 hp, dan BHP = 4527 hp. Dari nilai BHP tersbut kemudian dipilih mesin induk yang digunakan. 3) Perhitungan Berat Berat kapal terdiri dari dua komponen, yaitu komponen DWT (dead weight tonnage) dan komponen LWT (light weight tonnage). Komponen berat kapal bagian DWT dalam Jurnal Ilmiah ini terdiri dari berat crew kapal dan barang bawaannya, consumable dan berat muatan. Dari perhitungan dapat diketahui bahwa berat kapal bagian DWT self unloading coal carrier ini adalah 40.105,4 ton. Berat kapal bagian LWT merupakan berat kapal kosong dan terdiri dari berat baja kapal, berat konstruksi lambung kapal, berat permesinan, dan perlatan yang digunakan. Dari perhitungan komponen berat kapal bagian LWT di atas, didapatkan berat LWT total adalah 6932,92 ton. Maka total berat kapal adalah 47038 ton. 4) Freeboard Freeboard adalah selisih antara tinggi kapal dengan sarat kapal, dimana untuk tinggi kapal mencakup tebal kulit dan lapisan kayu (jika ada) sedangkan sarat T diukur pada sarat musim panas. Dengan batasan bawa Fba Fb [5], maka hasil perhitungan yang didapat dan telah memenuhi syarat tersaji pada tabel dibawah ini. Tabel IV.2 Hasil Perhitungan Freeboard Fb [ mm ] 2520,00 Fb' [ m ] 3,38 Fba [ m ] 3,67 5) Perhitungan Trim Perhitungan trim dilakukan berdasarkan selisih harga mutlak antara LCB dan LCG, dengan batasan 0,1% x Lwl [6]. Dari perhitungan didapatkan nilai trim adalah 0,41 m sedangkan batasan trim maksimal adalah 0,886 m. Trim dari perhitungan tidak melebihi syarat maksimal, maka trim memenuhi. 6) Perhitungan Stabilitas Stabilitas merupakan kemampuan kapal untuk kembali ke posisi/kedudukan setimbang dalam kondisi air tenang ketika kapal mengalami gangguan dikarenakan adanya gaya tertentu.perhitungan untuk mencari besarnya lengan stabilitas kapal dari ukuran utama kapal dan koefisien-koefisiennya
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (2013) ISSN: 2301-9271 4 dengan metode Barnhart dan Thewlis. Untuk keperluan perhitungan stabilitas statis dan dinamis dengan metode tersebut, maka data awal tentang ukuran-ukuran diperlukan. Tabel IV.3 Hasil Perhitungan Stabilitas Kriteria Value Status e 0.30 o 0.055 0,6734 Accepted e 0.40 o 0.09 0,8341 Accepted e 30,40 o 0.03 0,1606 Accepted h 30 o 0.2 4,440 Accepted max 25 o 40,75 Accepted GM 0 0.15 30,43 Accepted Status 9,27 OK V. PERENCANAAN SELF UNLOADING EQUIPMENT Sistem bongkar muat merupakan hal yang sangat penting dalam sebuah kapal. Sistem bongkar muat menentukan berapa lama kapal tersebut bersandar di pelabuhan. semakin lama kapal bersandar dipelabuhan, semakin mahal pula biaya operasional kapal dan frekuensi penggunaannya juga semakin menurun. Untuk itu sistem bongkar muat harus direncanakan sebaik mungkin untuk mendapatkan nila ekonomis yang maksimum. A. Pertimbangan Menggunakan Self Unloading system Pada umumnya pelabuhan-pelabuhan besar menyediakan alat bongkar muat untuk kapal-kapal yang tidak mempunyai alat bongkar muat, Begitu juga di pelabuhan Taboneo. Namun untuk mengantisipasi terjadinya antrian alat bongkar muat yag menyebabkan kapal lebih lama bersandar dan mengurangi nilai ekonomis, maka kapal yang didesain pada Tugas Akhir ini direncanakan menggunakan alat bongkar muat pribadi. Alasan lain yang mendukung peggunaan alat bongkar muat pada kapal ini adalah, pengurangan biaya operasional yang digunakan untuk menyewa crane. Terlebih lagi kapal ini nantinya mempunyai frekuensi pelayaran yang tinggi mengingat permintaan batubara yang terus meningkat. B. Pemilihan Alat Bongkar Muat Alat bongkar muat yang digunakan pada kapal ini adalah dua buah grab yang diletakkan di atas geladak diantara ruang muat. Masing-masing grab berkapasitas 30 ton. Gambar V.1 Grab [7] Specification C. Waktu Bongkar Muat Tabel V.1 Spesifikasi Grab Hoisting capacity, SWL grab Hoisting capacity, SWL general grab Hoisting speed (full Load grab) Lowering speed (full load grab) Hoisting speed (empty grab) Lowering speed (empty grab) Hoisting speed (general cargo) Lowering speed (general cargo) Luffing time Slewing speed Jib radius (min) jib radius (max) Electric motor continuous Starting current Main power supply Weight total Kecepatan Angkat (Dengan muatan) = 50 m/min Kecepatan menurunkan (dengan muatan) = 55 m/min Kecepatan Angkat dan menurunkan (tanpa muatan) = 75 m/min Kecepatan Putar = 1,2 r/min K 3030-4 'Heavy Duty' 30 t 32.5 t 50 m/min 55 m/min 75 m/min 75 m/min 30 m/min 30 m/min 75 sec 1.2 r/min 6 m 30 m 345 Kw 1280 A 440 V, 60 Hz 76 t Waktu yang dibutuhkan crane dalam memindahkan muatan di uraikan dengan penjumlahan dari : 1. waktu untuk mengambil muatan. 2. waktu menarik grab berisi muatan ke atas geladak. 3. waktu memutar crane dari kapal ke dermaga. 4. waktu menurunkan grab berisi muatan ke dermaga. 5. waktu mengangkat grab dalam keadaan kosong. 6. waktu memutar crane dari dermaga ke atas kapal.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (2013) ISSN: 2301-9271 5 Dari uraian tersebut didapatkan waktu yang dibutuhkan crane untuk satu kali memindahkan muatan sebesar 2,979 menit. Kecepatan bongkar muat = 2*30 ton /2,979 menit = 1208,189 ton/jam Waktu bongkar muat = jumlah muatan / kecepatan bongkar muat = 40.000/1208,189 = 33,1 jam 6. Parson, Michael G. Parametric Design. University of Michigan : Departement of Naval Architecture and Marine Engineering., 2001. 7. http://www.cargotec.com. [Online] [Cited: Juni 12, 2013.] http://www.cargotec.com/englobal/macgregor/products/cranes/cranes-for-various-typesof-vessels/cranes-for-bulk-carriers/pages/default.aspx. VI. KESIMPULAN Dari analisis, perhitungan teknis, dan perhitungan self unloading equipment, yang telah dilakukan pada tahapan sebelumnya maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Didapatkan ukuran utama optimal kapal, yaitu : L = 177,25 m B = 25,32 m T = 11,61 m H = 15,28m. Dengan harga pembangunan kapal sebesar $27.264.202,93 2. Didapatkan Self unloading equipment berupa dua buah grab dengan kecepatan bongkar muat sebesar 1200ton/jam dengan lama bongkar muat 33,1 jam. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Allah SWT yang telah memberikan kesehatan, ilmu, serta inspirasi bagi penulis. Juga kepada kedua orang tua yang selalu memberikan doa, semangat serta motivasi tanpa henti, Bapak Prof. Ir. Djauhar Manfaat. M.Sc., Ph.D. selaku dosen pembimbing yang dengan sabar memberikan arahan dan nasehat selama penyelesaian Jurnal Ilmiah ini, serta pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, atas segala bantuan dan doa dalam menyelesaikan Jurnal Ilmiah ini. DAFTAR PUSTAKA 1. Murtono, Amir. Studi komparasi moda angkutan batubara dengan preferensi khusus cuaca Indonesia : Studi kasus angkutan Kalimantan - Jawa. Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember - Surabaya, 2009. 2. Evans, J. H., Basic Design Concepts, Naval Engineers Journal, Vol. 71, Nov. 1959 3. IMO. International Maritime Solid Bulk Cargoes. London : IMO, 2004. 4. Lewis, Edward V. Principles of Naval Architecture Second Revision. Resistance, Propulsion and Vibration. Jersey City : The Society of Naval Architects & Marine Engineers., 1980. 5. IMO. Load Lines. London : IMO, 2005.