1. Judul Field Project : Analisa Kapasitas Diesel Engine- Marine Gen Set Berdasarkan Variasi Beban Generator Pada Kapal SPAB 2. Bidang Field Project : Bidang Analisa 3. Bidang Keahlian : Teknik Permesinan Kapal 4. Pengusul a. Nama Lengkap : Nurazah Imaniar b. NRP : 6309030026 c. Program Studi : Teknik Permesinan Kapal d. Jurusan : Teknik Permesinan Kapal e. Politeknik : Perkapalan Negeri Surabaya f. Alamat Rumah dan No. Telepon/HP : Ds. Badal Pandean, RT/RW:03/02, Ngadiluwih,Kediri 085235425600 g. Alamat Email : aza_25@ymail.com 5. Usulan Dosen Pembimbing a. Nama Lengkap dan Gelar : Ir. Ratna Budiawati, MA. b. NIP : 196104031989102001 c. Alamat Rumah dan No. Telepon/HP : Tenggilis Lama 4C/2, 0811209660 d. Jangka Waktu Pelaksanaan : 3 Bulan
Menyetujui, Pengusul Surabaya, 31 Maret 2012 Dosen Pembimbing (Nurazah Imaniar) NRP. 6309030026 (Ir. Ratna Budiawati, MA.) NIP. 196104031989102001 Koordinator Field Project Ketua Jurusan (Ir. Emie Santoso, MT.) NIP. 196611101994032003 (Subagio So im, ST., MT.) NIP. 96002271988031001
A. JUDUL Analisa Kapasitas Diesel Engine-Marine Gen Set Berdasarkan Variasi Beban Generator Pada Kapal SPAB B. ABSTRAK Kapal SPAB merupakan kapal yang dirancang dan dibangun khusus untuk keperluan tempat tinggal bagi pekerja di pertambangan lepas pantai (offshore). Kapal akomodasi ini memfasilitasi kebutuhan air tawar, bahan makanan dan sumber listrik. Kapal ini memiliki tiga buah generator set untuk memenuhi kebutuhan daya listrik sektor penerangan, HVAC, dan penggerak. Project work ini bertujuan untuk mengidentifikasi kesesuain kapasitas diesel marine-generator set terhadap konsumsi bahan bakar sesuai variasi beban kontinyu dan intermitten. Dengan optimalisasi konsumsi bahan bakar diesel marine-generator set akan diketahui biaya operasional yang dikeluarkan untuk produk energi generator tersebut baik saat kondisi kapal beroperasi, berlayar, maupun bersandar. Genset operasional pada kapal SPAB terdiri dari 2 unit diesel engine-marine genset berkapasitas 2 x 92.5kW dan menghasilkan output daya elektrik sebesar 2 x 83.5kWe. C. LATAR BELAKANG MASALAH Kapal (UU RI No 21 th 1992) adalah kendaraan air dengan bentuk dan jenis apapun, yang digerakkan dengan tenaga mekanik, tenaga angin atau ditunda, termasuk kendaraan yang berdaya dukung dinamis, kendaraan dibawah permukaan air, serta alat apung dan bangunan terapung yang tidak berpindahpindah. Kapal SPAB (Sel Propelled Accomodation Barge) atau yang biasa disebut kapal akomodasi merupakan bangunan apung yang dimanfaatkan sebagai tempat tinggal pekerja laut khususnya bidang offshore. Kapal SPAB yang dibangun di galangan milik PT. Bossegoro (PT. Dewaruci Agung) ini harus mampu memfasilitasi kebutuhan sehari hari penghuninya seperti keperluan memasak, mandi dan cuci, serta repair.
Kapal SPAB ini dilengkapi dengan utilitas listrik yang bersumber dari genset. Kapal SPAB ini memiliki tiga unit genset, dua unit genset operasional dan satu genset standby sebagai emergency generator set. Genset ini memenuhi kebutuhan listrik dari sektor penerangan,, HVAC (heating, ventilation, air conditioning), dan penggerak. Genset pada kapal ini menggunanakan prime mover berupa diesel engine marine genset 4 tak yang dilengkapi dengan governor untuk mengatur putaran diesel. Putaran yang dihasilkan oleh diesel kemudian ditransmisikan ke generator menggunakan sistem transmisi coupling. Sesuai perhitungan load balance, genset operasional pada kapal SPAB terdiri dari 2 unit diesel engine-marine genset berkapasitas 2 x 92.5kW dan menghasilkan output daya elektrik sebesar 2 x 83.5kWe. Genset ini mampu mengatasi variasi beban kontinyu dan intermiten yang ditimbulkan oleh peralatan-peralatan penerangan, HVAC, dan penggerak. Operasional diesel engine-marine genset pada kondisi variasi beban tersebut mempengaruhi konsumsi bahan bakar dan biaya produk yang dikeluarkan untuk memenuhi kebutuhan listrik kapal SPAB ini. D. RUMUSAN MASALAH Masalah yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah: 1. Kesesuain kapasitas diesel engine marine genset berdasarkan operasional generator untuk beberapa variasi beban; 2. Operasional diesel engine-marine genset yang optimal berdasarkan konsumsi bahan bakar pada kondisi beban generator kontinyu dan intermitten; 3. Biaya bahan bakar untuk menghasikan energi listrik sesuai operasional beban pada variasi tersebut (rupiah/kwh). E. TUJUAN PENELITIAN 1. Mengidentifikasi dan menganalisa kapasitas diesel engine marine genset berdasarkan operasional generator untuk beberapa variasi beban;
2. Mengidentifikasi dan menganalisa operasional diesel engine-marine genset yang optimal berdasarkan konsumsi bahan bakar pada kondisi beban generator kontinyu dan intermitten; 3. Menghitung dan menganalisa biaya bahan bakar untuk menghasikan energi listrik sesuai operasional beban pada variasi tersebut (rupiah/kwh). F. MANFAAT PENELITIAN Penelitiaan ini bermanfaat untuk: 1. PT. Bossegoro mendapatkan umpan balik berkaitan dengan kesesuain kapasitas genset terhadap kebutuhan (demand) serta biaya energi yang diekeluarkan; 2. PPNS sebagai almamater memperoleh bahan rujukan dalam pengembangan materi ajar, masukan untuk program riset dosen dan mahasiswa, serta referensi di perpustakaan; 3. Mahasiswa (pelaksana riset) sebagai simpul promosi kompetensi teknologi genset yang dapat diterapkan di dunia kerja. G. TINJAUAN PUSTAKA 1. Kapal Akomodasi Kapal akomodasi merupakan kapal yang dirancang khusus untuk keperluan tempat tinggal para pekerja laut (offshore). Kapal SPAB ini mampu menyediakan fasilitas fasilitas layaknya kapal yang diaplikasikan untuk berlayar, yaitu memenuhi kebutuhan air tawar; memasak, mencuci, dan sanitary serta pemenuhan kebutuhan bahan makanan untuk para pekerja. Kapal ini juga memenuhi kebutuhan repair dengan menyediakan peralatan bengkel seperti mesin bubut dan mesin drilling. Kapal SPAB ini dilengkapi dengan utilitas listrik yang bersumber dari genset, sehingga mampu mensuplai kebutuhan daya listrik untuk penerangan, HVAC, dan penggerak.
Gambar 1. Kapal Akomodasi 2. Generator Set Generator set (genset) merupakan suatu sistem yang berfungsi mensuplai kebutuhan daya yang tidak disuplai oleh mesin induk (main engine). Genset pada kapal disebut mesin bantu (auxiliary engine) yang berfungsi menyuplai kebutuhan listrik di kapal. Genset terdiri dari prime mover (penggerak) yang menghasilkan daya mekanik berupa putaran dan generator yang menghasilkan output elektrik. 2.1. Prime Mover Prime mover atau penggerak mula pada sistem generator set yang ada di kapal SPAB ini merupakan diesel engine marine genset 4 tak yang memiliki 6 buah silinder tipe vertical-in line. Diesel engine adalah jenis mesin pembakaran dalam (internal combustion engine), yaitu energi kimia hasil pembakaran dilepaskan di dalam silinder mesin. Karakteristik dari mesin diesel yaitu memiliki efisiensi panas yang lebih tinggi dari pada mesin bensin. Langkah kerja mesin diesel 4 tak sebagai berikut: 1. Langkah Hisap (Admision) Piston bergerak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB), kemudian katup hisap terbuka dan katup buang tertutup. Udara murni terhisap masuk ke dalam selinder diakibatkan
kevakuman ruang selinder akibat semakin memperbesar volume karena gerakan torak dari TMA ke TMB. 2. Langkah Kompresi (Compression) Piston bergerak dari TMB ke TMA dengan keadaan katup hisap dan buang tertutup. Udara murni yang terhisap ke dalam selinder saat langkah hisap, dikompresi hingga tekanan dan suhunya naik mencapai 35 atm dengan temperatur 500 800 0 C. 3. Langkah Usaha (Expantion) Pada akhir langkah kompresi (beberapa derajat sebelum piston mencapai TMA), injector (penyemprot bahan bakar) menginjeksikan bahan bakar ke ruang bakar dengan tekanan tinggi (150-300 atm). Bahan bakar akan membentuk partikel-partikel kecil (kabut) yang akan menguap dan terbakar dengan cepat karena temperatur ruang bakar yang tinggi (500-800 0 C). Proses pembakaran ini akan menghasilkan tekanan balik kepada piston sehingga akan terodorong ke TMB beberapa saat setelah mencapai TMA. Gaya akibat tekanan pembakaran yang mendorong piston ke bawah diteruskan oleh batang piston (conecting rod) untuk memutar poros engkol (crank shaft). 4. Langkah Pembuangan (Exhaust) Piston bergerak dari TMB ke TMA dengan keadaan katup hisap masuk tertutup dan katup buang terbuka. Gas sisa pembakaran terdorong keluar oleh gerakan piston tersebut. Setelah langkah ini berakhir, langkah kerja motor diesel 4 langkah (4 tak) akan kembali lagi ke langkah hisap. Proses yang berulang-ulang tersebut disebut dengan siklus motor diesel. 2.2. Generator Generator yang dipasang di kapal SPAB ini merupakan generator sinkron (alternator) yang berfungsi mengkonversi energi
mekanik ke energi listrik. Generator ini menghasilkan tegangan bolakbalik dengan cara mengubah energi mekanis yang diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh penggerak mula (prime mover) menjadi energi listrik yang diperoleh dari proses induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya. Generator dapat membangkitkan listrik karena: - Adanya medan magnet: induksi magnetic di sekitar penghantar; - Adanya penghantar (konduktor): media induksi untuk menjadi beda potensial; - Relative motion: putaran yang terus menerus yang menyebabkan penghantar memotong fluks fluks magnetik. 2.2.1. Komponen Dasar Generator 1. Armature atau Main Stator Armature adalah bagian dari generator yang selalu diam (tidak bergerak) sebagai tempat untuk menerima induksi magnet. Arus AC yang menuju ke beban disalurkan melalui armature, komponen ini berbentuk sebuah rangka silinder dengan lilitan kawat konduktor yang sangat banyak. Komponen utama stator adalah: a. Rangka Stator Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar generator. b. Inti Stator Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus yang terpasang ke rangka stator c. Alur (slot) dan Gigi Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator. d. Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)
Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga. Kumparan ini merupakan tempat timbulnya ggl induksinya. 2. Magnetic Field atau Rotor Magnetic field berfungsi untuk menginduksikan tegangan ke dalam stator, maka medan magnet harus berputar terhadap main stator. Magnetic field ini terdiri dari sebuah inti besi yang dililit kawat yang sangat banyak. Ketika arus dialirkan ke field winding, maka akan membentuk kutub magnet pada field core yang disebut eksitasi. Komponen utama rotor adalah: a. Slip Ring Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan oleh isolasi tertentu. Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya menempel pada slip ring. b. Kumparan Rotor (Kumparan Medan) Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam menghasilkan medan magnet. Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber eksitasi tertentu. c. Poros Rotor Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan, dimana pada poros rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor.
Gambar 2. Generator Set Kapal SPAB 3. Sistem Transmisi Mekanik Sistem transmisi mekanik merupakan teknologi penghantar energi mekanik (putaran) dari penggerak mula ke poros generator. Sistem transmisi mekanik pada generator set kapal SPAB ini menggunakan sistem transmisi langsung; daya poros mesin diesel langsung dihubungkan dengan poros generator dengan bantuan rigid coupling. Dengan memanfaatkan rigid coupling, maka putaran poros generator akan sama dengan kecepatan putar poros mesin disel, keuntungan lain dari sistem transmisi ini adalah mudah dirawat dan efisiensinya lebih tinggi. 4. Beban Generator Secara umum beban yang dilayani oleh sistem distribusi elektrik dibagi dalam beberapa sektor yaitu sektor perumahan, sektor industri, sektor komersial, sektor usaha dan sektor perkapalan. Masing-masing sektor beban tersebut mempunyai karakteristik-karakteristik yang berbeda, sebab hal ini berkaitan dengan pola konsumsi energi pada masing-masing konsumen di sektor tersebut. Pada sektor perkapalan terutama untuk kapal SPAB ini, karakteristirk beban identik dengan karakteristik beban sektor perumahan, karena kapal SPAB merupakan kapal khusus untuk tempat tinggal para pekerja offshore; karaktiristik beban menunjukkan adanya fluktuasi konsumsi
energi ekektrik yang cukup besar karena konsumsi energi elektrik dominan pada malam hari. 4.1. Karakteristik Beban Listrik Karakteristik beban diperlukan agar sistem tegangan dan pengaruh thermis dari pembebanan dapat dianalisis dengan baik. Analisis tersebut termasuk dalam menentukan keadaan awal yang akan di proyeksikan dalam perencanaan selanjutnya. Karakteristik beban listrik sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor di antaranya: a. Faktor Beban (Load Factor) Faktor beban adalah perbandingan antara beban rata rata terhadap beban puncak yang diukur dalam suatu periode tertentu. Beban rata rata dan beban puncak dapat dinyatakan dalam kilowatt, kilovolt amper, amper dan sebagainya, tetapi satuan dari keduanya harus sama. Faktor beban dapat dihitung untuk periode tertentu biasanya dipakai harian, bulanan atau tahunan. Beban puncak yang dimaksud disini adalah beban puncak sesaat atau beban puncak rata-rata dalam interval tertentu (demand maksimum), pada umumnya dipakai demand maksimum 15 menit atau 30 menit. Definisi dari faktor beban ini dapat dituliskan dalam persamaan berikut ini: Faktor Beban (Fb) = Beban rata-rata dalam Periode Tertentu Beban Puncak dalam Periode Tertentu b. Faktor Kesamarataan (Diversity Factor) Peralatan listrik di atas kapal memiliki karakter pembebanan yang spesifik dimana peralatan bekerja tisak pada waktu pemakaian yang teratur dan secara bersamaan. Adapun jenis pembebanan dalam operasional peralatan listrik di atas kapal dibagi menjadi 2, yaitu: 1. Beban Kontinyu (Continous Load)
Beban kontinyu mencakup peralatan yang dalam operasionalnya bekerja secara terus-menerus pada kondisi operasional kapal, berlayar dan bersandar. 2. Beban Terputus-putus (Intermitten Load) Beban intermitten mencakup peralatan yang dalam operasionalnya tidak bekerja secara kontinyu pada kondisi operasional kapal, berlayar dan bersandar. 5. Biaya Energi Biaya energi didefinisikan sebagai biaya yang harus dikeluarkan untuk operasional genset selama kapal berlayar ataupun bersandar. Biaya energi berdasarkan operasional genset mengacu pada konsumsi bahan bakar diesel sebagai penggerak mula generator yang menyuplai kebutuhan listrik di kapal. Harga bahan bakar diesel (solar) non subsidi yaitu Rp.10.000,00/liter.
H. METODOLOGI PENELITIAN 1. Bentuk Penelitian Start Pelaksanaan OJT Studi Literatur Observasi Pengambilan Data Pengamatan Kondisi Beban Rencana Terpasang Kapasitas Generator Sesuai Beban Rencana Terpasang Analisa Data/Pembahasan Kesimpulan dan Saran Pembuatan Laporan Selesai Gambar 3. Flowchart Penelitian
2. Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan selama pelaksanaan on the job training mulai dari tanggal 8 Maret 2012 8 Juni 2012. 3. Tempat Penelitian Tempat penelitian untuk mengambil data adalah kapal SPAB milik PT. Bossegoro di galangan PT. Dewaruci Agung. 4. Tahap Penelitian Tahap - tahap penelitian adalah sebagai berikut 1. Studi Literatur Penulisan project work ini dibuat berdasarkan literatur terhadap topik pembahasan yang diangkat sebagai objek, topik dan fokus, baik itu bersumber dari buku teks, jurnal dan lainnya. Hal ini dilakukan untuk memperoleh data yang mendukung dalam mengetahui kapasitas generator berdasarkan variasi beban kontinyu dan intermiten yang ada di kapal SPAB sekaligus perhitungan konsumsi bahan bakar dan biaya yang dikeluarkan untuk pemenuhan kebutuhan listrik kapal SPAB. 2. Observasi Tahap observasi bertujuan untuk mengetahui semua data spesifikasi teknis kapal SPAB seperti principal dimension, generator set dan peralatan peralatan yang ada di hull part, machinery part dan electrical part. Observasi dilakukan dengan mencermati objek dan wawancara di lapangan. 3. Pengambilan Data Pengambilan data dilakukan dengan meminta data kapal dan perlengkapannya yang sudah di approve oleh kelas RINA. Data-data tersebut kemudian dikompilasi sesuai keperluan pengerjaan project work
meliputi kapasitas generator, efisiensi diesel, konsumsi bahan bakar dan biaya energi untuk memenuhi kebutuhan listrik kapal SPA. 4. Analisa Permasalahan Hasil dari pengambilan data dianalisa untuk mengetahui parameter sebagai hubungan sebab dan akibat. 5. Kesimpulan Tahap kesimpulan menjelaskan tentang hasil dari analisa permasalahan. Selain itu juga menjelaskan analisa yang dapat dilakukan untuk penelitian selanjutnya. I. JADWAL KEGIATAN Tabel 1. Jadwal Kegiatan Penelitian No. Kegiatan 1 Pengajuan Proposal PW 2 Studi Literatur 3 Observasi 4 Pendataan 5 Analisa Permasalahan 6 Penyusunan Laporan Bulan Maret April Mei Juni J. DAFTAR PUSTAKA 1. Edi HS, 2011. Kapasitas Generator (PDF), diambil dari http://eprints.undip.ac.id, Semarang. Diakses tanggal 30 Maret 2012 2. Joessianto Eko P, 2009. Modul Praktikum Mesin Listrik 1, Surabaya. PPNS 3. Kuwana Sunaryo, 2011. Motor Diesel 1, diambil dari www.google.com/motordiesel.pdf. diakses tanggal 26 Oktober 2011