DESIGN CONCEPT METHODOLOGY DEVELOPMENT FOR LPG CARRIER/AMMONIA TANKER UP TO 6.000 m3 1
2
Hendriyadi , Wasis Dwi Aryawan , Hesty Anita Kurniawati
2
1
Student of Naval Architecture and Shipbuilding Engineering Department Lecturer of Naval Architecture and Shipbuilding Engineering Department Faculty of Marine Technology, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya - 60111
2
ABSTRACT Recently, Liquefied Petroleum Gas (LPG) plays an important role to fulfill domestic energy needs. In order to comply it, Small LPG Carrier that can sail on shallow water is needed for supplying LPG to entire region in Indonesia. In the last 5 years, the methodology to design Small LPG Carriers for shallow water had been conducted in Computer Aided Ship Design Laboratory ITS. It has been identified that the methodology has some disadvantages such as Cargo Tank determination and weight estimation. Therefore, this Final Project develops the methodology to determine Principal Dimension using parent ship. The mathematical model has been purposed and coded into spread sheet. The main outputs of this Final Project are the Principal Dimensions, Lines Plan, and General Arrangement which have to fulfill the requirements both of statutory regulations and class rules. The case study has been carried out on LPG Carrier 5,000 m 3 and has resulted in Principal Dimensions with include LPP = 89.653 m, B = 20 m, H = 7.86 m, T = 6.157 m. Keywords: LPG Carrier, Parent Ship, Cargo Tank, Weight Estimation
1. PENDAHULUAN Konversi minyak tanah menjadi LPG perlu dipertahanan demi kelangsungan ketahanan energi di Indonesia karena lebih menguntungkan dari segi ekonomis dan lingkungan. Namun, masih banyak wilayah di Indonesia yang belum dapat merasakan manfaat penggunaan LPG. Oleh sebab itu, diperlukan alat transportasi guna mendukung distribusi LPG, termasuk distribusi melalui jalur laut yang menggunakan kapal dan mampu menjangkau daerah perairan dangkal (shallow water). Kapal yang dimaksud adalah LPG Carrier. Pada dasarnya, LPG Carrier dan Ammonia Tanker memiliki karakteristik yang sama kecuali desain 3 massa jenisnya. Ammonia Tanker dengan massa jenis sebesar 0,62 ton/m bisa mengangkut semua jenis LPG pada kondisi Standard Suhu and Pressure (STP). Pendistribusian LPG dan Ammonia menggunakan LPG Carrier/Ammonia Tanker dengan mengubah zat dari gas ke cair selama proses pendistribusian baik dengan menaikkan tekanan atau munurunkan suhunya. Tugas Akhir, yang dirangkum dalam makalah ini, merupakan pengembangan dari Tugas Akhir sebelumnya yaitu Pengembangan Metodologi Pra-Perencanaan dan Konsep Awal LPG Carrier yang telah disusun oleh Kharisma Lazuardi (2009) dan Sukma Maharani (2010). Pengembangan tersebut meliputi metodologi menentukan ukuran utama dan perhitungan berat. 2. TINJAUAN PUSTAKA a. Jenis Kapal Pengangkut Gas Berikut ini jenis Kapal Pengangkut Gas dan penjelasannya. 1) Fully Pressurized (FP) 2 Dapat mengangkut muatan yang memiliki tekanan 17,5 kg/cm . Keuntungannya yaitu dapat dibangun dengan baja grade biasa, tidak memerlukan insulasi dan reliquefaction plant. Sedangkan, kerugiannya penggunaan space di bawah geladak tidak dapat dioptimalkan, pressure yang tinggi mengakibatkan adanya pertimbangan ketebalan dinding tangki, akibatnya biaya dan berat displasemen meningkat. 2) Semi-pressurized (SP/SR dan SP/FR) 2 Konstruksinya berlandaskan dalam membawa propana pada tekanan 8,5 kg/cm pada suhu 0 10 C. Kapal ini dapat didesain untuk membawa muatan penuh dalam tangki cylindrical dan 0 2 spherical dengan suhu minimum 48 C dan tekanan sekitar 5 – 8 kg/cm . Keuntungan dari semi–pressurized diantaranya muatan yang diangkut lebih banyak pada tangki berukuran sama, mudah dan murah untuk dibangun. 3) Ethylene and Gas/Chemical Carrier Memiliki kemampuan mengangkut sebagian besar muatan gas yang dicairkan dan ethylene fully refrigerated.
4) Fully Refrigerated (FR) Keuntungannya jumlah muatan yang diangkut lebih besar. Tangki didesain bertekanan 0.28 2 0 kg/cm pada suhu 50 C membuatnya applicable untuk butana, butadiana, VCM, amonia, propana, dan propilena. 5) Liquefied Natural Gas (LNG) Carrier 0 LNG Carrier kapal pengangkut LNG pada boil point -162 C. LNG Carrier juga mampu mengangkut muatan LPG, sistem pencairan diinstal untuk meng-handle penguapan muatan LPG yang mendidih. LNG dicairkan oleh Liquefaction Plant di Terminal LNG. b. Jenis Cargo Tank IGC Code memberikan klasifikasi dari tangki untuk mengangkut gas cair, antara lain : 1) Integral Tank Terbentuk sepanjang lambung dalam, sekat, dan geladak yang terintegrasi dengan hull. 2) Membrane Tank Tangki non-self-supporting berupa lembaran tipis yang didukung penyekatan. Membran dirancang agar termal dan kontraksi dikompensasikan tanpa berlebihan menekan membran. 3) Semi-membrane Tank Pembatas utama lebih tebal dan memiliki sisi datar sertaradius yang besar di sudutnya. 4) Independent Tank Independent Tank tidak membentuk bagian dari lambung kapal dan tidak berpengaruh pada kekuatan lambung kapal. Terdapat 3 sub - kategori untuk Independent Tank, antara lain : 2 a) Independent Tank Type A, design pressure tidak lebih dari 0.7 kP/cm . 2 b) Independent Tanks Type B, design pressure 0,7 kP/cm . c) Independent Tanks Type C,(disebut juga pressure tank) untuk kriteria kapal bertekanan dan memiliki desain tekanan minimum. c. Kategori Cargo Tank Kategori Cargo Tank dibedakan berdasarkan bentuk Cargo Tank tersebut. Terdapat 4 bentuk utama tangki pada Gas Carrier yaitu spherical, cylindrical, bi-lobe, dan prismatic. Berikut ini penjelasannya. 1) Spherical Tank Keuntungannya yaitu tegangan dalam kulit tangki tersebar merata, sehingga cukup untuk melawan tekanan, tangki yang ringan dan murah. Kerugian penggunaan jenis tangki ini adalah Cargo Hold tidak dapat dioptimalkan dan kapasitas terbatas pada diameternya. 2) Cylindrical Tank Keuntungannya adalah bentuk badan kapal lebih ideal, menghasilkan stabilitas kapal yang baik, tidak memerlukan secondary barrier, biaya dan konsumsi bahan bakar lebih rendah. Kekurangannya kapasitas muatan dibatasi oleh tebal maksimum kulit tangki. 3) Bi–lobe Tank Bi–lobe Tank terdiri atas 2 lingkaran pararel yang sama. Keuntungannya adalah bentuk dari tangki mirip dengan bentuk hull. Di tengah tangki di antara 2 potongan lingkaran, terdapat sekat memanjang yang diletakkan di tengah tangki untuk mengurangi pengaruh permukaan bebas muatan cair. Kekurangannya adalah pembuatan rumit sehingga biaya pembangunan mahal. 4) Prismatic Tank Dengan menggunakan tangki ini, ruang muat dapat dimanfaatkan secara optimal. Namun, ruang muat harus berada pada tekanan atmosfer, tidak boleh melebihi 0.25 kP/cm², karena bentuk tangki tidak dapat melawan tekanan tinggi. Tangki ini membutuhkan secondary barrier. d. Desain LPG Carrier/Ammonia Tanker ukuran kecil Mendesain Kapal Pengangkut Gas (Gas Carrier) berbeda dengan mendesain kapal niaga lain, semisal Bulk Carrier, General Cargo, atau Tanker. Hal ini dikarenakan penentuan ukuran utama Gas Carrier dipengaruhi oleh ukuran Cargo Tank. Pengembangan Konsep Desain LPG Carrier/Ammonia Tanker ukuran kecil dengan sarat rendah yang mampu menjangkau perairan dangkal (shallow water) telah dikembangkan oleh 2 mahasiswa Jurusan Teknik Perkapalan FTK ITS, yaitu Kharisma Lazuardi (2009) dan Sukma Maharani (2010). Namun, terdapat beberapa hal yang perlu dikembangkan oleh penulis, yaitu metodologi penentuan ukuran utama dan perhitungan berat dengan menggunakan Metode Pos per Pos. Dalam pengerjaannya, penulis menggunakan kapal pembanding yang telah beroperasi di Indonesia yaitu 3 LPG Carrier Gas Khao Bo Ya 5.000 m milik PT Berlian Laju Tanker Tbk.
3
3. METODE DESAIN LPG CARRIER/AMMONIA TANKER DI BAWAH 6.000 m 3 Berikut ini dijelaskan Metode Desain LPG Carrier/Ammonia Tanker di bawah 6.000 m beserta pengaplikasiannya dalam program komputer. 3 a. Konsep Desain LPG Carrier/Ammonia Tanker di bawah 6.000 m 1) Penentuan Dimensi Cargo Tank Jenis Cargo Tank yang akan ditentukan baik ukuran, luas permukaan maupun volume yaitu Longitudinal Cylindrical Tank. Hal ini dikarenakan tangki kapal pembanding LPG Carrier Gas 3 Khao Bo Ya 5.000 m yang menjadi acuan adalah jenis Longitudinal Cylindrical Tank. 2) Penentuan Dimensi Cargo Hold Panjang Cargo Hold tiap 1 tangki merupakan penjumlahan antara panjang Cargo Tank, stiffener, void space, dan insulation. 3) Penentuan Ukuran Utama Kapal a. Panjang Kapal (LPP) Terdiri atas Panjang Ceruk Buritan dan Ceruk Haluan, Panjang Kamar Mesin, dan Panjang Ruang Muat, Panjang Ceruk Buritan dan Kamar Mesin dipengaruhi oleh daya mesin induk yang terpasang, sedangkan Panjang Ruang Muat dipengaruhi oleh Panjang Cargo Tank. b. Lebar Kapal (Bmld) Didapatkan dari fungsi diameter Cargo Tank kapal pembanding mengacu pada IGC Code. c. Tinggi Kapal (Hmld) Didapatkan dari metode regresi kapal pembanding LPG Carrier. d. Sarat Kapal (T) Didapatkan dari pembagian antara displacement design (DWT + LWT) dan perkalian panjang, lebar, koefisien blok kapal, dan massa jenis air. 4) Perhitungan Berat Kapal Berat kapal terdiri atas Deadweight (DWT) dan Lightweight (LWT). Berikut ini penjelasan lebih detail mengenai metode penentuan DWT dan LWT. a. Deadweight (DWT) Terdiri dari Berat Muatan, Berat Consummable, Berat Provision dan Store. Berat Crew, 3 dan Berat Tambahan. Berat muatan didapat dari hasil perkalian antara volume m , massa 3 jenis LPG/Ammonia sebesar 0,9 ton/m , dan batas maksimum pengisian muatan di dalam Cargo Tank yaitu sebesar 98 % dari kapasitas maksimum Cargo Tank. b. Lightweight (LWT) Perhitungan berat di lambung kapal dilakukan lebih detail dengan menggunakan metode pos per pos. Sebelum menghitung total berat lambung kapal, ditentukan terlebih dahulu 3 Midship Section Layout yang mana LPG Carrier Gas Khao Bo Ya 5.000 m sebagai acuan. Layout Midship Section dipengaruhi oleh diameter Cargo Tank dan lebar kapal (Bmld). Midship Section Layout mencakup jarak antar stiffener dan konstruksi lain baik di bagian alas, lambung, maupun geladak kapal. Metode ini dinamakan Metode Predefined Midship Section. Setelah Midship Section Layout ditentukan, dilakukan pengecekan modulus penampang pendukung kekuatan memanjang dan melintang kapal. Pengecekan modulus penampang berdasarkan peraturan klasifikasi kapal Biro Klasifikasi Indonesia. Setelah mendapatkan rekapitulasi modulus di Midship Section, perhitungan berat total di Midship Section dapat dilakukan. Sedangkan perhitungan berat total di station lain menggunakan bantuan Diagram NSP yang bertujuan mendapatkan perbandingan luas antara Midship Section dan station lain. Untuk penentuan berat pendukung kekuatan memanjang, jarak antar station dikalikan berat per satuan panjang (ton/m) q. Sedangkan penentuan berat pendukung kekuatan melintang dengan cara menghitung volume konstruksi pendukung 3 kekuatan melintang lalu dikalikan massa jenis baja sebesar 7,85 ton/m . Untuk Berat Permesinan, daya mesin merupakan komponen utama dalam perhitungan berat mesin ini. Untuk Berat Cargo Tank dihitung berdasarkan perkalian antara Luas Permukaan Cargo Tank, tebal tangki, dan massa jenis Cargo Tank. Karena material Cargo Tank adalah Low 3 Carbon Steel ,massa jenis sebesar 0.787 hingga 0.8 ton/m . Dan, untuk Berat Peralatan dan Perlengkapan menggunakan metode pendekatan. 5) Perhitungan Daya Mesin Induk Kapal Perhitungan daya mesin induk kapal menggunakan Metode Holtrop dan Mennen. Hasil perhitungan adalah Break Horse Power (BHP), yang kemudian dapat ditentukan spesifikasi teknis Main Engine dan Generator Set berdasarkan Engine Catalogue. 6) Perhitungan Stabilitas Stabilitas kapal dihitung dengan menggunakan Metode Manning. Komponen yang penting dalam perhitungan stabilitas diantaranya KG, GM, dan GZ.
7) Perhitungan Lambung Timbul Lambung timbul (freeboard) dihitung dalam nilai actual dan standard yang ditetapkan dalam konvensi garis muat (International Load Lines Convention, 1966). Batasan freeboard memenuhi apabila nilai Freeboard Actual lebih besar daripada nilai Freeboard Standard. 8) Pemeriksaan Hukum Archimedes Dilakukan dengan membandingkan antara displacement awal kapal dengan displacement hasil perhitungan DWT + LWT dengan margin error ≤ 1% Δawal. 9) Perhitungan Kapasitas Ruang Muat START
Owner Requirement
Payload
Gas Khao Bo Ya 5,000 m3
Gas Khao Bo Ya 5,000 m3
Predefined Midship Section
Midship Section Layout
Predefined Cargo Tank
Cargo Tank Configuration
L Cargo Hold
Lpp
Bmld
L Aft Peak L Engine Room L Fore Peak IGC Code
LPG Carrier Parentship
Hmld
Main Dimension L, B, H
Weight Calculation (Metode Pendekatan)
NO
Tdesign
Main Dimension L, B, H, T NO Modulus Calculation BKI vol. II: Rules for Hull
Accepted?
YES Weight Calculation Δ = DWT + LWT
Acceptance Criteria: Stability Freeboard Archimedes’s Law Hold Capacity
1. IMO Regulation A.749 (18) 2. ILLC 1966 amendment 2002 3. Lecture of Ship Design and Ship Theory 4. Practical Ship Design
Accepted?
YES Lines Plan
General Arrangement
FINISH
Gambar 1. Diagram Alir Metode Desain LPG Carrier/Ammonia Tanker di bawah 6.000 m
3
b. Program Komputer Model matematis yang telah dibuat akan diselesaikan melalui proses perhitungan dengan pembuatan program komputer. Program komputer yang dibuat menggunakan bantuan Microsoft Excel. Input program komputer ini adalah volume muatan yang diangkut LPG Carrier/Ammonia Tanker. Sedangkan output berupa Principal Dimensions, Weight Estimaton Pos per Pos, dan Acceptance Criteria yang terdiri dari Stability, Freeboard, dan Hold Capacity. Program komputer ini 3 berlaku untuk LPG Carrier/Ammonia Tanker berkapasitas muatan di bawah 6.000 m .
3
4. APLIKASI DESAIN LPG CARRIER/AMMONIA TANKER KAPASITAS 5.000 m LPG Carrier/Ammonia Tanker yang diaplikasikan pada program komputer ini dinamakan LPG 3 Carrier MV. Spirit-Struggle dengan kapasitas 5.000 m . Dalam merancang kapal, hal yang harus ditentukan terlebih dahulu adalah Owner Requirement. Owner Requirement adalah permintaan dari pemilik kapal yang terdiri dari jenis kapal, jenis muatan, volume muatan, payload, dan kecepatan dinas. Payload merupakan input yang dibutuhkan untuk menjalankan program komputer 3 yang telah dibuat untuk LPG Carrier/Ammonia Tanker dengan kapasitas di bawah 6.000 m . 3 Penulis mengaplikasikan pada salah satu payload, yaitu 5.000 m . Berikut ini Tabel 1. merupakan 3 output pengaplikasian program komputer untuk LPG Carrier/Ammonia Tanker 5.000 m . Tabel 1. Output Aplikasi Program Komputer untuk LPG Carrier/Ammonia Tanker 5.000 m OUTPUT Simbol
Pengertian
Nilai
3
Satuan
PRINCIPAL DIMENSIONS Loa
panjang seluruh kapal
94.135
m
Lwl
panjang garis air kapal
91.087
m
Lpp
panjang perpendicular kapal
89.653
m
Bmld
lebar kapal
20.000
m
Hmld
tinggi kapal
7.860
m
T
sarat kapal
6.157
m
CB
koefisien blok
0.699
ΔB
berat buoyancy
7837
ton
Vdisp.
volume displasemen
7714
m
DWT
deadweight
4782
ton
1. Payload
berat muatan
4500
ton
2. Fuel Oil
berat bahan bakar
54
ton
3. Rest Weight
berat lain-lain
228
ton
LWT
lightweight
3125
ton
1. Hull
baja lambung (pendekatan)
936
ton
baja lambung (pos per pos)
894
ton
2.Superstructure,Wheelhouse
bangunan atas, rumah geladak
195
ton
3. Cargo Tank
tangki ruang muat
1602
ton
4. Machinery
permesinan
118
ton
5. Equipment and Outfitting
peralatan dan perlengkapan
273
ton
berat gravity
7906
ton
selisih antara ΔB dan ΔG (ton)
69
ton
selisih antara ΔB dan ΔG (%)
0.886%
kategori tangki ruang muat
Independent C
jenis tangki ruang muat
Long. Cylindrical
DISPLACEMENT 3
DEADWEIGHT (DWT)
LIGHTWEIGHT (LWT)
DESIGN DISPLACEMENT ΔG ERROR MARGIN ΔB - ΔG CARGO TANK PROPERTIES Category
Material
material tangki ruang muat
Low Carbon Steel
Total Capacity
kapasitas total Cargo Tank
5102
m
vs
kecepatan
13
m/s
BHP
Break Horse Power
1103
kW
S
Radius pelayaran
1494
mile
3
POWERING
MAIN ENGINE AND GENSET Wartsila
Merek Tipe Daya Main Engine Daya Genset
6L20 1200
kW
1140
kW
m
PROPULSOR Single Screw Propeller 4-blade D
diameter propeller
3.387
ηp
efisiensi propeller
0.642
Stability
cek stabilitas
YES
Freeboard
cek freeboard
Accepted
Archimedes's Law Check
cek hukum archimedes
Accepted
jumlah ABK
22
Total Cost
biaya pembangunan
$
26,374,256
US$
Operational Cost
biaya operasional
$
192,502
US$
ACCEPTANCE CRITERIA
COMPLEMENT Crew
persons
CLASSIFICATION Biro Klasifikasi Indonesia COST
Dapat dilihat dari tabel di atas bahwa Berat Lambung menggunakan metode pendekatan sebesar 936 ton, sedangkan menggunakan Metode Pos per Pos sebesar 894 ton. Dengan demikian, Metode Pos per Pos Predefined Midship Section yang digunakan merupakan salah satu metode yang cukup tepat untuk menentukan Berat Lambung LPG Carrier/Ammonia Tanker di bawah 6.000 3 3 m , termasuk untuk ukuran 5.000 m ini.
5. RENCANA GARIS DAN RENCANA UMUM a. Rencana Garis Pembuatan Lines Plan menggunakan bantuan software desain kapal, Maxsurf, yang kemudian di-export ke software desain lain, AutoCAD. Berikut ini Gambar 1. Rencana Garis LPG 3 Carrier/Ammonia Tanker 5.000 m .
Gambar 2. Rencana Garis LPG Carrier/Ammonia Tanker 5.000 m
3
b. Rencana Umum Pembuatan General Arrangement menggunakan bantuan software desain, AutoCAD. Rencana Umum yang dihasilkan sesuai dengan aturan-aturan yang disyaratkan, baik peraturan statutori maupun peraturan klasifikasi yang dipilih, yaitu Biro Klasifikasi Indonesia (BKI). Berikut ini 3 Gambar 2. Rencana Umum LPG Carrier/Ammonia Tanker 5.000 m .
Gambar 3. Rencana Umum LPG Carrier/Ammonia Tanker 5.000 m
3
6. KESIMPULAN DAN SARAN c. Kesimpulan Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan pada bab – bab sebelumnya maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut. 1. Telah dikembangkan Metodologi Konsep Desain LPG Carrier/Ammonia Tanker untuk 3 kapasitas di bawah 6.000 m . Pengembangan metodologi tersebut menitik-beratkan pada prosedur penentuan ukuran utama kapal, yang dipengaruhi dimensi Cargo Tank dan perhitungan berat kapal, khususnya berat bagian lambung, yang tidak menggunakan metode pendekatan tetapi menggunakan metode pos per pos dengan menggunakan studi kasus kapal pembanding yang telah beroperasi di Indonesia yaitu LPG Carrier Gas Khao 3 Bo Ya 5.000 m milik PT Berlian Laju Tanker Tbk. 2. Telah dibuat program komputer untuk Prosedur Pengembangan Metodologi Konsep 3 Desain LPG Carrier/Ammonia Tanker di bawah 6.000 m . 3. Telah diaplikasikan program komputer tersebut pada LPG Carrier/Ammonia Tanker untuk 3 kapasitas 5.000 m . 3 4. Telah dibuat Rencana Garis LPG Carrier 5.000 m menggunakan bantuan software Maxsurf dan AutoCad. 3 5. Telah dibuat Rencana Umum LPG Carrier 5.000 m menggunakan bantuan software AutoCad. d. Saran Terdapat beberapa saran untuk mengembangkan kembali Konsep Desain pada LPG Carrier/Ammonia Tanker yaitu sebagai berikut. 1. Diperlukan pre-defined tambahan terutama di Engine Room Section, agar perhitungan berat lambung metode pos per pos lebih detail dan presisi, 2. Diperlukan perhitungan dan pengecekan Longitudinal Strength, 3. Diperlukan pehitungan pembebanan pada Cargo Tank, baik Cargo Tank maupun muatan yang diangkut di dalam Cargo Tank tersebut, misalnya akibat sloshing. DAFTAR PUSTAKA International Maritime Organization. 2009. International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquefied Gases In Bulk, IMO: London International Maritime Organization. 2009. International Convention on Load Lines 1966 amendment 1988, IMO: London Lazuardi, Kharisma. 2009. Pengembangan Metodologi Praperencanaan Kapal LPG/Amonia 3 Tanker Dibawah 10.000 m . Tugas Akhir Jurusan Teknik Perkapalan FTK ITS: Surabaya Maharani, Sukma. 2010. Studi Pengembangan Konsep Desain Kapal LPG/Amoniak Tanker untuk Perairan Nusantara. Tugas Akhir Jurusan Teknik Perkapalan FTK ITS: Surabaya Wijnolst, N, 1995, Design Innovation in Shipping, Delft University Press: Stevinweg Liquefied Gas Carrier:Safety and Operasional Matters.http://www.liquefiedgascarrier.com/ diakses 10 Juni 2011 Maritime News: Hellenic Shipping Portal. Shipping Business News. http://www.maritimesun.com/downloads/inspection/1_GasTankersAdvanceCourse.pdf. diakses 20 Oktober 2011
