ANALISA KARAKTERISTIK KEBUTUHAN DAYA LISTRIK PADA KAPAL FERRY DALAM RANGKA EFISIENSI ENERGI Oleh : Frenniko Eka Bestari Dosen pembimbing : Eddy Setyo Koenhardono, ST, M.Sc Department of Marine Enginering, Faculty of Marine Technology, Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya
Abstract Kapal ferry masih menjadi alat transportasi utama yang digunakan untuk penyeberangan antar pulau. Maka diperlukan suatu analisa terhadap karakteristik kebutuhan daya listrik pada kapal ferry dalam rangka efisiensi energy. Pada saat ini untuk menentukan kapasitas generator dapat menggunakan tiga metode yakni, metode empiris, analisa beban listrik dan simulasi, diantara ketiganya analisa beban listrik yang sering digunakan untuk menentukan kapasitas generator. Dalam penentuan kapasitas generator dengan menggunakan analisa beban listrik sangatlah bergantung pada nilai load faktor peralatan dan faktor diversitas. Sedangkan nilai load faktor peralatan dan faktor diversitas sangat dipengaruhi oleh jenis kapal, daerah operasi dam kebiasaan dari ABK kapal. Karena data yang digunakan tidak banyak dan selama ini untuk menentukan nilai-nilai tersebut masih menggunakan estimasi. Maka sangat diperlukan koreksi untuk mengoptimalkan daya generator yang akan terpasang. Oleh karena itu, paa tugas akhir ini penulis mencoba untuk melakukan koreksi terhadap load faktor peralatan dan faktor diversitas sebagai upaya mencari daya generator yang optimal.
I. Pendahuluan Sistem kelistrikan yang terdapat di kapal terdiri dari peralatan pembangkit daya, system distribusi, dan juga berbagai macam peralatan listrik. Tenaga listrik digunakan sebagai penggerak motor bagi banyak mesin bantu dan juga untuk berbagai peralatan di dek kapal, penerangan, ventilasi, dan peralatan pendingin ruangan (air conditioning). Penyediaan listrik yang kontinyu pada dasarnya sangat dibutuhkan untuk operasi peralatan dan kapal secara aman, oleh karena itu ketersediaan kapasitas daya generator yang memadai sangat penting. Hal ini terutama dikaitkan dengan kondisi keterisoliran kapal pada saat berlayar, sehingga di kapal juga harus dilengkapi dengan sistem pembangkit daya listrik darurat guna menghadapi kondisi darurat pada kapal. Generator di fungsikan sebagai sumber tenaga utama yang sanggup untuk mencukupi semua kebutuhan akan listrik di kapal. Akan tetapi pada kebanyakan kasus yang terjadi di kapal, kebutuhan terbesar yang terjadi di kapal sebisa mungkin ditanggung oleh generator yang ada di kapal tersebut. Hal inilah yang menyebabkan terjadinya penumpukan daya pada instalasi kelistrikan di kapal. Penumpukan daya tersebut biasanya digunakan pada saat – saat tertentu dimana beberapa peralatan di kapal sedang digunakan pada saat bersamaan. Sehingga pada saat pemilihan generator sebagai sumber tenaga di kapal ditentukan dengan cara memilih daya yang paling besar yang dapat di jangkau oleh generator di kapal tersebut. Pada saat ini terdapat tiga metode dalam menentukan kapasitas daya generator listrik pada suatu kapal, yaitu dengan metode empiris, analisa beban listrik dan simulasi. Diantara ketiganya analisa beban listrik yang paling banyak dipergunakan, analisa beban listrik didasarkan pada load factor peralatan pada setiap kondisi operasional kapal dan juga faktor diversitas peralatan. Penentuan harga load factor peralatan didasarkan pada tabel yang ada di galangan dimana harga tersebut masih belum pernah diteliti tentang ketepatannya. Oleh karena itu, pada tugas akhir ini penulis mencoba untuk melakukan koreksi terhadap kapasitas harga load factor peralatan dan factor diversitas di kapal dengan melakukan pengamatan secara langsung terkait dengan fluktuasi pembebanan generator di kapal, serta melakukan analisa terhadap kebutuhan daya listrik yang ada. Hal ini dimaksudkan untuk memperoleh efektifitas dalam penggunaan generator yang telah terpasang.
II. Tinjauan Pustaka Tenaga listrik merupakan hal yang vital saat kapal sedang beroperasi, hal ini untuk menjamin kenyamanan dan keselamatan dari penumpang dan ABK. Untuk alasan ini, maka setiap kapal harus memiliki peralatan perbaikan untuk system pembangkit listrik di kapal. Selama kapal di laut dan terisolasi dari sumber tenaga dari luar. Maka system kelistrikan yang ada di kapal harus mampu menyuplai daya listrik yang dibutuhkan oleh kapal saat beroperasi. Kondisi operasional yang permintaan daya listrik ditentukan tergantung pada misi kapal. Bagi banyak kapal jenis, kondisi operasional berikut ini diperiksa: • Di laut • Saat manuver • Di pelabuhan, loading dan pemakaian • Di pelabuhan, tidak ada loading atau pemakaian • Pada jangkar Ada tiga cara untuk menentukan kebutuhan daya listrik: (1) rumus empiris, (2) analisis beban listrik dan (3) simulasi. Dalam proses desain, diperkirakan pertama dari beban listrik sering dibuat dengan formula empiris, dan sebagai proses berlangsung, yang lebih rinci perhitungan dibuat dengan analisis beban. (Would & Staperma, 2003) Load faktor peralatan adalah perbandingan antara daya rata- rata dengan kebutuhan daya untuk operasi maksimal untuk suatu kondisi. Sesudah diadakan pengelompokan, kemudian dari data yang ada diisikan jumlah peralatan, daya masuk, kemudian saat pengoperasian peralatan tersebut juga banyaknya peralatan yang akan dioperasikan mengingat adanya peralatan cadangan. Prosentase faktor beban diisikan pada tiap kondisi operasi dan besarnya tergantung pada seringnya peralatan tersebut dipakai, besarnya pemakaian daya dari peralatan tersebut terhadap daya nominal dan berdasarkan pada pengalaman perancangan sebelumnya. Untuk peralatan yang jarang digunakan dapat diberikan faktor beban nol untuk semua kondisi. Sedangkan peralatan yang beroperasi secara kontinyu dalam pengoperasian kapal mendapatkan beban tetap atau continuous load. Dan untuk peralatan dengan beban sementara atau intermitten adalah beban dari peralatan yang beroperasi tidak secara terus menerus. Diversity faktor sering juga disebut sebagai faktor kebersamaan, adalah faktor yang merupakan perbandingan antara total daya yang dibutuhkan untuk setiap satuan waktu dengan total daya keseluruhan peralatan yang ada. Faktor diversitas dapat digunakan untuk mencari beban operasi dengan tujuan menentukan jumlah total beban yang harus dilayani oleh generator akibat adanya pengoperasian beban-beban dalam waktu yang bersamaan. Faktor kesamaan waktu bersama harus ditetapkan dengan dimasukkan pertimbangan beban tertinggi yang dapat diharapkan terjadi pada waktu yang sama. Jika penentuan yang tepat sulit dilaksanakan maka faktor kesamaan waktu yang digunakan menurut aturan BKI tidak boleh rendah dari 0,5. Dalam perhitungan penentuan kapasitas generator ini diambil harga 0,6. Perhitungan daya listrik dari berbagai bagian kapal yang terdiri dari beban pemakaian tetap dijumlahkan dengan beban pemakain sementara yang terlebih dahulu dikalikan dengan faktor kesamaan (coomon simultanity factor) yang mana tidak boleh lebih rendah dari 0,5 dengan demikian diperoleh daya-daya total beban sebagai berikut : PB = PA (kontinyu) + ( x . PT (Intermitten)) Dimana : PB : Daya total beban PA : Pemakaian beban Kotinyu PT : Pemakaian beban Intermitten x : Common Simultanity factor (0.5) (Harrington, RL 1992).
III. Metodologi Dalam penulisan paper ini digunakanlah suatu metodologi penulisan seperti pada gambar berikut :
Gambar 1. metodologi Dalam metodologi penelitian ini ada dua tahapan antara lain tahap perhitungan dan tahap peninjauan lapangan. IV. Analisisa dan Pembahasan Data pada Tugas Akhir ini didapatkan dari peninjauan langsung terhadap kapal ferry Wicitra Dharma milik PT. Dharma Lautan Utama, adapun dimensi kapal sebagai berikut : Length Overall (LOA) : 53,25 m Length Waterline (Lwl) : 44,04 m Breadth (B) : 12,6 m Draft (D) : 2,6 m Draught (H) : 3,6 m Waktu rata-rata pelayaran : 25 – 30 menit Waktu rata-rata Loading Unloading : 11 - 25 menit
Gambar 2. Profile Daya Listrik Diketahu bahwa : Daya minimum yang terpakai selama operasional kapal adalah sebesar 64.25 Kw Daya maksimal yang terpakai selama operasional kapal adalah sebesar 113.73 Kw Daya rata-rata yang terpakai selama operasional kapal adalah sebesar 80.52 Kw Dari hasil pengamatan dan pengukuran dilapangan maka dapat ditentukan besar load faktor dari tiap kondisi :
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Peralatan
Load faktor Loading Berlayar Unloading
FO pump
-
-
Priming oil
-
-
Main LO
1,00
1,00
Cooling M/E Pump
1,00
1,00
Sanitary Pump
0,80
0,80
Fresh Water Pump
0,30 1,00
0,30
Motor Hydrolis(Anchoring)
-
-
OWS
-
-
Compressor
0,30
0,24
Blower Motor Rolling door
1,00
1,00 0,30
GS pump/Bilga Pump
Steering Gear
AC ruangan 1 (ER) AC ruangan 2 (VIP1) AC ruangan 2 (VIP2) AC ruangan 3 (Penumpang) AC ruangan 4 (VIP) AC ruangan 5 (mushola ABK) Peralatan listrik (TV, hiburan,
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00 1,00
1,00
1,00
1,00
1,00 0,80
1,00 0,80
1,00
kompor) 21 Charger Accu 22 Penerangan & listrik deck IV.2 Analisa Beban
1,00
1,00
1,00
1,00
IV.3 Analisa Generator Maka besar load faktor untuk masing – masing generator dapat diketahui sebesar : Generator 1 Load factor = beban /daya generator x 100% = 113,73/125x100% = 90,984% Generator 2 Load factor = beban /daya generator x 100% = 113,73/167x100% = 68,1% Dari perhitungan di atas diketahui, load factor generator 1 sudah melewati batas aman yang diisyaratkan oleh BKI yakni 86%. Daya maksimal yang terjadi di kapal tidaklah terus menerus, maka untuk generator 1 masih dapat dipergunakan tetapi masih rawan akan black out. Sehingga harus diupayakan suatu scheduling daya yang akan digunakan. Sedangkan untuk generator 2, memiliki load factor generator sebesar 68,1 %. Sebagai upaya efisiensi energi maka pemilihan generator harus memiliki angka minimal sama dengan nilai load faktor generator yakni 86%, dan jika terjadi perbedaan diharapkan tidak terlalu jauh dari angka tersebut. Dari data analisa beban pada kapal wicitra ini, didapatkan untuk mendapatkan efisiensi energi dari bahan bakar generator dan sesuai dengan aturan BKI yang mengisyaratkan bahwa nilai load faktor sebesar 86%, maka harus dipergunakan yang berkapasitas 133 Kw, dimana memiliki load faktor generator sebesar 85,51 % V. Kesimpulan dan Saran V.1 Kesimpulan Berdasarkan pembahasan dan analisa data di atas maka dapat disimpulkan bahwa : 1. Beban tertinggi terjadi saat pengoperasian kompresor, maka kompresor dikatakan sebagai komponen kritis untuk terjadinya black out pada generator. 2. Beban daya listrik maksimal di kapal sebesar 113,73 Kw, daya minimum generator 64,25 Kw, daya rata-tatanya sebesar 80,52 Kw. 3. Pada generator 1 nilai load factornya mencapai 90,98%, sedangkan untuk generator 2 sebesar 68,1%. 4. Untuk mendapatkan efisiensi energi dan sesuai dengan aturan BKI, maka pemilihan generator dengan kondisi beban seperti di kapal Wicitra Dharma adalah sebesar 133 Kw dengan nilai load faktor sebesar 85,51%. 5. V.2 Saran Pada akhir penulisan tugas akhir ini penulis menyadari bahwa pembahasandan analisa tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan serta kajian lebih lanjut tentang kebutuhgan daya listrik pada kapal ferry. Untuk mendapatkan data daya lisrik yang presisi dengan kondisi real yang ada di lapangan maka sebaiknya penggunaan alat juga memperhitungkan perbedaan besar arus yang berada di tegangan R,S dan T. Dan untuk database yang lebih baik pencarian data beban daya listrik lebih dari 1 kapal ferry Referensi 1. Roy L.Harrington, 1992, Marine Engineering, The Society Of Naval Architects and Marine Engineers, New York. 2. Hans Klein Would & Douwe Staperma, 2003, Design Of Propulsion and Electrical Power Generation systems, The Institut of Marine Engineering, Science and Technology, England.
