OPTIMALISASI PERANCANGAN KAPAL PENYEBERANGAN DI KAWASAN TIMUR INDONESIA OPTIMIZATION DESIGN OF SHIPS CROSSING IN EASTERN INDONESIA A. Dirga Noegraha, Ganding Sitepu, Andi Haris Muhammad Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin, Makassar
Alamat Korespondeni : A. Dirga Noegraha ST Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Makassar, 90245 HP : 081355241345 e-mail :
[email protected]
Abstrak Konektivitas antar wilayah kepulauan di Kawasan Timur Indonesia masih rendah serta operasionalisasi kapal penyeberangan tidak efektif dan efisien sehingga memerlukan armada feri baru yang optimal. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan model bagan alir optimalisasi perancangan kapal penyeberangan berdasarkan pengaruh kondisi permintaan, infrastruktur dan oseanografi. Penelitian ini bersifat kuantitatif menggunakan teknik optimalisasi dengan metode pemrograman linear. Jenis data yang digunakan adalah data sekunder yang diperoleh dari hasil penelitian sebelumnya, kondisi permintaan berdasarkan karakteristik muatan, infrastruktur berdasarkan fasilitas pelabuhan, oseanografi berdasarkan tinggi gelombang dan kecepatan angin, serta data kapal penyeberangan yang beroperasi di Kawasan Timur Indonesia. Telah diperoleh bagan alir optimalisasi perancangan kapal penyeberangan dengan mengunakan batasan pertidaksamaan rasio Loa/H (12-16,5), rasio Loa/B (3,47-4,52), rasio B/T (5,1-6,67), rasio H/T (1,4-1,68), Fn ≥ 0,3, Fb ≥ 1,76.L1,43 mm, CB (0,37-0,69), MG (0,5-2,2 m), dan Troll ≥ 7 detik, serta batasan persamaan kesetimbangan berat kapal ((ΔV–ΔW)/ΔV ≥ 0,05). Optimalisasi perancangan kapal penyeberangan dengan fungsi objektif mendapatkan biaya operasional kapal minimum signifikan terletak pada berat baja kapal (WST) yang linear terhadap kenaikan harga kapal (PS). Kata kunci : optimalisasi, feri, bagan alir
Abstract Connectivity between the islands in eastern Indonesia is still low and operation of ferry ineffective and inefficient so that it requires the optimal fleet of new ferries. This study aims to obtain a model of the ship crossing design optimization flowchart is based on the influence of demand conditions, oceanographic and infrastructure. This research is quantitative using optimization technique with linear programming methods. Type of data used are secondary data obtained from the results of previous research, demand conditions based on load characteristic, infrastructure based on port facility, oceanographic based on wave high and wind velocity, and data ship crossings that operate in eastern Indonesia. Has obtained the ship-crossing design optimization flowchart with inequality constraints using the ratio of Loa/H (12 to 16,5), ratio of Loa/B (3,47 to 4,52), ratio B/T (5,1 to 6,67), ratio of H/T (1,4 to 1,68), Fn ≥ 0,3, Fb ≥ 1,76.L1,43 mm, CB (0.55 to 0,8), MG (0,5 to 1,5 m), and Troll ≥ 7 seconds, with equal constrain is ship the balance equation ((ΔV–ΔW)/ΔV ≥ 0,05). Optimizing the design of ships crossing with the objective function to obtain minimum ship operating cost significant lies in weight steel ship (WST) which is linear increases the price of ship (PS). Keywords : optimization, ferry, flowchart
PENDAHULUAN Indonesia sebagai negara kepulauan masih memiliki keterbatasan dalam infrastruktur maritim, oleh karena itu pemerintah perlu berkomitmen untuk memfokuskan pembangunan infrastruktur maritim khususnya di Kawasan Timur Indonesia. Masterplan Percepatan dan Perluasan Pembangunan Ekonomi Indonesia (MP3EI) memberi ketegasan dalam tujuan utamanya yaitu dengan penguatan konektivitas nasional. Tanpa infrastruktur maritim dan sarana transportasi, industri dan perdagangan di kawasan kepulauan, pantai, lepas pantai akan sulit berkembang. Infrastruktur maritim yaitu pelabuhan dan dermaga yang merupakan prasarana dan sebagai sarana penghubung konektivitas adalah kapal. Tersedianya kapal sebagai sarana transportasi yang efektif dan efisien menjadi syarat utama dalam upaya pendorong pada sektor perekonomian (Muslihati, 2011). Kawasan Timur Indonesia (KTI) secara goegrafi memiliki kondisi kepulauan dengan jarak antaranya relatif dekat yang kerapatan penduduk tergolong rendah. Dengan adanya sarana transportasi akan mampu meningkatkan daya saing produk masyarakat. Sarana transportasi angkutan penyeberangan adalah kapal penyeberangan atau kapal feri. Dari total kapal tipe feri sebanyak 255 kapal yang berasal dari Jepang menempati jumlah terbanyak yaitu 92 kapal atau 42% dari total kapal feri (Zaky, 2012). Sebagian kapal tersebut adalah kapal bekas dan berumur diatas 25 tahun digunakan. Kesesuaian karakteristik kapal yang dioperasikan perlu ditinjau mengingat kondisi oseanografi Jepang berbeda dengan Indonesia, sehingga diperlukan rancangan kapal khas KTI. Perencanaan kapal perlu memperhatikan banyak faktor, mulai jarak operasional, kapasitas muat, kondisi oseanografis wilayah operasional kapal, infrastruktur pelabuhan dan dermaga, sampai dengan konsep kenyamanan penumpang (Younis, 2011). Melihat banyak aspek yang perlu ditinjau maka perancangan kapal harus dilakukan secara optimal agar mampu memenuhi segala aspek perancangan. Pertimbangan desain kapal semestinya dialamatkan pada keseluruhan siklus penggunaan kapal, hal tersebut dipisahkan dalam berbagai tingkatan yang merupakan perancangan konsep desain, sesuai detail desain, proses konstruksi/fabrikasi, umur operasi kapal dan daur ulangnya yang mana kesemua itu adalah hasil dari holistic optimalisasi desain kapal keseluruhan (Papanikolaou, 2011). Langkah awal dalam perancangan optimalisasi yaitu dengan menggunakan flowchart yang merupakan representasi skema dari suatu algoritma atau suatu proses. Flowchart merupakan gambaran yang memperlihatkan urutan dan hubungan antar proses beserta instruksinya sehingga optimalisasi menjadi lebih jelas (Ray, 2011). Dengan melihat banyaknya keterkaitan aspek
rancangan terhadap batasan dalam perancangan kapal sehingga perlu dibuat suatu konsep yang tergambar dalam suatu flowchart atau bagan alir yang merupakan gambaran proses optimalisasi perancangan kapal. BAHAN DAN METODE Lokasi dan Rancangan penelitian Penelitian ini bersifat kuantitatif yang menggunakan rancangan penelitian berdasarkan prosedur desain dari kuantifikasi untuk mengukur variabel penelitian melalui seleksi dan desain struktur data. Waktu penelitian dimulai pada bulan November 2012 sampai Juni 2013. Penelitian ini dilaksanakan pada Laboratorium Komputer Program Studi Perkapalan Fakultas Teknik. Jenis data yang digunakan adalah data sekunder yang diperoleh dari hasil penelitian sebelumnya, kondisi permintaan, infrastruktur, oseanografi serta sumber data berupa ukuran utama kapal penyeberangan yang beroperasi di Kawasan Timur Indonesia. Metode Analisis Berdasarkan data yang diperoleh kemudian dilakukan analisa perhitungan dengan langkah-langkah sebagai berikut : dari hasil penelitian sebelumnya diidentifikasi masalah dan ketidaksesuaian kapal yang beroperasi dengan tujuan pokok angkutan penyeberangan, serta menganalisis karakteristik kapal penyeberangan yang beroperasi di Kawasan Timur Indonesia; menentukan aspek-aspek perancangan kapal yang disesuaikan terhadap karakteristik kapal penyeberangan serta kondisi permitaan, oseanografi dan infrasrtuktur; menentukan metode optimalisasi yang akan digunakan; menentukan fungsi objektif optimalisasi perancangan kapal; memformulasi batasan (constraints) perancangan kapal; membuat bagan alir (flowchart) optimalisasi pra-rancangan kapal. HASIL Gambar 1 menggambar secara keseluruhan proses optimalisasi perancangan kapal penyeberangan di Kawasan Timur Indonesia. Analisis pada berbagai kategori lintasan berdasarkan jarak tidak memberikan perbedaan terhadap model perancangan flowchart optimalisasi kapal penyeberangan. Hal ini disebabkan karena perbedaan jarak lintasan ditinjau lansung berdasarkan kondisi oseanografi lintasan yang berbeda, sehingga lintasan penyeberangan jarak dekat ataupun jauh dapat digambarkan dalam satu model diagram alir.
PEMBAHASAN Penelitian ini memperlihatkan urutan perancangan kapal penyeberangan dengan teknik optimalisasi. Dimensi kapal sangat berpengaruh terhadap kapasitas muatan kapal, tonase kapal (GT) serta harga kapal itu sendiri. Ukuran yang besar mampu memberikan kapasitas muat yang lebih besar akan tetapi harga kapal dan ukuran pajak kapal semakin tinggi pula. Apabila tidak diimbangi dengan nilai efektifitas yang baik maka nilai ekonomis kapal berkurang. Nilai efesiensi kapal diukur berdasarkan kecepatan kapal itu sendiri yang dibarengi dengan meningkatnya performa daya mesin kapal. Nilai efektif dan efisien kapal penyeberangan dapat diukur dari ukuran dimensi kapal dan kecepatan kapal, dimana kedua ukuran tersebut dirumuskan dalam biaya operasional kapal (BOK). Biaya operasional kapal per trip dirumuskan sebagai berikut (Muslihati, 2011) : BOK (0,132.PS ) (4,3.GT .10 6 ) (0,34.PB . S
Vs
.Tn) 6%
(1)
BOK / Trip BOK / Tn (2) Untuk mendapatkan hasil perencanaan kapal penyeberangan yang efektif dan efisisen
maka digunakan teknik optimalisasi dengan metode pemrograman linear. Dalam penggunaan metode ini terdapat fungsi objektif dan variabel bebas, yang secara spesifik digunakan dengan persamaan dan pertidaksamaan sebagai batasan (Kumar, 2007). Berdasarkan hasil identifikasi masalah dari penelitian sebelumnya dan aspek teknis kapal penyeberangan diambil sebuah fungsi objektif yang merupakan tujuan utama dalam proses optimalisasi yaitu mendapatkan dan meminimalkan biaya operasional kapal per trip dalam tahapan pra-rancangan kapal. Optimalisasi menggunakan dengan satu objektif dapat diformulasikan dengan persamaan : Menemukan X = {X1, X2, ..., Xn}
(3)
dimana X merupakan vektor desain atau variabel pemilihan, dengan memaksimalkan fungsi objektif f(X) yang berdasarkan batasan sebagai berikut : g j (X) 0, j 1, 2, ................, q dan h j (X) 0, j q 1, q 2, ....., p
(4)
Lima variabel desain yang menjadi bahan pertimbangan dan digunakan sebagai variabel bebas dalam optimalisasi perancangan kapal. Variabel ini merupakan ukuran utama kapal yang menjadi variabel keputusan yaitu panjang kapal (Loa), lebar kapal (B), tinggi kapal (H), sarat kapal (T) serta kecepatan kapal (Vs). Batasan (constraints) geometri merupakan fungsi yang berhubungan dengan variabel desain. Batasan tersebut didefinisikan sebagai jarak (range) dari solusi yang dapat diambil dari berbagai solusi terbaik yang harus
ditemukan. Batasan geometri terdiri dari rasio perbandingan Loa/H, Loa/B, B/T, H/T, serta koefisien blok kapal (Cb), lambung timbul (Fb), angka Froude (Fn), stabilitas kapal (MG) dan konsep kenyamanan pada periode oleng (Troll). Nilai rasio Loa/H mempunyai pengaruh terhadap kekuatan struktur dan konstruksi kapal. Untuk harga Loa/H yang besar akan mengurangi kekuatan memanjang kapal dan sebaliknya bila kecil akan menambah kekuatan memanjang kapal. Perbandingan L/B yang besar terutama sesuai untuk kapal-kapal dengan kecepatan yang tinggi dan mempunyai perbandingan ruangan yang baik, akan tetapi mengurangi kemampuan olah gerak kapal dan mengurangi kemampuan stabilitas kapal. Lebar kapal B mempunyai pengaruh terhadap tinggi metasentra. Penambahan lebar dengan displacement, panjang kapal dan sarat kapal tetap akan menyebabkan kenaikan tinggi metasentra MG. Perbandingan H/T terutama berhubungan dengan reserve displacement atau daya apung cadangan. Lavender (2010) memberika nilai Fn berkisar 0,22-0,28 untuk kapal feri tipe roro. Kecepatan dalam rentang nilai tersebut sangat rendah dan hanya dapat digunakan untuk pelayaran jarak dekat. Kanerva (2000) memberikan perbedaan terhadap kapal feri roro, tipe konvensional berkecepatan rendah dengan displacement yang besar memiliki Fn lebih rendah dari 0,30. Kapal feri tipe roro yang beroperasi di KTI memiliki Fn berkisar 0,22 sampai 0,33. Dengan memaksimalkan fungsi kapasitas muatan kendaraan pada kapal feri roro maka karakteristik koefisien blok lambung kapal yang besar diperlukan untuk mendapatkan dispalcement yang besar pada sarat terendah. Dalam optimalisasi menggunakan batasan CB berdasarkan karakteristik kapal feri yang beroperasi di KTI yang berkisar 0,37-0,69. Batasan ini diformulasikan dengan persamaan sebagai berikut : ( CB – 0,37 ) ≤ 0, ( 0,69 – CB ) ≤ 0
(5)
Tinggi lambung timbul minimum kapal harus diperhatikan agar kapal selalu mempunyai daya apung cadangan, dimana hal ini menyangkut keselamatan dalam pelayaran. Lambung timbul (Fb) minimum telah diatur dalam International Load Line Convention 1996. Batasan ini diformulasikan dengan persamaan sebagai berikut: (1,76.L1,43- Fb ) ≤ 0
(6)
Batasan ini merupakan batasan dasar dalam desain kapal. Untuk menjaga variasi serta perubahan berat muatan maka diberikan toleransi berat 5% dari selisih displacement volume dengan displacement berat kapal. Batasan ini dapat diformulasikan sebagai berikut : V W V
0,05
(7)
Tinggi metasentra melintang (MG) memberikan indikator karakteristik stablitas dari setiap kapal (Ravn, 2003). Tinggi metasentra melintang MG untuk kapal penumpang yang beroperasi antar pulau diperairan tertutup dan terbuka berkisar 0,5 m sampai 2,2 m (Schneekluth dkk, 1998). Batasan ini dapat diformulasikan sebagai berikut : (0,5 – MG ) ≤ 0, (MG – 2,2) ≤ 0
(8)
Kapal dengan nilai MG tinggi akan memiliki periode oleng yang pendek dengan gerak yang tidak nyaman (uncomfortable) pada kecepatan tinggi (Watson, 1998). Kapal dengan nilai MG rendah akan memiliki periode oleng yang lama dan lebih nyaman. Kapal feri tipe roro memiliki jarak titik grafitasi yang rendah, hal tersebut mengasilkan periode oleng yang pendek berkisar 7 detik (IMO, 1997). Batasan ini dapat diformulasikan sebagai berikut : (7 –
0,77.B MG
)≤0
(9)
Batasan infrastruktur yaitu kondisi serta informasi pelabuhan penyeberangan yang berada pada jalur lintas kajian. Panjang dermaga (Lp), kedalaman kolam pelabuhan (Lws) dan movable bridge (MB) pelabuhan dijadikan sebagai batasan (constraints) dalam optimalisasi. Gelombang laut dan kecepatan angin merupakan fenomena alam yang sangat mempengaruhi efisiensi operasional dan keselamatan bagi kegiatan transportasi laut, sehingga informasi terhadap variasi dan karakteristik gelombang laut tentu sangat diperlukan. Ketinggian gelombang di laut memberi pertimbangan terhadap tinggi lambung timbul. Penutup palka pada kondisi lambung timbul (freeboard) terendah kapal bermuatan curah merupakan pelindung utama untuk menghadapi banjir (flooding) pada cuaca buruk dengan gelombang tertinggi. Dalam kondisi tersebut dampak yang signifikan adalah terjadinya green seas. Oleh karena itu konsekuensi dari ketidaksempurnaan penutup palka pada lambung timbul terendah memiliki resiko tinggi terhadap muatan (Vassalos dkk, 2003). Kecepatan kapal (VS) dengan bentuk geladak akomodasi konvensional pada kondisi muatan penuh akan berkurang sekitar 3-5 knot pada kecepatan angin (VW) sebesar 30 knot (Sugata dkk, 2010). Tahapan desain mengikuti proses perancangan kapal yang umumnya dilakukan pada tahap pra-rancangan, dengan penambahan beberapa kontrol desain guna mendukung penentuan fungsi objektif optimalisasi. Tahapan desain terdiri dari kontrol ruang muat, trip, daya mesin, kontrol berat kapal, kontrol stabilitas kapal, tonase kapal, perhitungan harga kapal. Pada proses optimalisasi kesemua tahapan melalui proses iterasi (perulangan) hingga mendapatkan ukuran optimal.
KESIMPULAN DAN SARAN Telah diperoleh bagan alir perancangan kapal penyeberangan di KTI menggunakan teknik optimalisasi dengan metode pemrograman linear berdasarkan kondisi permintaan (karakteristik muatan feri roro), infrastruktur (Lp, Lws, MB), dan oseanografi (Hw, Hwm, Vw) mengunakan batasan pertidaksamaan rasio Loa/H (12-16,5), rasio Loa/B (3,47-4,52), rasio B/T (5,1-6,67), rasio H/T (1,31-1,83), Fn ≥ 0,3, Fb ≥ (1,76.L1,43 mm), CB (0,37-0,69), MG (0,5-2,2 m), dan Troll ≥ 7 detik, serta batasan persamaan kesetimbangan berat kapal ((ΔV – ΔW)/ΔV ≥ 0,05). Perancangan kapal penyeberangan dengan tujuan meminimalisasi biaya operasional kapal (BOK) signifikan terletak pada berat baja kapal (WST) yang linear terhadap kenaikan harga kapal (PS). Revitalisasi dalam bidang armada perkapalan perlu menjadi perhatian pada koridor Sulawesi, karena terlihat dalam MP3EI kegiatan ekonomi utama dalam bidang perkapalan dan peralatan transportasi hanya dikembangkan di koridor Sumatra dan Jawa. PT. ASDP dan pemerintah perlu melakukan pemetaaan armada kapal penyeberangan berdasarkan kondisi permintaan, oseanografi dan infrastruktur untuk mendapatkan nilai efektif kapal untuk setiap lintasan, karena terjadi beberapa ketidaksesuaian dari operasionalisasi kapal penyeberangan pada sebagian besar lintasan di KTI. DAFTAR PUSTAKA International Maritime Organization. (1997). IMO and Ro-ro Safety. London, United Kingdom. Kanerva, Markku. (2000). The Future of Ship Design. Deltamarin Limited. MPI Group, United Kingdom. Kumar, Nagesh D. (2007). Optimization Method : Classical and Advanced Techniques for Optimization. Indian Institute Of Sience. Handbook. India. Levander, Oscar. (2010). Energy Efficient Cruise And Ferry Concept. Compendium Marine Engineering, Ship & Offshore No.1. Halaman 10 -13. Muslihati. (2011). Formulasi Tarif Angkutan Penyeberangan Perintis. Prosiding Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan (SENTA). Halaman A 12-17. Papanikolaou, A. D. (2011). Holistic Design and Optimisation Of High-Speed Marine Vehicles. The 9th HMSV Symposium, IX HSMV 25 - 27 May 2011. Naples, Italia. Ray, Fernando. (2011). Perancangan Program Aplikasi Optimasi Listrik Pada Industri Plastik Menggunakan Metode Sequential Dynamic Programming (Skripsi). Binus. Tidak Dipublikasikan. Ravn, Eric Sonne. (2003). Probabilistic Damage Stability of Ro-ro Ships. Technical University of Denmark, Maritime Engineering. Disertasi. Denmark. Schneekluth, H dan Bertram, V. (1998). Ship Design for Efficiency and Economy. Second Edition. Butterworth-Heinemann. London. Sugata, Kohei. Iwamoto, Yu. Ikeda, Yoshiho. Nihei Yasunori. (2010). Reduction of Wind Force Acting on Non-Ballast Ships. The 5th Asia-Pacific Workshop on Marine Hydrodymics. Osaka, July 1-4, 2010. Jepang.
Vassalos, D. Luis Guarin. Jasionowski. Zheng. (2003). A risk-based first-principles approach to assessing green seas loading on the hatch covers of bulk carriers in extreme weather conditions. Elsevier Journal, Marine Structures 16 - 2003. Halaman 659–685. Watson, David. (1998). Practical Ship Design. Elsevier Ocean Engineering Book Series. Volume I, First Edition. British. Younis, G.M. dkk. (2011). Techno-Economical Optimization for River Nile Container Ships. Journal Brodo Gadja. Vol. 62 No. 4. Halaman 383 - 395. Zaky, Moch. (2012). Analisa Keselamatan Kapal Feri Ro-Ro Ditinjau Dari Damage Stability. Biro Klasifikasi Indonesia, Penelitian Mandiri. Jakarta.
Gambar 1. Bagan alir optimalisasi perancangan kapal
