perancangan sistem permesinan pada … · media berupa tanah liad, ... gambar diatas merupakan...
TRANSCRIPT
JURNAL TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Vol. 1, No. 1 (2013) 1-7
PERANCANGAN SISTEM PERMESINAN PADA TRAILING
SUCTION DREDGER (TSD) SEBAGAI METODE PENGERUKAN
DI PELABUHAN
Alfan Fadhli, Ir. Agoes Santoso, Msc.M.Phil ,Ir. Amiadji M.M, M.Sc
Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
Abstrak ---Trailing Suction Dredger
(TSD) adalah salah satu jenis kapal keruk dari
beberapa jenis kapal keruk yang ada. Sistem
permesinan yang beroperasi pun lebih bervariatif
karena selain kapal harus bergerak (moving) kapal
juga melakukan aktivitasnya dalam melakukan
pengerukan. Dalam operasinya, kapal keruk ini
akan bekerja di perairan Pelabuhan Tanjung Emas
Semarang. Dalam perancangan sistem
permesinannya ada beberapa parameter yang perlu
diperhatikan antara lain lokasi pengerukan,
kapasitas produksi, kedalaman pengerukan, jenis
material yang akan dikeruk, ukuran kapal, dan
akses menuju ke tempat kerja. Dalam skripsi ini,
akan dilakukan beberapa variasi perhitungan,
analisa dan desain rencana umum kapal keruk
(TSD). Perhitungan dan analisa yang dilakukan
pada sistem permesinannya antara lain
perhitungan kapasitas dan penentuan pompa hisap,
perhitungan kapasitas dan penentuan towing
winch suction pipe, perhitungan dan pemilihan
mesin penggerak kapal keruk, serta desain kapal
keruk yang direncanakan. Selanjutnya, setelah
dilakukan perhitungan dan analisa tersebut,
penentuan spesifikasi dijadikan dasar dalam
pemilihan komponen / unit pada sistem
permesinan kapal keruk TSD tersebut.
Kata kunci: Triling Suction Dredger, Sistem
permesinan, Towing winch suction pipe, Pompa.
I. PENDAHULUAN
Dalam industri maritim peranan
pengerukan (dredger) sangat penting untuk
menjaga kedalaman lautan Indonesia agar
memungkinkan untuk kapal-kapal besar bersandar.
Selain untuk menjaga kedalaman perairan
pelabuhan, lahan perairan baru yang dibuka untuk
perluasan area pelabuhan menggunakan proses
pengerukan. Pada umumnya, metode pengerukan
trailing suction dredger merupakan metode
pengerukan yg tepat untuk pembukaan lahan baru
dengan skala besar. Trailing suction dredger
adalah salah satu metode pengerukan mekanik
yang banyak digunakan pengerukan ditempat
perairan luas dengan metode pengerukan erosi
atau aliran hisap yang bergerak bebas. Dalam
prinsip kerjanya trailing suction dredger (TSD)
dapat melakukan pengerukan (menghisap) pada
media berupa tanah liad, lumpur dan kerikil dan
dengan mudah bergerak pada perairan. Dalam
pengoperasiannya tentu banyak sistem untuk
mendukung proses pengerukan persebut agar bisa
bekerja maksimal seperti pompa-pompa, instalasi
perpipaan, towing winch, dan beberapa sistem
pendukung lain.
II. URAIAN MATERI
A. Kapal Keruk Trailing Suction Dredger Kapal keruk atau dredger ship adalah kapal
yang memiliki peralatan khusus yang digunakan
untuk proses pengerukan. Kapal ini digunakan
berbagai macam kebutuhan di maritim antara lain
yaitu kebutuhan di suatu pelabuhan, rute dari
pelayaran, dan industri lepas pantai. Pada trailing
suction dredger, hasil dari penggalian tersebut
akan di hisap oleh pompa dan didistribusikan
kedaratan ataupun bak (pontoon) untuk diproses
lebih lanjut. Kapal keruk hisap (trailing suction
dredger) adalah kapal keruk stasioner
dilengkapi dengan perangkat head suction
yang kemudian dihisap oleh aliran pompa
JURNAL TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Vol. 1, No. 1 (2013) 1-7
pengeruk. Selama operasi, Metode Trilling
Suction yaitu metode yang bekerja dengan
cara menyeret pipa penghisap ketika bekerja,
kemudian dihisap dengan slurry pump dan
kemudian disalurkan ke dalam kapal dan
ketika penampung sudah penuh trailling
suction hopper dradger berlayar menuju
lokasi pembuangan. Karakteristik dari trailing
suction dredger ship ini adalah sebuah kapal laut
yang mempunyai system penggerak sendiri (self-
propelled) yang dilengkapi dengan peralatan dan
system equipment untuk melakukan proses
pengerukan. Berikut ini adalah karakteristik kapal
keruk :
B. Bidang Aplikasi. Kapal keruk trailing suction dredger memiliki
area aplikasi yang sangat luas sehingga disebut
pekerja keras pada industry pengerukan. Oleh
karena itu, perlu adanya system pelabuhan untuk
posisi kapal saat proses pengerukan agar tidak
terkendala oleh kapal lain yang lewat / berlayar.
Trailing suction dredger sangat cocok untuk
menjaga dan memelihara kedalaman air terutama
di daerah pelabuhan, namun sering juga
diaplikasikan untuk reklamasi tanah. Kapal keruk
ini dilengkapi dengan pompa hisap yang
terhubung dengan pipa hisap dan digunakan untuk
pengerukan bagian dasar laut.
C. Prinsip Kerja Ketika kapal keruk trailing suction dredger
tiba di lokasi yang akan dikeruk maka kecepatan
kapal akan berkurang menjadi sekitar 2 – 3 knot,
kemudian pipa hisap diturunkan sampai posisi
mulut hisap pipa (drug heads) beberapa meter di
atas dasar laut, lalu pompa hisap dinyalakan
sampai pipa hisap turun ke dasar laut dan
pengerukan bisa dimulai. Banyaknya kedalaman
material yang akan dikeruk ditunjukkan pada layar
monitor peta elektronik di kapal, selain itu pada
layar monitor juga menunjukkan posisi, arah dan
perjalanan kapal. Ketika pengerukan berhenti, pipa
hisap dibersihkan dengan cara dipompa untuk
mencegah pengendapan pasir atau kerikil pada
pipa yang akan menjadi beban tambahan pada
pengerek/towing winch.
D. Kapasitas pompa yang digunakan
Dalam perencanaan ini ditentukan
kapasitas produksi yaitu sebesar 2000 m3/jam.
Adapun komposisi material yang terdapat pada
perairan pelabuhan yang akan dihisap terdiri dari
lumpur, kerikil, pasir dan air laut. Dimana
prosentase penghisapan sebagai berikut:
N
o
MATERIAL BERAT
JENIS
ton/m3
PROSEN
TASE
JUM-
LAH
(ton/
m3)
1 Lumpur 2,0 25 % 0,50
2 Kerikil 1,8 5 % 0,09
3 Pasir 1,4 10 % 0,14
4 Air laut 1,025 60 % 0,615
Jumlah 1,345
Head adalah energi mekanik yang
terkandung dalam satu satuan berat zat cair yang
mengalir. Secara umum head dirumuskan sebagai
berikut:
Dimana:
P = Tekanan zat cair (Kgf/m)
v = rata-rata kecepatan aliran zat cair (m/s)
γ = berat zat cair persatuan volume (kgf/m3)
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
z = Ketinggian (m)
Head total adalah gabungan antara static head
(Hs), pressure head (Hp), velocity head (Hv) dan
ditambah losses karena friction (Hf) pada suction
dan discharge pump.
Ht = Hs + Hp + Hv + Hf
Head Statis (Hs), merupakan head karena
perbedaan ketinggian antara muka air pada sisi
isap dan sisi keluar. Dirumuskan sebagai berikut:
Hs = Z2 – Z1 , Dimana:
JURNAL TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Vol. 1, No. 1 (2013) 1-7
Z1 = tinggi permukaan cairan pada posisi masuk
= 10 m/s
Z2 = tinggi permukaan cairan pada posisi keluar
= 2 m/s
Sehingga, Hs = Z2 – Z1
= 10 – (–2) = 12 m
Head Tekanan (Hp), adalah head yang
diperlukan untuk mengatasi suatu tekanan di
dalam aliran fluida dari sistem pada suatu pompa.
Dirumuskan sebagai berikut:
Dimana
P2 –P1= beda tekanan pada kedua
permukaan sisi masuk dan keluar
ρ = berat jenis cairan (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
maka
Hp = 0 (karena pelabuhan dalam keadaan alam
terbuka, maka tekanan pada saat masuk dan keluar
nilainya sama).
Head Kecepatan (Hv), merupakan head karena
perbedaan kecepatan pada sisi dischrage dan
suction. Dirumuskan sebagai berikut:
𝑣 =𝑣2
2− 𝑣12
2 𝑔 Dimana:Dimana:
𝑣1 = kecepatan rata-rata pada posisi
masuk (m/s)
= 3,5 m/s
𝑣2 = kecepatan rata-rata pada posisi
keluar (m/s)
= 4 m/s
g = percepatan gravitasi (m/s2)
= 9,8 m/s2
Maka : 𝐻𝑣 =𝑣2
2− 𝑣12
2 𝑔
𝐻𝑣 =42−3,52
2 𝑥 9,8
𝐻𝑣 = 0,277 𝑚/𝑠
Head Losses (Hf), Merupakan head yang
diperlukan untuk mengatasi kerugian-kerugian
gesekan pada pipa (head loss minor) yang
dirumuskan dengan HLminor = f x ( v2 / 2g ), serta
head yang diperlukan untuk mengatasi kerugian
karena panjang pipa (head loss major) yang
dirumuskan sebagai
Head loss mayor total = 15,34 m
Head loss minor total = 19,45 m
Head loss total = 34,79 m
Head total = Hs + Hp + Hv + Hl
= 12 + 0 + 0,277 + 34,79
= 48,069 m
Maka, dua data utama yang didapat yaitu:
- Kapasitas pompa = 2000 m3/hr
- Head = 48,069 m
Berdasarkan dua data tersebut, maka
didapatkan pemilihan pompa sebagai berikut
Nama pompa = Slurry Pump300ZJ-A70
Kapasitas = 635 -2333 m3/jam
Head = 16 – 76,8 m
Daya maks = 630 kW
Kec. putaran = 490 – 980 rpm
Max Ø partikel = 92 mm
E. Kapasitas Towing Winch yang digunakan Sebelum menentukan kapasitas pengerek
pipa hisap (winch), terlebih dahulu kita harus
mengetahui berapa beban yang akan diangkat oleh
winch tersebut.
Berat pipa hisap pada kondisi kosong (JIS
std.) Spesifikasi berat pipa hisap Ø300 mm
g
PPHp
12
g
PPHp
12
g
v
D
LHmayor
2
2
JURNAL TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Vol. 1, No. 1 (2013) 1-7
∑τ = 0
sch 80 (JIS standart material) 129,14 kg/m
untuk panjang 12,5 m adalah 1,614 ton
Berat pipa hisap pada kondisi terisi material
hisap dengan asumsi penghisapan lumpur
25%, kerikil 5% , pasir 10% dan air laut 60%,
seberat 8,51 ton
Gambar diatas merupakan ilustrasi bentuk
dan posisi kerja towing winch , sehingga diperoleh
beberapa gaya yang bekerja pada gambar sistem
tersebut
Diketahui :
W = 8,51 ton L1 = 9,4 m
Ɵ2 = 90° - 53° = 37° L2 = 8,0 m
Maka,
( Ɵ1 + Ɵ2 ) + x = 90°
Ɵ1 + Ɵ2 = ( 90° - x )
Ɵ1 = 90° - x - Ɵ2
Ɵ1 = 90° - 12° - 37°
Ɵ1 = 41°
Tx = T cos Ɵ1
Ty = T sin Ɵ1
Wx = W sin Ɵ2
Wy = W cos Ɵ2
Ty . L1 – Wy . L2 = 0
Ty . L1 = Wy . L2
Ty = Wy . L2
L1
T sin Ɵ1 = W cos Ɵ2 . L2
L1
T1 = W cos Ɵ2 . L2
sin Ɵ1 . L1
T1 = 8,67 x 103 Newton
Direncanakan diameter katrol (single pulley) Ø
300mm terbuat dari baja tuang dengan tebal 60mm
mempunyai berat sebesar 32,2 kg dengan
kecepatan gerak katrol untuk 1 putaran 10 s.
Inersia pada katrol besarnya yaitu :
I = ½ x Mk x r2
I = ½ x 32,2kg x (0,15m)2
I = 0,36 kg.m2
Untuk perubahan sudut tiap selang waktu maka :
ω = ΔƟ = Ɵ2 – Ɵ1
Δt t2 – t1
Sehingga perubahan kecepatan sudut pada katrol
(α) ditentukan,
Maka nilai α = Δ ω = ω 2 – ω 1
Δt t2 – t1 = 41 – 36
10 – 0
= 0,5 rad/s
Tegangan tali (wire) pada saat menurunkan
suction pipe sebesar :
T2 = T1 – ( I x α ) = 8,67 x 103 – (0,36 x 0,5) = 7,47 x 103 N
R 0,15
Tegangan tali (wire) pada saat menarik suction
pipe sebesar :
T2 = T1 + ( I x α ) = 8,67 x 103 + (0,36 x 0,5) = 9,87 x 103 N
R 0,15
Setelah didapat besaran nilai untuk nominal pull
(T2), maka bisa dilakukan pemilihan winch sesuai
spesifikasi yang ada yaitu :
JIANGSHU – TOWING WINCH / JM.SERIES
Type : JM2A
Rated pull : 20kN
Speed : 16,7 m/min
Wire Ø : 12,5 mm
Roll cap. : 100 m
Motor type : Y160M-6
Power : 7,5 kW
Length dim. : 1010 mm
Width dim. : 960 mm
Thick. dim. : 587 mm
JURNAL TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Vol. 1, No. 1 (2013) 1-7
Total weight : 480 kg
F. Kebutuhan Tenaga Penggerak Kapal. Pada tahap berikutnya yaitu melakukan
perancangan desain kapal yang akan digunakan
sebagai kapal keruk trailing suction. Setelah
menentukan pompa dan winch untuk mengangkat
suction pipe yang digunakan, maka ditentukan
kapal yang akan digunakan sebagai sarana
pengerukan dengan spesifikasi sebagai berikut ,
LOA = 31,16 m
Hull LOA = 22,60 m
B = 7,70 m
T = 1,00 m
H = 2,15 m
Vs (operation) = 3 knots/h
V max (moving) = 8 knots/h
Dengan menggunakan software maxsurf, besar
nilai tahanan pada lambung kapal bisa dianalisa
dan ditampilkan pada software hull speed.
Langkahnya yaitu dengan cara mendesain terlebih
dahulu bentuk kapal beserta ukuran utama kapal
yang disesuaikan pada hydromax yang juga bagian
dari software maxsurf. Berikut adalah tampilan
desain lambung kapal dengan menggunakan
maxsurf :
Untuk mengetahui berapa besar nilai tahanan
kapal maka beberapa beberapa koefisien –
koefisien kapal diperlukan sebagai data utama
seperti kecepatan kapal, sarat air kapal serta
ukuran utama kapal . setelah dilakukan analisa
maka akan tampak data karakteristik lambung
kapal di bawah air sebagai berikut datanya :
Principle value unit
LWL 21.804 m
Beam 7.7 m
Draft 1 m
Displaced volume 32.957 m^3
Wetted area 108.837 m^2
Prismatic coeff. 0.648
Waterplane area coeff. 0.232
1/2 angle of entrance 8.11 deg.
LCG from midships(+ve for'd) -2.556 m
Transom area 2.334 m^2
Transom draft 1 m
Max sectional area 2.334 m^2
Draft at FP 1 m
Deadrise at 50% LWL 0 deg.
Air density 0.001 tonne/m^3
Appendage Factor 1
Correlation allow. 0.0004
Kinematic viscosity 1.19E-06 m^2/s
Water Density 1.026 tonne/m^3
Sedangkan data kapal yang menunjukkan besar
nilai tahanan, kecepatan kapal dan power yang
dibutuhkan pada analisa menggunakan hull speed
nilainya adalah :
no speed (knot) resist. (kN) power (kW)
1 0 -- --
2 0.6 -- --
3 1 -- --
4 1.6 0.02 0.02
5 2 0.05 0.07
6 2.6 0.12 0.23
7 3 0.18 0.39
8 3.6 0.28 0.74
9 4 0.34 1.01
10 4.6 0.69 2.34
11 5 1.07 3.92
12 5.6 1.87 7.7
13 6 2.41 10.64
14 6.6 3.34 16.18
spesifikasi towing winch
Gambar 4.8 desain lambung kapal menggunakan maxsurf
JURNAL TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Vol. 1, No. 1 (2013) 1-7
15 7 4.09 21.03
16 7.6 5.18 28.94
17 8 6.16 36.2
Dari hasil analisa diatas maka nilai tahanan total
(RT)untuk menggerakkan kapal dengan kecepatan
8 knots/h adalah sebesar 6.16 kN dengan power
atau daya efektif yang diperlukan (EHP) sebesar
36,2 kW. Untuk dapat mengetahui besar daya
mesin yang akan digunakan maka harus dilakukan
perhitungan koefisien propulsi diantaranya :
- Koefisien lambung / ηhull
wake fractional,
w = 0,70 Cp – 0,3 + 0,3 (0,4 - a/b)
= 0,34
trust deduction factor, t = 0,5 Cp – 0,9
= 0,24
ηhull = (1-t) / (1-w) = 1,16
- Efisiensi propeller / ηO, Merupakan efisiensi
baling-baling pada kondisi perairan terbuka
yang besar efisiensinya berdasar uji air
terbuka berkisar antara 40%-70%, diambil
41%.
- Relative rotatif efficiency / ηrr, Adalah nilai
kapal dengan jenis baling-baling sekrup
tunggal dengan nilai diantara 1,02 – 1,05 dan
direncanakan 1,02.
- Koefisien pendorong / PC, Adalah nilai
koefisien yang diperoleh dari perkalian antara
efisiensi lambung,efisiensi rotative relative
dan efisiensi baling-baling, PC = ηhull x ηO x
ηrr = 0,496
Jika nilai EHP (36,2 kW = 48,54 HP) dan
koefisien propulsi kapal sudah diketahui, maka
besar kapasitas mesin yang akan kita gunakan
yaitu :
1. Delivery Horse Power, DHP = EHP / PC =
72,98 kW
2. Trust Horse Power, THP = EHP / ηhull = 31,20
kW
3. Shaft Horse Power, SHP = DHP / ηsηb = 75,23
kW, dengan asumsi efisiensi poros baling-baling
0,97
4. Brake Horse Power, dengan asumsi efisiensi
gearbox 0,98
BHPscr = SHP / ηG = 76,76 kW
BHPmcr = BHPscr / 0,85 = 90,30 kW
Berdasarkan hasil analisa tersebut maka kebutuhan
power untuk menggerakkan kapal dapat
ditentukan yang sesuai spesifikasinya yaitu :
CATERPILLAR (marine engine propulsion)
Type : 3056 – LEHM0724
Power : 93 kW / 125 BHP
Rpm : 2600
Stroke : 4 stroke – cycle diesel
Starting: electric motor starting
G. Perancangan Sistem Instalasi dan Desain
Kapal Keruk TSD.
Sistem instalasi pipa dan posisi pompa
Berdasarkan pertimbangan luas area pengerukan
dan akses transportasi menuju Pelabuhan Tanjung
Emas Semarang maka ditentukan dimensi Kapal
keruk TSD.
LOA = 31,16 m
Hull LOA = 22,60 m
B = 7,70 m
T = 1,00 m
H = 2,15 m
Vs (operation) = 3 knots/h
V max (moving) = 8 knots/h
JURNAL TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Vol. 1, No. 1 (2013) 1-7
III. KESIMPULAN
Setelah dilakukan pembahasan beberapa
rumusan masalah pada tugas akhir ini maka
ada beberapa kesimpulan yang mengacu pada
isi pembahasan tersebut adalah jenis sistem
permesinan yang dirancang pada kapal keruk
Trailing Suction Dredger ini adalah
1. Pompa hisap untuk pengerukan
2. Towing winch untuk mengangkat pipa
hisap
3. Mesin penggerak utama kapal
4. Desain lambung kapal
Dari beberapa pembahasan pokok tersebut
maka spesifikasi sistem permesinan yang
terdata diantaranya :
No Sistem permesinan Type /merk Spesifikasi
1 Horizontal slurry
pump
Slurry pump
300ZJ - A70
Cap. = 2333 m3/jam
Head = 76,8 m
Power = 630 kW
Ø suction = 18 “
Ø discharge = 14,5”
2 Towing winch Jiangshu
JM2A
Rated pull = 20 kN
Speed = 16,7 m/min
Ø wire = 12,5 mm
Roll cap. = 100 m
Motor (power) = 7,5
kW (Y160M-6)
3 Mesin penggerak
utama
Caterpillar
3056–
LEHM07244
4 Stroke
Power = 93kW/
125BHP
rpm = 2600
4 Desain lambung
kapal Catamaran
LOA = 31,16 m
Hull LOA = 22,60
T = 1,00 m
H = 2,15 m
Vs (operasional) = 3
knots/jam
Vmax (moving) = 8
knots/jam.
IV. REFERENSI
1. Adji, S.W. Modul 1 Resistance & Propulsion
(copyright 2009), Surabaya.
2. Bray, R.N. Bates, A.d. Land, J.M. 1997.
Dredging, A Handbook for Engineers,
Second Edition. London. Arnold.
3. Herbich, John B. 1992. Handbook of
Dredging Engineering. McGraw-Hill-Inc.
4. Roorda, A. Vertregt, J.J. 1963. Floating
Dredges. Haarlem. De Technische Uitgeverij
H. Stam N.V.
5. Turner, Thomas M. 1992. Fundamentals of
Hydraulic Dredging, Second Edition. ASCE
Press, Virginia.
6. Vlasblom, W.J. Dredging Book.
7. Slurry Pump Handbook – 2009 edisi ke 4.
8. www.dredging.org
9. www.dredgesource.com/