PERANCANGAN SISTEM PERMESINAN PADA...

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

mailto:[email protected]


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:


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


∑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


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


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


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/

http://www.dredging.org/

http://www.dredgesource.com/

PERANCANGAN SISTEM PERMESINAN PADA...

Documents

Transcript of PERANCANGAN SISTEM PERMESINAN PADA...