1

PERBANDINGAN COMBINED CYCLE PROPULSION PLANT DAN MESIN DIESEL

DUAL FUEL SEBAGAI SISTEM PENGGERAK KAPAL TANKER LNG

Adhitya Nugraha / 20406016

Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin

ABSTRAKSI

Kapal tanker LNG merupakan sarana transportasi yang paling handal dalam pengiriman

LNG di dunia. Perjalanan kapal tanker LNG menghasilkan uap akibat ekspansi dari ruang

muat LNG. Uap yang terjadi disebut dengan Boil Off Gas (BOG). BOG yang terjadi terbuang

percuma oleh sebab itu BOG ini dimanfaatkan sebagai bahan bakar pada kapal tanker LNG

untuk penghematan bahan bakar. Salah satu penggerak kapal pengangkut LNG yang dapat

menggunakan dan memanfaatkan BOG adalah Combined Cycle Propulsion Plant (CCPP)

yaitu gabungan dua siklus turbin gas dan turbin uap. BOG ini dapat juga digunakan pada

mesin penggerak kapal tanker LNG yang menggunakan diesel dual fuel. Pada penelitian ini

dibahas perbandingan antara CCPP dan diesel dual fuel yang menggunakan BOG dan

minyak sebagai bahan bakarnya. Dengan menggunakan CCPP diperoleh tenaga (W) sekitar

1.53MJ/kg dan effisiensi thermal 0.45. Sedangkan menggunakan diesel dual fuel diperoleh

tenaga (W) sekitar 1.79 MJ/kg dan effisiensi thermal 0,75. Penggunaan Combined Cycle

Propulsion Plant (CCPP) akan menghemat pengeluaran untuk bahan bakar sekitar Rp 1.6

triliun/tahun.

Kata Kunci : Gas Alam Cair, Boil Off Gas (BOG), Penggerak Kapal, Combined Cycle

Propulasion Plant, Diesel Dual Fuel

PENDAHULUAN

Bahan bakar adalah salah satu dari

komponen penggerak pada mesin – mesin

yang memakai bahan bakar sebagai sistem

pengapiannya, tanpa bahan bakar mesin

tidak akan berfungsi sebagaimana fungsi

mesin tersebut seperti pada mesin

kendaraan tidak akan bisa bekerja mesin

tersebut tanpa ada bahan bakar, bahan

bakar terbagi atas bahan bakar minyak dan

bahan bakar gas. Bahan bakar minyak lebih

banyak digunakan tetapi pada saat ini

persediaan minyak bumi semakin

berkurang maka para ahli ilmuan pun

mencari solusinya dengan mengganti bahan

bakar minyak dengan menggunakan bahan

bakar gas yang berasal dari gas alam di

karnakan gas alam lebih rendah untuk

menghasilkan zat yang merusak

lingkungan.

Liquefied Natural Gas (LNG) adalah gas

alam yang dicairkan dengan didinginkan

hingga mencapai suhu -160oC pada tekanan

1 atm. Setelah gas alam melewati proses

pencairan menjadi LNG, kemudian

disimpan dalam tangki penyimpanan

setelah itu ditransfer ke kapal untuk dibawa

ke pembeli atau yang membutuhkan LNG

tersebut. LNG sudah ditransfer melalui laut

menggunakan kapal yang berdesain khusus

yang disebut kapal LNG carrier, atau juga

sering disebut kapal tanker LNG.

Pada saat diperjalanan LNG pun

mengalami penguapan alami atau yang

sering disebut Boil Off Gas (BOG), BOG

ini terbuang percuma pada saat perjalanan

maka dari itu di manfaatkanlah BOG ini

sebagai bahan bakar tambahan pada kapal

LNG carrier untuk menghemat bahan

bakar. BOG ini digunakan pada mesin

2

kapal LNG Combined Cycle Propulsion

Plant (CCPP) dan mesin diesel dual fuel.

Combined Cycle Propulsion Plant (CCPP)

adalah gabungan antara siklus turbin gas

dengan siklus turbin uap, CCPP ini terjadi

dikarnakan untuk menghasilkan tenaga

yang lebih, dari pada terpisah penggunaan

turbin gas dan turbin uap dan mesin diesel

dual fuel adalah mesin diesel yang

menggunakan dua bahan bakar yaitu

menggunakan minyak (Solar) dan BOG

dari hasil penguapan yang terjadi pada

LNG.

LANDASAN TEORI

Liquefied Natural Gas (LNG)

Liquefied Natural Gas (LNG)

adalah gas alam yang dicairkan dengan

didinginkan hingga mencapai suhu -160oC

pada tekanan 1 atm. LNG mempunya

komposisi kimia terbanyaknya adalah

Methana, lalu sedikit Ethana, Propana,

Butana dan sedikit sekali Pentana dan

Nitrogen, kompresi volume yang cukup

besar ini memungkinkan transportasi gas

dalam bentuk cair untuk jarak jauh dengan

biaya yang lebih effisien dan dapat

ditransportasi oleh kendaraan LNG.

Sifat LNG tidak beracun (non

toxic), tidak berbau (odorless), tidak

menimbulkan karat (non corrosive), tidak

mudah terbakar/meledak (non

combustible), tidak menghasilkan banyak

polutan berbahaya (hanya sedikit CO2,

NOx, dan SOx) sehingga ramah

lingkungan. LNG tidak mudah terbakar

LNG baru akan mudah terbakar jika dalam

fase gas atau uapnya (vapour), jika

persentase uap LNG kurang dari 5%, maka

tidak mudah terbakar (non flammable) dan

begitu pula jika kurang dari 15% termasuk

non flammable karena terlalu banyak gas di

udara sehingga kurang oksigen untuk

membuatnya terbakar. Penyimpanan

(storage) LNG disimpan di dalam tangki

khusus dengan lapisan luar dari logam (9%

nikel) pada suhu yang sangat rendah

(cryogenic temperature), penyekatan

(insulation) yang baik, beton luar yang

tebal, dan atap melengkung sehingga tangki

mampu menampung 110% volume LNG

didalamnya[8]

.

Teknologi Pencairan LNG

Proses pencairan gas menjadi LNG

berupa pencairan gas alam menggunakan

media pendingin (refrigerant). Kilang

pencairan bisa terdiri dari beberapa unit

paralel (train). Gas alam dicairkan

mencapai suhu sekitar -256oF atau -160

oC

dengan tekanan 1 atm. LNG adalah cairan

kriogenik. Istilah kriogenik berarti

temperatur rendah, umumnya di bawah -

100oF.

Teknologi pencairan merupakan

elemen utama pada kilang LNG. Terdapat

beberapa proses lisensi pencairan dengan

berbagai tingkat penerapan dan

pengalaman. Prinsip dasar untuk

pendinginan dan pencairan gas

menggunakan pendingin adalah termasuk

menyesuaikan sedekat mungkin kurva

pendinginan/pemanasan gas proses dan

pendingin. Hasilnya berupa proses

termodinamika yang lebih efisien yang

membutuhkan daya yang lebih efisien

perunit LNG yang diproduksi. Hal ini

berlaku pada semua proses pencairan.

Peralatan utama proses ini meliputi

kompresor yang digunakan untuk

mensirkulasikan pendingin, penggerak

kompresor, dan alat penukar panas untuk

mencairkan dan menukar panas antar

pendingin. Gas alam, mencair pada kisaran

temperatur tertentu. Kurva panas dapat

disesuaikan dengan meminimalkan

perbedaan temperatur antara proses

pendinginan gas dan aliran pendingin. Hal

ini dapat tercapai dengan menggunakan

lebih dari satu pendingin pada tingkat

tekanan yang berbeda untuk kemudian

selanjutnya memecah kisaran temperatur

untuk dapat mendekati kurva panas.

3

Boil Off Gas (BOG)

Boil off gas (BOG) adalah emisi gas

metan dari liquefied natural gas (LNG)

akibat panas udara dan perubahan tekanan

barometrik. Boil off gas terjadi karna pada

saat proses pengiriman Liquefied Natural

Gas (LNG), akibat udara yang panas

membuat LNG pada kargo kapal LNG

carrier mengalamin penguapan karna panas

makah terciptalah Boil Off Gas (BOG).

Pergeseran uap LNG di dalam tangki

tersebut dapat dipndahkan ke LNG carrier

tanpa menggunakan BOG compressor.

Sehingga dalam perancangan ukuran BOG

compressor, factor pergeseran uap LNG ini

tidak diperhitungkan[9]

.

Transportasi Pada LNG Carrier

Setelah gas alam melewati proses

pencairan menjadi LNG, seperti yang

dijelaskan pada proses sebelumnya, LNG

kemudian disimpan dalam tangki

penyimpanan untuk kemudian ditransfer ke

kapal untuk dibawa ke pembeli. LNG telah

ditransportasikan melalui laut,

menggunakan kapal desain khusus sejak

tahun 1959. Kapal pertama yang digunakan

untuk mengangkut LNG adalah “Methane

Pioneer” yang sebelumnya merupakan

kapal tanker kecil yang dikonversikan

menjadi kapal pengangkut LNG. Kapal ini

mengangkut LNG dari teluk meksiko ke

sungai thames Inggrs pada tahun 1959 dan

menjadi pelopor untuk pembangunan

kapal-kapal LNG masa kini.

Pengembangan dan pembangunan kapal-

kapal LNG terus meningkat seiring dengan

meningkatnya perdagangan LNG dalam

dua dasawarsa ini. Penyebab utamanya

adalah karena LNG membutuhkan biaya

transportasi lebih kecil dibandingkan

pendistribusiannya dalam bentuk gas.

Proses keenam adalah pada unit

fractionation train, proses ini adalah proses

yang dapat dilakukan dalam satu tahap

ataupun bertingkat, bergantung pada

kandungan hidrokarbon berat apa saja yang

terkandung dan akan dihilangkan dari gas

alam.

Kapal yang digunakan adalah tanker yang

khusus dibuat untuk transportasi LNG.

Tanker LNG dirancang secara canggih dan

memiliki dua hal unik dalam perkapalan

sebagai berikut:

- Kondisi kriogenik kargo

Hal ini berarti material yang

bersentuhan langsung dengan LNG

harus bisa bertahan pada suhu yang

sedemikian rendah. Material yang

biasa digunakan adalah stainless steel,

aluminium, dan invar. Material ini,

tentu saja, tidaklah murah dan

membutuhkan teknik pengelasan

khusus.

- Boil off LNG

Tidak seperti kapal pendinginan LPG

yang memiliki kilang pencairan di

atasnya, tanker LNG hanya bisa

mengatur uap yang timbul (boil off)

dari kargo, yang terjadi karena tidak

ada insulasi yang 100% efisien, dengan

mengeluarkan (venting) atau

membakarnya pada boiler. Venting

sangat jarang terjadi, yaitu biasanya

hanya terjadi pada terbukanya safety

valves. Jumlah maksimum untuk uap

yang timbul pada umumnya sekitar

0,15% volume kargo per hari.

Terdapat beberapa jenis penyimpanan

kargo yang digunakan untuk tanker yaitu

desain Moss (bulat), membran, serta

prismatik. Sebagian besar tanker

menggunakan kargo jenis Moss (bulat)

akan dijelaskan mengenai kargo jenis Moss

dan membran.

1. Desain Moss (bulat)

Kapal dengan desain Moss memiliki

kargo dangan bentuk bulat yang berdiri

sendiri, umumnya terbuat dari

aluminium, di mana tidak terdapat

komponen struktur internal. Tangki

tersebut ditopang dengan skirt silinder

logam kontinu yang terhubung dengan

garis tengah dengan ekstrusi khusus

yang memungkinkan bentuk bulat

tersebut mengembang dan berkontraksi

secara bebas. Skirt nya sendiri dilas

dengan struktur hull yang dirancang

untuk menyerap defleksi kapal. Dapat

4

dilihat pada gambar 2.1 Desain Kargo

Moss.

Gambar 2.1 Desain Kargo Moss[10]

.

2. Desain Membran

Tangki dengan desain membran adalah

sangat berbeda dengan bentuk Moss

dalam hal penggunaan membran baja

fleksibel untuk memuat kargo.

Membran tersebut dikelilingi oleh

material insulasi yang terhubung secara

langsung dengan lambung (hull) ganda

kapal. Berat kargo ditransfer melalui

insulasi dan ditopang oleh struktur

kapal. Desain membran biasanya

terdiri dari membran utama dan kedua.

Membran kedua mampu memuat kargo

selama 15 hari, jika terdapat kegagalan

membran pertama. Terdapat insulasi

antara membran utama dan membran

kedua serta antara membran kedua

dengan lambung bagian dalam. Celah

ini dibersihkan dengan Nitrogen dan

terus menerus dimonitor keberadaaan

gasnya maupun perubahan suhunya.

Terdapat dua jenis desain tangki

membran, sistem GazTransport, yang

menggunakan membran utama invar

dengan panel rata dan sistem

Technigaz yang menggunakan

membran stainless steel yang

bergelombang. Desain baru yang

berkembang saat ini, CS1, yang

menggunakan kombinasi keduanya,

sudah dikembangkan. Dapat dilihat

pada gambar 2.2 sebuah gambar

desain kargo membran.

Gambar 2.2 Desain Kargo Membran[10]

Kapal LNG yang biasanya digunakan

memiliki kapasitas transportasi 125.000 –

138.000 m3. Tanker LNG umumnya relatif

tidak menimbulkan polusi dibandingkan

jenis kapal lainnya karena kemampuannya

untuk membakar gas alam selain bahan

bakar minyaknya yang digunakan untuk

propulsi.

Combined Cycle Propulsion Plant (CCPP)

Semakin majunya teknologi akan

menuntut peningkatan dalam berbagai hal.

Begitu pula dalam bidang power plant.

Ketidakpuasan akan efisiensi dari satu

cycle saja membuat para engineer berpikir

untuk menggabungkan dua siklus dalam

satu power plant, tetapi dengan media kerja

yang berbeda. Dengan mengkombinasikan

dua siklus menjadi satu, diharapkan

keduanya akan saling melengkapi

kelemahan dari masing-masing siklus.

Salah satu bentuk penggabungan dua

sistem menjadi satu adalah Combined cycle

gas and steam turbine yang sering disebut

dengan istilah Combined Cycle Propulsion

Plant (CCPP) Siklus ini umumnya dibagi

menjadi dua yaitu Topping dan Bottoming

Cycles. Topping cycle adalah siklus utama

yang menghasilkan energi, sedangkan

panas yang terbuang dari topping cycle

akan digunakan untuk mengoperasikan

Bottoming cycle pada tingkat suhu yang

rendah. Ide ini dituangkan dalam sebuah

design penggabungan gas turbine dan

steam turbine (turbin uap) dalam satu

sistem power plant[11]

.

Keuntungan utama dari sistem ini

adalah penghematan energi sebesar 30%

sampai 35% dibanding jika gas turbine

ataupun steam turbine dipakai secara

terpisah. Kondisi ini menjadi lebih menarik

lagi seiring dengan perkembangan

teknologi dari modern advanced gas

turbine berbahan bakar gas alam yang

mampu memberikan efisiensi thermal total

pada suatu unit Combined Cycle

Propulsion Plant (CCPP) lebih dari 60%.

Dengan efisiensi total sebesar ini

memungkinkan bagi CCPP untuk kembali

5

bersaing dengan motor diesel. Terlebih lagi

dengan adanya tuntutan akan emisi gas

buang serendah mungkin, CCPP berbahan

bakar gas alam akan lebih unggul.

Teknologi saat ini sudah mampu

untuk mengaplikasikan Combined Cycle

Propulsion Plant (CCPP) di kapal LNG

carrier. Kombinasi dari tipe penggerak ini

sangat tinggi, bahkan mampu mencapai

60%, lebih besar dari efisiensi diesel

engine. Gas turbine juga mampu

memanfaatkan Boil Off Gas (BOG) yang

dikeluarkan akibat ekspansi muatan LNG

carrier. Pemanfaatan Boil Off Gas (BOG)

dan efisiensi yang tinggi dari CCPP

(Combined Cycle Propulsion Plant) akan

memberikan keuntungan tersendiri apabila

diaplikasikan pada LNG carrier[11]

.

Gas Turbine (Turbin Gas)

Turbin gas merupakan suatu mesin

fluida penggerak mula yang mengubah

energi termal menjadi energi kinetik, energi

kinetik ini selanjutnya diubah menjadi

energi mekanik dalam bentuk putaran poros

turbin. Putaran poros turbin dengan

mekanisme beban yang akan digerakkan

dapat dihubungkan secara langsung atau

dengan bantuan roda gigi reduksi,

tergantung pada jenis mekanisme beban

yang digerakan.

Komponen utama yang mendasari dari

suatu sistem turbin gas dengan siklus

terbuka adalah kompresor, ruang bakar

(combustion chamber) dan turbin dengan

susunan seperti Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Komponen utama sistem turbin gas

dengan siklus terbuka[1]

Hal yang membedakan antara siklus turbin

gas terbuka dan siklus turbin gas tertutup

ini terdapat pada proses pemanasan fluida

kerjanya. Jika pada siklus terbuka fluida

dipanaskan melalui pembakaran bahan

bakar, sedangkan pada siklus tertutup fluida

dipanaskan melalui sebuah alat penukar

kalor (heat exchanger). Selain itu, sisa

fluida yang keluar dari turbin tidak

langsung dilepas atau dibuang begitu saja,

melainkan dimasukan kembali kedalam alat

penukar kalor[2]

.

Namun, pada alat penukar kalor yang

kedua ini fluida mengalami penurunan suhu

bukan pemanasan seperti pada alat penukar

kalor pertama. Penurunan suhu fluida ini

dilakukan agar daya yang diperlukan untuk

menggerakkan kompresor bisa diperkecil.

Skema sistem turbin gas sederhana dengan

siklus tertutup ditunjukkan pada Gambar

2.4.

Gambar 2.4. Komponen utama sistem turbin gas

dengan siklus tertutup[1]

Klasifikasi Turbin Gas

Turbin gas dapat diklasifikasikan ke

dalam beberapa kategori berbeda yang

diantaranya bergantung pada : arah aliran

fluida yang dihasilkan, prinsip perubahan

momentum fluidanya, aplikasinya dan lain-

lain[1]

. Gambar 2.5 menunjukkan skema

klasifikasi dari turbin gas tersebut

6

Gambar 2.5. Klasifikasi Turbin Gas

Menurut arah aliran fluida yang memasuki

turbin, maka turbin gas dapat dibagi atas:

a. Turbin aksial, yaitu fluidanya mengalir

dalam arah yang sejajar terhadap

sumbu turbin.

b. Turbin radial, yaitu fluidanya mengalir

dalam arah yang tegak lurus terhadap

sumbu turbin.

c. Turbin radial-aksial, yaitu merupakan

turbin dengan prinsip kerja kombinasi,

di mana awalnya fluida mengalir

dalam arah tegak lurus kemudian

dilanjutkan dalam arah sejajar.

Menurut prinsip perubahan momentum

fluida kerjanya, maka turbin gas dibagi

atas:

a. Turbin impuls, yaitu turbin di mana

proses ekspansi fluidanya (proses

penurunan tekanan) hanya terjadi di

dalam sudu-sudu tetapnya saja. Jadi,

dalam hal ini tidak diharapkan terjadi

penurunan tekanan di dalam sudu-sudu

gerak. Meskipun demikian dalam

kenyataannya penurunan tekanan

(kecil) di dalam sudu gerak tak dapat

dihindarkan karena adanya gesekan

dan kerugian lainnya.

b. Turbin reaksi, yaitu turbin di mana

proses ekspansi fluidanya terjadi baik

di dalam sudu tetap maupun sudu

gerak.

c. Turbin impuls-reaksi, yaitu turbin di

mana proses ekspansi fluidanya

kombinasi antara prinsip impuls dan

reaksi.

Berdasarkan aplikasi penggunaannya

secara umum turbin gas dapat diaplikasikan

pada:

1. Pembangkitan energi listrik

2. Pesawat terbang

3. Dunia industri

4. Kapal laut

Siklus Brayton pertama kali diperkenalkan

oleh George Brayton sekitar tahun 1870

dan sekarang siklus ini digunakan untuk

turbin gas dimana proses kompresi dan

ekspansi dilakukan oleh mesin yang

berputar (rotating machinery). Turbin gas

bisa beroperasi secara tunggal atau berdiri

sendiri pada siklus terbuka (open cycle),

dan dapat pula beroperasi bersama dengan

turbin uap pada siklus gabungan (combined

cycle).

Gambar 2.6. (a)Grafik T - s siklus turbin gas

[1](b)

Grafik P - v siklus turbin gas [1]

TURBIN GAS PRINSIP

PERUBAHAN MOMENTUM

APLIKASI PENGGUNAAN

ARAH ALIRAN FLUIDA

AKSIAL

RADIAL

AKSIAL-RADIAL

IMPULS

REAKSI

IMPULS-REAKSI

PEMBANGKIT

LISTRIK

TRANSPORTASI

INDUSTRI

7

NEKATINGKAT

SATU TUNGKAT

IMPULS

REAKSI

RADIAL

AKSIAL

TEKANAN LAWAN

KONDENSASI

EKSTRAKSI

HP single flow

HP/LP tandem

compound

HP/IP/2LP

Cross compoun

d

TURBIN UAP

TINGKAT TEKANAN

PRINSIP AKSI UAP

PROSES PENURUNAN

KALOR

KONFIGURASI STANDAR

ARAH ALIRAN UAP

Keterangan :

1-2 : Kompresi isentropis

2-3 : Pembakaran (pada tekanan konstan)

3-4 : Ekspansi isentropis (didalam turbin)

4-1 : Pengeluaran panas

Udara masuk pada kondisi ambient (titik 1)

melewati kompresor sehingga setelah

melewati kompresor temperatur dan

tekanan udara akan naik. Lalu udara

bertekanan dan temperatur tinggi ini

dicampur dengan bahan bakar di ruang

bakar (titik 2) dan dibakar pada tekanan

konstan. Gas panas hasil pembakaran

masuk ke turbin dan diekspasikan sehingga

menghasilkan tenaga putaran yang besar,

dan gas yang telah melewati turbin akan

mengalami penurunan suhu dan tekanan.

Pada turbin gas dengan siklus terbuka gas

yang telah mengalami penurunan suhu dan

tekanan ini akan dibuang ke udara luar

melalui cerobong, sedangkan pada siklus

tertutup fluida kerja akan didinginkan

melalui heat exchanger dan masuk kembali

ke kompresor untuk mengulangi proses

kembali dari titik 1.

Steam turbine

Turbin uap adalah suatu penggerak

mula yang mengubah energi potensial uap

menjadi energi kinetik dan energi kinetik

ini selanjutnya diubah menjadi energi

mekanis dalam bentuk putaran poros turbin.

Poros turbin, langsung atau dengan bantuan

roda gigi reduksi, dihubungkan dengan

mekanisme yang digerakkan. Tergantung

pada jenis mekanisme yang digerakkan,

turbin uap dapat digunakan pada berbagai

bidang industri, untuk pembangkit tenaga

listrik, dan untuk transportasi. Pengubahan

energi potensial uap menjadi energi

mekanis dalam bentuk putaran poros

dilakukan dengan berbagai cara.

Turbin uap dapat dioperasikan dengan

memakai uap panas lanjut atau memakai

uap basah. Untuk dapat menentukan

penghematan proses tenaga uap, selain

ukuran-ukuran utama turbin uap, seperti

misalnya diameter roda turbin, jumlah

tingkat, panjang sudu, dan penampang

bagian-bagian yang mengantarkan uap,

maka dipakai grafik/diagram perubahan

keadaan uap air dalam T-s ataupun h-s.

Secara umum, turbin uap diklasifikasikan

ke dalam tiga jenis: impuls, reaksi, dan

gabungan (impuls dan reaksi)[3]

, yang

tergantung pada cara perolehan pengubahan

energi potensial menjadi energi kinetik

semburan uap.

Klasifikasi Turbin Uap

Turbin uap dapat diklasifikasikan ke

dalam kategori yang berbeda-beda, yang

misalnya dapat bergantung pada

konstruksinya, proses penurunan kalor,

kondisi-kondisi awal dan akhir uap dan

pemakaiannya dibidang industri maupun

transportasi. Gambar 2.5 menunjukkan

skema klasifikasi dari turbin uap tersebut.

Gambar 2.7 Klasifikasi Turbin Uap

Berdasarkan skema pada gambar 2.7 yang

menjadi dasar pengklasifikasian turbin uap

adalah tingkat tekanan, arah aliran uap,

prinsip aksi uap, proses penurunan kalor,

dan konfigurasi standar. Berikut adalah

penjelasan berdasarkan dasar klasifikasi

turbin uap.

8

Menurut jumlah tingkat tekanannya, maka

turbin uap dibagi atas:

a. Turbin satu tingkat dengan satu atau

lebih tingkat kecepatan yang biasanya

berkapasitas kecil.

b. Turbin impuls dan reaksi nekatingkat,

mempunyai banyak tingkat.

Menurut perbedaan arah dari aliran uapnya,

maka turbin uap dibagi atas:

a. Turbin aksial, mengalir dalam arah

yang sejajar terhadap sumbu turbin.

b. Turbin radial, uapnya mengalir dalam

arah yang tegak lurus terhadap sumbu

turbin.

Menurut prinsip aksi uapnya, maka turbin

uap dibagi atas:

a. Turbin impuls : energi potensial

uapnya diubah menjadi energi kinetik

di dalam nozel laluan yang dibentuk

oleh sudu-sudu diam yang berdekatan,

dan didalam sudu-sudu gerak energi

kinetik uap diubah menjadi energi

mekanis.

b. Turbin reaksi : ekspansi uap

diantara laluan sudu baik sudu

pengarah maupun sudu gerak tiap-tiap

tingkat berlangsung hampir pada

derajat yang sama.

Menurut proses penurunan kalornya, maka

turbin uap dibagi atas:

a. Turbin kondensasi (condensing turbin)

: uap pada tekanan yang lebih rendah

dari tekanan atmosfer dialirkan ke

kondenser.

b. Turbin tekanan lawan (back pressure

turbin) : uap buang dipakai untuk

keperluan industri dan pemanasan.

c. Turbin ekstraksi (extraction turbine) :

pada tingkat-tingkat tertentu pada

turbin,uap diekstraksi untuk memenuhi

kebutuhan sistem.

Siklus Rankine adalah siklus ideal ada

empat komponen utama dalam sebuah

siklus turbin uap, yaitu :

1. Pompa

2. Boiler (Heat Exchanger)

3. Turbin uap

4. Kondensor

Gambar 2.8. Siklus turbin uap (Rankine Cycle)

[1]

Gambar 2.9 Grafik T-s siklus turbin uap [1]

Keterangan :

1-2 : Kompresi isentropis (didalam pompa)

2-3 : Penambahan panas di boiler

3-4 : Ekspansi isentropis (didalam turbin)

4-1 : Pengeluaran panas

Air masuk ke dalam pompa (titik 1) sebagai

saturated liquid dan setelah melewati

pompa akan mencapai tekanan kerja yang

berlaku di Boiler. Air masuk ke boiler

sebagai compressed liquid (titik 2) dan

meninggalkan boiler berupa superheated

steam (titik 3). Boiler merupakan alat

penukar kalor yang besar dimana panas

berasal dari gas hasil pembakaran dan

panas tersebut ditransfer ke air pada

tekanan yang konstan. Panas akan merubah

air menjadi superheated steam (uap panas

lanjut). Uap akan masuk ke turbin uap dan

diekspansikan, ekspansi ini akan

menghasilkan tenaga listrik setelah poros

turbin berputar dan menggerakkan

generator listrik. Tekanan dan temperatur

uap setelah melewati turbin akan turun lalu

uap masuk ke dalam kondensor (titik 4).

Pada keadaan ini biasanya uap sudah

saturated liquid-vapor mixture, uap

dikondensasikan pada tekanan yang tetap

9

dengan membuang panas pada media

pendingin yang bisa berupa air laut. Setelah

dikondensasikan uap berubah menjadi

saturated liquid (cairan jenuh) dan masuk

kedalam pompa kembali, begitu seterusnya

menjadi kesatuan siklus.

Steam turbine pada penggerak kapal

merupakan alat mekanik yang

mengkonversikan thermal energy di uap

bertekanan menjadi mechanical work.

Energi uap dikonversi ke mechanical work

dengan expansion uap melalui turbine.

Expansion terjadi melalui serangkaian fixed

blades (nozzles) dan masing-masing row

dari moving blades each row terhadap fixed

blades, moving blades dinamakan stage.

Moving blades berputar pada central

turbine rotor dan fixed blades secara

konsentrik dirancang didalam circular

turbine casing yang secara mutlak

dirancang untuk menjaga steam pressure.

Steam turbine yang digunakan dalam

combined cycle harus memiliki

karakteristik yaitu efisiensi yang tinggi dan

waktu yang sedikit dalam start up. Steam

turbine dioperasikan sesuai dengan

pengoperasian di darat. Steam turbine

merupakan pilihan utama untuk penggerak

dengan tenaga yang sangat tinggi.

Keuntungannya adalah kecilnya getaran,

berat yang ringan, space minimum dan

rendahnya biaya perawatan. Keuntungan

lainnya menggunakan steam turbine adalah

gerakan memutar langsung sehingga torsi

menjadi lebih besar pada poros propeller,

tidak ada internal mechanical friction, dan

oleh karena itu, tidak membutuhkan

pelumasan internal.

Mesin Diesel

Mesin diesel merupakan salah satu

jenis dari motor bakar dalam. Pada mesin

diesel, penyalaan bahan bakar terjadi

karena bahan bakar dinjeksikan ke dalam

silinder yang berisi udara dengan kondisi

temperature dan tekanan tinggi. Oleh sebab

itu, mesin diesel disebut juga dengan mesin

dengan penyalaan kompresi. Mesin dengan

penyalaan kompresi ini menghasilkan emisi

gas buang yang cukup tinggi dan berbahaya

bagi kesehatan dan lingkungan sekitar.

Kadar yang tinggi dari Nitrogen oksid

(NOx), karbon monoksida (CO), karbon

dioksida (CO2) dan partikel emisi lain yang

berhubungan dengan bahan bakar diesel

merupakan isu yang telah lama muncul.

Akan tetapi, samapai saat ini penggunaan

mesin diesel tetap menjadi idola dalam

dunia transportasi maupun dunia industri.

Hal ini dikarenakan karakteristik dari mesin

diesel yang memiliki rasio kompresi tinggi

sehingga mampu menghasilkan daya yang

besar[12].

Sejarah Mesin Diesel [13]

Seorang penemu / peneliti bernama

street melakukan penelitiannya.

Perkembangan motor pembakaran

dalam(ICE) pada tahun 1794. hasil dari

perkembangan tersebut adalah motor diesel

sekarang. Selanjutnya dikembangkan oleh

seorang insinyur muda

berkewarganegaraan perancis yang

bernama Sadi Carnet pada tahun 1824.

Idenya dijadikan dasar dalam perkmbangan

motor diesel. Dia menyatakan bahwa udara

murni yang dimampatkan tersebut dengan

perbandingan 15:1 akan menghasilkan

udara yang panas untuk menyalakan kayu

kering. Udara yang digunakan untuuk

pembakaran motor hendaknya

dikompresikan dengan perbandingan yang

besar sebelum dinyalakan. Dia juga

menyatakan bahwa dinding silinder

hendaknya didinginkan, karena panas dari

dari pembakaran akan mempengaruhi

kinerja motor.

Pada tahun 1876 Dr. Nickolas Otto mebuat

konstruksi motor pembakaran dalam 4

langkah yang menggunakan bahan bakar

bensin menggunakan penyalaan api. Pada

tahun 1892 seorang insinyur muda

berkewarganegaraan german yang bernama

Dr. Rudolf Diesel berhasil membuat motor

penyalaan kompresi menggunakann bahan

bakar serbuk batu bara menggunakan

prinsip penyalan bahan bakar dan udara.

Dengan perkembangan sistem pompa

injeksi bahan bakar yang benar-benar dapat

disebut “mini” oleh seorang penemu yang

10

berkewarganegaraan german bernama

Robert Bosch pada tahun 1927

membebaskan motor diesel dari masalah

memakan tempat. Sistem injeksi pompa

Robert Bosch yang ukurannya mini dari

karburator, beratnya ringan dan governer

yang menyatu (built-in) sehingga tidak ada

lagi sistem pengabutan udara yang banyak

makan tempat untuk kompresor, pipa-pipa

dan pengontrol klep. Pompa injeksi motor

diesel dapat diatur sesuai pembebanan,

sedangkan kondisi kecepatan motor dapat

atau lebih baik dari karburator motor

bensin.

Dengan perkembangan pompa

rotari yang lebih kecil penampilannya juga

bobotnya yang lebih ringan yang

dikembangkan oleh Vernon Rosa pada

tahun 1950-an. Motor diesel akhirnya

memasuki perkembangan pemakaian dan

pemasaran yang lebih luas. Perkembangan

lain dari motor diesel adalah dengan

penambahan sebuah turbocarjer yaitu alat

untuk memasukkan (memompakan) udara

kedalam saluran masuk (intakemanifold).

Pompa turbocarjer ini digerakkan oleh gas

buang yang kedalam turbocarjer tersebut.

Dengan adanya turbocarjer ini maka akan

menurunkan asap gas buang. Akhirnya

motor diesel seperti ini keadaanya sekarang

menjadi motor yang benar-benar efisien,

ringan dan bebas polusi udara. Tahun 1900

dengan menggunakan minyak kacang (bio

diesel). Kemudian diperbaiki dan

disempurnakan oleh Charles F. Kettering.

Cara Kerja Mesin Diesel Secara Umum Ketika udara dikompresi suhunya

akan meningkat (seperti dinyatakan oleh

Hukum Charles), mesin diesel

menggunakan sifat ini untuk proses

pembakaran. Udara disedot ke dalam ruang

bakar mesin diesel dan dikompresi oleh

piston yang merapat, jauh lebih tinggi dari

rasio kompresi dari mesin bensin. Beberapa

saat sebelum piston pada posisi Titik Mati

Atas (TMA) atau BTDC (Before Top Dead

Center), bahan bakar diesel disuntikkan ke

ruang bakar dalam tekanan tinggi melalui

nozzle supaya bercampur dengan udara

panas yang bertekanan tinggi. Hasil

pencampuran ini menyala dan membakar

dengan cepat. Penyemprotan bahan bakar

ke ruang bakar mulai dilakukan saat piston

mendekati (sangat dekat) TMA untuk

menghindari detonasi. Penyemprotan bahan

bakar yang langsung ke ruang bakar di atas

piston dinamakan injeksi langsung (direct

injection) sedangkan penyemprotan bahan

bakar kedalam ruang khusus yang

berhubungan langsung dengan ruang bakar

utama dimana piston berada dinamakan

injeksi tidak langsung (indirect injection).

Ledakan tertutup ini menyebabkan gas

dalam ruang pembakaran mengembang

dengan cepat, mendorong piston ke bawah

dan menghasilkan tenaga linear. Batang

penghubung (connecting rod) menyalurkan

gerakan ini ke crankshaft dan oleh

crankshaft tenaga linear tadi diubah

menjadi tenaga putar. Tenaga putar pada

ujung poros crankshaft dimanfaatkan untuk

berbagai keperluan. Dapat dilihat pada

gambar sebuah siklus mesin diesel.

suhu lingkungan yang sangat dingin proses

multi pendingin campuran bisa menjadi

pilihan optimal. Kebutuhan proses dan

konfigurasi juga mempengaruhi pilihan.

Gamabr 2.10 diagram siklus P-V mesin diesel[14]

Penjelasan siklus P-V mesin diesel :

- pada 1-3 terjadi pemampatan adiabatik

- pada proses 3-3a langkah daya pertama

ekspansi isobarik

- pada proses 3a-4 terjadi ekspansi

adiabatik

- pada proses 4-1 terjadi penurunan suhu

Klasifikasi Motor Diesel Menurut Bahan

Bakarnya terbagi menjadi empat jenis

sebagai berikut:

1. Motor diesel bahan bakar gas

2. Motor bahan bakar campuran (dual

fuel diesel engines)

11

3. Motor bahan bakar ganda (bi fuel

engines)

4. Motor bahan bakar kombinasi (multi –

fuel engines)

Yang sering dijumpai dan digunakan pada

penggerak kapal LNG adalah jenis mesin

diesel dual fuel engines dikarnakan

memanfaatkan Boil Off Gas (BOG) yang

terjadi pada muatan LNG dalam kargo.

Mesin Diesel Pada Kapal LNG (Dual

Fuel)

Sejauh ini mesin diesel masih

menjadi pilihan utama berbagai tipe kapal

karena tingginya efisiensi thermal,

kemudahan instalasi, operasional, dan

perawatannya. Dengan efisiensi thermal

lebih dari 50% membuat slow speed diesel

tetap superior di dunia perkapalan terlebih

lagi dengan kemampuannya membakar

bahan bakar berkualitas rendah semacam

HFO bahkan residu. Namun untuk aplikasi

di kapal pembawa LNG terjadi problem

penggunaan diesel engine, antara lain :

Perlu dump system terpisah untuk full

evaporated LNG

Teknologi Dual-fuel untuk Slow Speed

diesel masih taraf pengembangan

Slow speed diesel langsung di kopel ke

propeller sehingga tidak memberi

redundancy

Dual fuel diesel engine merupakan jenis

mesin diesel yang memanfaatkan dua

bahan bakar dalam proses

pembakarannya,yaitu menggunakan Boil

Off Gas (BOG) pada LNG dan

menggunakan bahan bakar minyak solar

atau minyak bio diesel.

PERBANDINGAN COMBINED CYCLE

PROPULSION PLANT DAN MESIN

DIESEL DUAL FUEL SEBAGAI

SISTEM PENGGERAK KAPAL

TANKER LNG

Sistem Penggerak Kapal

Sistem penggerak kapal terbagi

menjadi tiga sistem penggerak kapal tiga

sistem ini yang paling utama dalam

penggerak kapal yaitu motor/mesin

penggerak utama (main engine), sistem

transmisi dan alat gerak (propulsor). Di

dalam sebuah pengerak kapal terdapat

beberapa tipe mesin pengerak seperti mesin

pembakaran dalam (internal combustion

engine) dan mesin pembakaran luar

(external combustion engine), yang disebut

dengan mesin pembakaran dalam adalah

terjadinya proses pembakaran di dalam

silinder contohnya adalah mesin otto dan

mesin diesel untuk di kapal digunakan

mesin diesel untuk tipe mesin pembakaran

dalam dan yang disebut dengan mesin

pembakaran luar adalah terjadinya proses

pembakaran di luar silinder contohnya

adalah turbin uap (steam turbine) dan

turbin gas (gas turbine) untuk yang sering

digunakan pada penggerak kapal adalah

turbin uap tetapi ada juga mengunakan

turbin gas untuk tipe mesin pembakaran

luar. Sistem taransmisi dalam kapal

berfungsi untuk menyambungkan gerakan

dari mesin penggerak utama (main engine)

ke pada alat gerak

kapal (propulsor). Alat gerak kapal

(propulsor) berfungsi untuk menggerakan

kapal secara langsung yaitu baling-baling

kapal.

Gambar 3.1 Diagram sistem penggerak utama pada

kapal

Sistem Penggerak kapal LNG

Ada dua pertimbangan utama dalam

pemilihan sistem penggerak di kapal –

kapal tipe LNG carrier, yaitu cooling

system untuk menjaga agar gas tetap dalam

fase cair, dan penanganan terhadap BOG

(Boil Off Gas). Cooling system yang

mampu mendinginkan fluida sampai

dengan (-1600C) memerlukan sumber

energi dari auxiliary plant yang besar.

Sedangkan BOG (Boil Off Gas) dapat

Motor/mesin

penggerak utama

Sistem transmisi

Alat gerak

(propulsor)

12

ditangani secara efisien jika kapal memilih

main engine yang mampu memanfaatkan

BOG (Boil Off Gas) sebagai bahan baku

utama. Produksi BOG (Boil Off Gas) yang

dapat mencapai 0,15% perhari umumnya

tidak mampu memenuhi kebutuhan bahan

bakar kapal selama pelayarannya,

karenanya kapal LNG carrier masih

membawa tangki minyak sebagai bahan

bakar tambahan sistem ini dikenal dengan

nama dual fuel.

Sistem penggerak pada kapal LNG

carrier merupakan bagian yang sangat vital

dalam pengoperasian kapal tersebut.

Pemilihan sistem penggerak yang tepat

dapat memberikan penghematan yang

signifikan dalam operasionalnya.

Umumnya, sistem penggerak kapal LNG

konvensional menggunakan steam turbine.

Efisiensi dari sistem penggerak steam

turbine ini cukup rendah. Dengan

demikian, dibutuhkan suatu inovasi

teknologi sistem penggerak kapal LNG

carrier yang mampu memberikan efisiensi

yang tinggi sekaligus mampu menghemat

bahan bakar. Yaitu dengan menggabungkan

steam turbine dengan turbine gas yang

disebut dengan Combined Cycle Propulsion

Plant (CCPP) agar bisa bersaing dengan

mesin diesel dual fuel dalam kapal

pengangkut LNG.

Didalam penelitian ini dibahas

tentang perbandingan CCPP dengan mesin

diesel dual fuel dimana akan mencari

tenaga (W) dari tiap mesin dan effisiensi

thermal dari CCPP dan mesin diesel dual

fuel, untuk lebih memperjelas susunan dari

perhitungan CCPP dan diesel dual fuel

dapat dilihat pada diagaram alur gambar

3.2.

Gambar 3.2 Diagaram alur perhitungan CCPP

dengan diesel dual fuel

Sistem Penggerak CCPP

Di sistem penggerak kapal

menggunakan Combined Cycle Propulsion

Plant atau yang disingkat dengan CCPP,

LNG carrier yang berkapasitas 135,930 m3

suplai daya total 9450 kW menggunakan

dua siklus, yaitu siklus terbuka pada gas

turbine dan siklus tertutup pada steam

turbine. Berikut ini adalah data dari suatu

kapal yang menggunakan penggerak CCPP

dengan memanfaatkan Boil Off Gas (BOG)

sebagai bahan bakar yang digunakan,

sistem tanpa pembakaran tambahan

WGTnet (tenaga output) dari gas turbine

dengan temperatur yang masuk dari

compresor 32oC dan temperatur yang

keluar dari compresor 447oC dengan

pressure 1 bar. Serta temperatur yang

masuk ke turbin 847oC pressure 1 bar dan

Mulai

Perhitungan CCPP

dan diesel dual fuel

Menentukan nilai

(W) pada turbin

gas dan turbin uap

Menentukan

nilai (Qout) pada

diesel dual fuel

Menentukan nilai

(W) pada CCPP

Menentukan

nilai (W) pada

diesel dual fuel

Menentukan Qin/

QHRSG pada CCPP

Menentukan

effisiensi

thermal pada

diesel dual fuel

Menentukan

effisiensi thermal

pada CCPP

Selesai

13

WSTnet (tenaga output) dari steam turbine

dengan temperatur yang masuk ke turbin

447oC dan temperatur yang keluar 32

oC

dengan tekanan 1 bar sedangkan temperatur

yang keluar dari pompa 197oC tekanan 1

bar. Cara mencari tenaga (W) dari CCPP

dan effisiensi thermalnya dengan

persamaan :

th = (3.2)

Dengan :

WGT = tenaga output pada turbin gas

(kJ/kg)

WST = tenaga output pada turbin uap

(kJ/kg)

Q HRSG/in = Panas gas buang pada turbin gas

(K)

Di dalam gas turbine besarnya

energi panas yang terkandung dalam

exhaust gas yang diberikan kepada Heat

Recovery Steam Generator (HRSG) = (Q

HRSG/in) dapat diketahui dengan persamaan

berikut ini :

Q HRSG/in = mgb Cpgb (Tgb-Ts) (K) (3.3)

Dengan :

Tgb / T4 compresor= temperatur gas

buang (K)

Ts / T1 compresor = temperatur stack

(K)

mgb = laju aliran gas

buang (kg/dt)

Cpgb = panas spesifik gas

buang (kJ/kg.K)

Uap hasil produksi HRSG

digunakan untuk menggerakkan turbin uap,

uap dari saluran tekanan tinggi masuk ke

turbin uap tekanan tinggi. Selanjutnya

bersama-sama uap dari saluran tekanan

rendah masuk kedalam turbin uap tekanan

rendah dan dikondensasikan ke kondensor.

Air kondensor dipanaskan kembali ke

HRSG melalui proses seperti di awal

sehingga kembali terbentuk uap untuk

menggerakkan turbin uap.

Heat Recovery Steam Generator

Gas buang dari turbin gas yang

bertemperatur tinggi (dengan temperatur

diatas 500oC) dialirkan melalui Heat Geat

Recovery Steam Generator (HRSG).

Didalam HRSG, exhaust gas dari turbin gas

digunakan untuk memanaskan air, yang

dialirkan pada pipa-pipa khusus untuk

menghasilkan uap bertekanan tinggi dan

uap bertekanan rendah. Proses pemanasan

air di HRSG ini tidak menggunakan bahan

bakar tambahan, jadi semata-mata

menggunakan exhaust gas dari turbin gas.

Prinsip kerja dari pembangkit uap

berdasarkan siklus rankine. Prosesnya, air

yang dihasilkan oleh kondensor dinaikkan

tekanannya, kemudian dinaikkan suhunya

sampai berubah fase menjadi uap kering

yang bertekan dan bertemperatur tinggi

kemudian diekspansi untuk menghasilkan

kerja pada steam turbine.

Gambar 3.3 Skema CCPP

Mencari tenaga output pada turbin gas

(WGT) dapat diketahui dengan persamaan

berikut ini :

WGT = Wt + Wc (kJ/kg) (3.4)

Dengan :

Wc = kerja pada compresor (kJ/kg)

Wt = kerja pada turbin (kJ/kg)

Untuk mencari (W) pada compresor padat

mengunakan persamaan :

14

Wc = h2 - h1 (kJ/kg) (3.5)

Untuk mencari (W) pada turbin padat

mengunakan persamaan :

Wt = h3 - h4 (kJ/kg) (3.6)

Mencari tenaga output pada turbin uap

(WST) dapat diketahui dengan persamaan

berikut ini :

WST = Wt + Wp (kJ/kg) (3.7)

Dengan :

Wt = kerja pada turbin (kJ/kg)

Wp = kerja pada pompa (kJ/kg)

Untuk mencari (W) pada turbin padat

mengunakan persamaan :

Wt = h7 – h8 (kJ/kg) (3.8)

Untuk mencari (W) pada pompa padat

mengunakan persamaan :

Wp = h6 – h5 (kJ/kg) (3.9)

Mencari Perhitungan Tenaga (W) Dan

Effisiensi thermal Pada Penggerak

Combined Cycle Propulsion Plant (CCPP)

Dari data yang ada bisa di dapat tenaga

untuk Combined Cycle Propulsion Plant

(CCPP) dan effisiensi thermalnya

Diketahui untuk sebuah turbin gas :

- T1 (compresor) 32oC

didapatkan h1 = 305.22 kJ/kg

(lampiran 1)

- T2 (compresor) 500oC

didaptkan h2 = 789.11 kJ/kg

(lampiran 1)

- T3 (turbin) 847oC

didaptkan h3 = 1,184.28 kJ/kg

(lampiran 2)

- h2 = h4

Diketahui untuk sebuah turbin uap :

- T7 (turbin) 500oC

didapatkan h7 = 789.11 kJ/kg

(lampiran 1)

- T8 (turbin) 32oC

didapatkan h8 = 305.22 kJ/kg

(lampiran 1)

- T6 (pompa) 197oC

didapatkan h6 = 472.24 kJ/kg

(lampiran 1)

- h5 = h8

a. Mencari Wc pada compresor turbin gas

menggunakan rumus pada persamaan

(3.5)

Wc = h2 - h1 (kJ/kg)

= 789.11– 305.22 = 483.89 kJ/kg

b. Mencari Wt pada turbin gas

menggunakan rumus pada persamaan

(3.6)

Wt = h3 - h4 (kJ/kg)

= 1,184.28 kJ/Kg – 789.11 kJ/kg

= 395.17 kJ/kg

c. Maka akan didapatkan tenaga untuk

turbin gas setelah ditemukan tenaga

compressor dan turbin pada turbin gas

yang menggunakan rumus persamaan

( 3.4)

WGT = Wt + Wc (kJ/kg)

= 395.17 kJ/Kg + 483.89 kJ/Kg

= 879.06 kJ/kg

d. Mencari Wt pada turbin uap

menggunakan rumus pada persamaan

(3.8)

Wt = h7 – h8 (kJ/kg)

= 789.11 kJ/kg – 305.22 kJ/kg

= 483.89 kJ/kg

e. Mencari Wp pada pompa di turbin

uap menggunakan rumus persamaan

(3.9)

15

Wp = h6 – h5 (kJ/kg)

= 472.24 kJ/kg – 305.22 kJ/kg

= 167.02 kJ/kg

f. Maka akan didapatkan tenaga untuk

turbin uap menggunakan rumus

persamaan ( 3.7)

WST = Wt + Wp (kJ/kg)

= 483.89 kJ/kg + 167.02 kJ/kg

= 650.91 kJ/kg

g. Setelah di dapatkan perhitungan turbin

gas dan utrbin uap untuk tenaga (W),

Maka akan didapatkan tenaga (W) dari

CCPP dengan persamaan rumus pada

(3.1)

WCCPP = (WGT+WST)

= 879.06 + 650.91

= 1,529.97 kJ/kg

h. Mencari panas pada Heat Recovery

Steam Generator (HRSG)

menggunakan rumus pada persamaan

(3.3), dimana telah di dapatkan data

sebagai berikut:

Tgb= T4 compresor = 500oC

= 773.15 K

Ts = T1 compresor = 32oC

= 305.15 K

Cpgb = 1.67595 kJ/kg K

mgb = 0.8 kg/dt

Q HRSG/in = mgb Cpgb (Tgb-Ts)

= 0.8 kg/dt . 1.67595 kJ/kgK

( 773.15 K – 305.15 K )

= 627.47 K

i. Dan untuk mencari effisiensi thermal

pada CCPP dapat digunakan rumus

pada persamaan (3.2)

th = =

= 0.45

Mencari laju aliran masa bahan bakar

( ) pada CCPP

Diketahui :

- Daya total (P) = 9.45 MW

= 9.45 M J/sec

= 9,450 kJ/sec

- Kerja (W) Pada CCPP

= 1,529.97 kJ/kg

= =

= 6.176 kg/sec

= 6.176 kg/sec

= 192,098,304 kg/ thn

Gambar 3.4 Diagram T – S pada CCPP

Gambar 3.5 Diagram P – V pada CCPP

16

Penggerak Mesin Diesel Dual fuel pada

kapal LNG

Penggunaan Compressed Natural

Gas (CNG) khususnya pada mesin diesel

semakin meningkat. Mesin diesel yang

menggunakan CNG sebagai bahan bakar

pun ada 2 jenis, yaitu gas diesel dan dual

fuel diesel engine. Gas diesel menggunakan

CNG sebagai bahan bakar pengganti bahan

bakar diesel, sehingga tidak ada bahan

bakar selain CNG yang digunakan dalam

pengoperasian mesin ini. Dual fuel diesel

engine merupakan jenis mesin diesel yang

memanfaatkan 2 (dua) bahan bakar dalam

proses pembakarannya, yaitu CNG sebagai

bahan bakar utama dan bahan bakar diesel

konfensional digunakan sebagai penyala.

Hal ini dikarenakan karakteristik CNG

yang membutuhkan temperatur lebih tinggi

untuk bisa terbakar secara sendiri (self

ignition). Di sini akan dibahas tentang

mesin diesel dual fuel engine mencari

tenaga dan effisiensinya.

Penggerak kapal menggunakan dual

fuel diesel adalah salah satu dari penggerak

mesin kapal LNG karna bahan bakar yang

digunakan adalah Boil Off Gas (BOG) pada

LNG dan minyak solar untuk

pembakarannya. Pada motor diesel dual

fuel, sejumlah kecil bahan bakar diesel

disemprotkan untuk membantu terjadinya

penyalaan gas. Gas merupakan bahan bakar

utama sehingga emisi gas buang yang

dihasilkan lebih baik dari pada diesel. Di

mesin dual fuel ini cara bekerjannya ketika

berjalan di gas, mesin dual fuel bertindak

sesuai dengan prinsip Otto, saat gas

dicampur dengan udara sebelum mulai

kompresi (gambar), tekanan gas sekitar 5

bar sudah cukup. Ini tekanan gas dalam

kisaran yang sama dengan tekanan gas di

instalasi turbin uap. Dekat dengan pusat

topdead jumlah yang sangat kecil bahan

bakar minyak disuntikkan untuk memicu

pengapian. Asalkan sistem pasokan gas

yang memadai terinstal, mesin dual fuel

dapat menerima semua gas kualitas terlihat

pada pengiriman LNG. Selain berjalan di

gas, mesin dual fuel dapat berjalan di bahan

bakar minyak. Ketika berjalan di bahan

bakar minyak, bertindak mesin dual fuel

sebagai mesin diesel normal. Dapat dilihat

sebuah gambar mesin dual fuel diesel pada

kapal LNG

Gambar 3.6 Dual-fuel bahan bakar mesin yang

bekerja (modus gas)[10]

Gambar 3.7 Mesin dual fuel diesel tipe Wärtsilä

6L50DF[10]

Pada kapal LNG yang menggunakan mesin

dual fuel diesel yang memiliki 18 silinder

dengan daya total 39.6 MW untuk

perangkat penggerak kapal berkapasitas

152,000 m3. Terdapat temperatur awal 17

oC, temperatur pada saat pembakaran 177

oC dengan kalor yang masuk 1800 kJ/kg,

tekanan konstan 1.005 kJ/kg dan

temperatur akhir 27oC dan volume konstan

1.391 kJ/kg. Cara mencari tenaga (W)

bersih pada mesin diesel dual fuel dan

effisiensi thermalnya dengan persamaan :

Wnet = qs + qr = Cp(T3 – T2) + Cv(T1 – T4) (3.10)

= = (3.11)

Untuk mencari kalor masuk dengan

tekanan konstan dan kalor yang dibuang

dengan volume konstan dapat

menggunakan rumus persamaan

Kalor masuk : qs = h3 – h2 = Cp(T3 –T2) (3.12)

Kalor dibuang : qr = u3 – u2 = Cv(T1 –T4) (3.13)

17

Mencari Perhitungan Tenaga (W) Dan

Effisiensi thermal Pada Diesel Dual Fuel

Engine

Dari data yang ada bisa di dapat

tenaga (W) untuk Diesel Dual Fuel Engine

dan effisiensi thermalnya

Diketahui ssebuah mesin diesel dual fuel

mempunyai :

- T1 (temperatur awal) = 17oC

= 290.15 K

- T2 (temperatur pembakaran) = 177oC

=450.15 K

- T4 (temperatur akhir) = 27oC

= 300.15 K

- Cp (tekanan konstan) = 1.005 kJ/kg

- Cv (volume konstan) = 1.391 kJ/kg

- qs (panas kalor yang masuk)

= 1,800 kJ/kg

a. Mencari T3 pada pembakaran :

T3 = T2 + = 450,15 +

= 1,791 K

= 1,517.85oC

b. Mencari kalor yang kelur qout/qr

mengunakan persamaan rumus (3.13)

qr = Cv(T1 –T4)

= 1.391 kJ/kg

(290.15 kJ/kg – 300.15 kJ/kg)

= - 7.165 kJ/kg

c. Dan di dapatkanlah perhitungan kerja

pada mesin diesel dual fuel dengan

persamaan rumus (3.10) setelah di

dapatkan perhitungan kalor yang

masuk dan kelur

Wnet = qs + qr

= 1,800 kJ/kg + (- 7.165 kJ/kg)

= 1,792.83 kJ/kg

d. Dan untuk mencari effisiensi pada

mesin diesel dual fuel dapat

menggunakan rumus persamaan

(3.11)

th =

=

= = 0.74

e. Mencari laju aliran masa bahan

bakar ( ) pada mesin diesel

dual fuel

Diketahui :

- Daya total (P) = 39.6 MW

= 39.6 M J/sec

= 39,600 kJ/sec

- Kerja (W) Pada diesel dual fuel

= 1,792.83 kJ/kg

= =

= 22.08 kg/dt

= 22.08 kg/sec

= 686,776,320 kg/ thn

Boil off gas (BOG) terdapat 60 % yang

digunakan untuk bahan bakar dan

minyak solar 40 % pada bahan bakar.

BOG = × 22.08 kg/sec

= 13.248 kg/sec

= 412,065,792 kg/thn

Solar = × 22.08 kg/sec

= 8.832 kg/sec

= 274,710,528 kg/thn

f. Laju aliran massa pada solar di dapat

8.832 kg/sec akan di konversi menjadi

debit aliran yang akan digunakan untuk

penghematan biaya yaitu sebagai

berikut :

m = ρ x Q

Q =

Dimana :

Q = debit aliran, m3/dt

m = laju aliran massa, kg/dt

ρ = massa jenis (solar), kg/m3

18

jadi, Q =

=

= 0.01077 m3/sec

= 10.77 liter/sec

g. Mencari biaya untuk solar selama

setahun Asumsi biaya solar industri

periode 15 s/d 28 Februari 2011 adalah

Rp5.000,- / liter.[15]

Jadi, biaya untuk

solar selama setahun adalah :

= 10.77 liter/sec x Rp 5,000,- / liter

= Rp 53,850.- / sec

= Rp 53,850.- / sec

= Rp 1,674,950,400,000.- / thn

= Rp 1.6 triliun / thn

Gambar 3.8 Diagram T – S pada mesin diesel dual

fuel

Gambar 3.9 Diagram P – V pada mesin diesel dual

fuel

Perbandingan Combined Cycle

Propulsion Plant (CCPP) dengan Diesel

Dual Fuel

Setelah didapatkan perhitungan dari

penggerak mesin kapal LNG yang

menggunakan combined cycle propulsion

plant (CCPP) dengan mesin diesel dual fuel

dapat dilihat perbandingannya secara

matematis dan secara ekonomis.

- Secara matematis

Dapat dilihat pada tenaga (W) dan

effisiensi thermal yang di dapatkan

oleh masing–masing penggerak dengan

menggunakan Combined Cycle

Propulsion Plant (CCPP) dan yang

menggunakan diesel dual fuel, dapat

dilihat pada tabel 3.1. secara

kemampuan mesin diesel dual fuel

lebih baik secara matematis.

Tabel 3.1. Perbandingan secara matematis pada

CCPP dan diesel dual fuel

- Secara ekonomis

1. Mesin yang menggunakan CCPP

lebih baik dari mesin diesel dual

fuel dikarenakan pada mesin

CCPP gas buang tidak merusak

lingkungan dikarenakan kadar

19

CO2, NOx, dan SOx sangat rendah

bakan tidak ada sedangkan pada

mesin diesel dual fuel kadar

pembuangan gasnya bisa merusak

lingkungan dikarenakan

mengandung CO2, NOx, dan SOx

yang cukup tinggi.

2. Combined Cycle Propulsion Plant

(CCPP) hanya menggunakan

bahan bakar Boil Off Gas yang

terjadi pada penguapan LNG,

sedangkan pada mesin diesel dual

fuel bahan bakar menggunakan

Boil Off Gas yang terjadi pada

penguapan LNG dan minyak solar.

3. Didalam perhitungan laju aliran

masa bahan bakar didapatkan

untuk CCPP adalah sebesar

192,098,304 kg/thn sedangkan

untuk mesin diesel dual fuel untuk

laju aliran masa bahan bakarnya

sebesar 686,776,320 kg/thn, yaitu

BOG sebesar 60% adalah

412,065,792 kg/thn dan solar 40%

adalah 274,710,528 kg/thn

4. Jika menggunakan CCPP

menghemat pengeluaran solar

sebesar

Rp 1,674,950,400,000.- / thn atau

Rp 1.6 triliun/thn

Jadi secara ekonomis mesin yang

mengunakan dua turbin atau disebut

dengan Combined Cycle Propulsion Plant

(CCPP) lebih baik dari pada mesin diesel

dual fuel dari effisiensi bahan bakar dan

lingkungan.

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil dari penelitian

tentang perbandingan antara penggerak

kapal tanker LNG yang menggunakan

Combined Cycle Propulsion Plant (CCPP)

dan yang menggunakan mesin diesel dual

fuel dapat diambil beberapa kesimpulan :

1. Pada data yang menggunakan CCPP

didapat data :

- Di dapat dari perhitungan turbin gas

yaitu tenaga output turbin gas

(WGT) = 879.06 kJ/kg

- Dan pada perhitungan turbin uap

terdapat tenaga output turbin uap

(WST) = 650.91 kJ/kg

- Maka didapatkanlah tenaga untuk

penggerak kapal yang

menggunakan Combined Cycle

Propulsion Plant (CCPP) yaitu

(WCCPP) = 1,529.97 kJ/kg = 1.53

MJ/kg, didapat dari tenaga turbin

gas ditambah tenaga turbin uap

(WGT + WST).

- Dan didapat panas pada Heat

Recovery Steam Generator

(HRSG) atau Qin pada CCPP

adalah 627.47 K

- Selanjutnya didapatkan effisiensi

pada CCPP yaitu sebesar th =

0.45

- Laju aliran masa bahan bakarnya

didapat sebesar 192,098,304 kg/

thn

2. Pada data mesin diesel dual fuel di

dapat data sebagai berikut :

- Di dapatkan tenaga bersih mesin

diesel dual fuel atau (Wnet) =

1,792.83 kJ/kg = 1.79 MJ/kg

- Dan pada effisiensi thermalnya

didalam mesin diesel dual fuel

didapatkan th = 0.74

- Laju aliran masa bahan bakarnya di

dapat sebesar 686.776.320 kg/ thn

Di bagi dua bahan bakar BOG

(60%) = 412.065.792 kg/thn dan

solar (40%) = 274,710,528 kg/thn

- Debit aliran solar sebesar = 0.01077

m3/sec

- Biaya solar setahun didapat sebesar

= Rp 1.6 triliun / thn.

3. Perinsip dari kerja penggerak kapal

tangker LNG pada Combined Cycle

Propulsion Plant (CCPP) adalah

penggabungan dua siklus untuk

menjadi penggerak dengan masing-

masing keguaannya turbin gas untuk

20

menghasilkan energi sedangkan panas

yang terbuang masuk ke turbin uap

untuk mengerakan turbin uap itu jadi

dua siklus tersebut bila di gabungkan

mendapat tenaga lebih beser dari pada

harus terpisah penggunaanya.

4. Perinsip dari kerja mesin diesel dualn

fuel pada pengerak kapal tangker LNG

hampir sama seperti siklus diesel pada

umumnya hanya pada diesel dual fuel

ini bahan bakar utamanya adalah Boil

Off Gas (BOG) dan minyak solar

hanya sedikit untuk menghindari

terjadi pembakar lebih cepet.

5. Hasil dari data yang didapat pada

perhitungan CCPP dan sefesifikasinya

dan perhitungan mesin diesel dual fuel

dan sefesifikasinya bisa disimpulkan

secara matematis dan ekonomis.

Secara matematis mesin diesel dual

fuel lebih baik dari CCPP sedangkan

untuk ekonomis CCPP lebih unggul

karna tidak perlu membawa bahan

bakar minyak dan gas buang hampir

ramah lingkungan dari pada diesel dual

fuel .

DAFTAR PUSTAKA

1. Cengel, Yunus A., Thermodynamics

an Engineering Approach,

McGraw-Hill, New York, 1994.

2. Dietsel, Fritz., Turbin Pompa dan

Kompressor, Terjemahan Dakso

Sriyono, Erlangga, Jakarta, 1996.

3. Pudjanarsa, Astu dan Djati

Nursuhud., Mesin Konversi Energi,

Andi, Yogyakarta, 2006.

4. Moran, J., N., Michael, Howard,

Shapiro., Termodinamika Teknik

Jilid 1 edisi 4, Terjemahan Yulianto

Sulistyo, Erlangga, Jakarta, 2002.

5. Sudarman,. Siklus Daya Termal,

Universitas Muhammadiyah

Malang, Malang, 2004.

6. Arismunandar, W., Pengantar

Turbin Gas Dan Motor Propulsi,

ITB, Bandung, 2002

7. Shlyakin, P., Turbin Uap (Steam

Turbien), Erlangga, Jakarta, 1993.

8. “Liquefied Natural Gas (LNG),

Sebuah Alternatif Transportasi Gas

Alam”,http://www.migasindonesia.

com/index.module=2054/energi_L

NG_Transportasi_Gas_Alam.pdf,

Tanggal Akses 17 Mei 2010.

9. “Penjelasan Tentang Boil Off

Gas”,http://www.migasindonesia.co

m. Tanggal Akses 20 Mei 2010.

10. “Transportasi Pada LNG

Carrier”,http:www.migasindonesia.

com/index 3766/Transportasi LNG.

Tanggal Akses 17 Mei 2010.

11. “Pemanfaatan Boil Off Gas Pada

Combined Cycle Propulsion

Plant”,http:www.digilib.its.ac.id/pu

blic/ITS-Undergraduate-9754-

Paper. Pdf. Tanggal Akses 25 Mei

2010.

12. “Penjelasan Mesin

Diesel”,http://id.wikipedia.org/wiki

/Mesin_diesel. Tanggal Akses 28

juli 2010.

13. “Sejarah Mesin Diesel”,http:// history-

our.blogspot.com/2010/10/sejarah-

mesin-diesel.html. Tanggal Akses

28 juli 2010.

14. “Prinsip Kerja Mesin

Diesel”,http://

gudangilmu.org/2007/11/24/prinsip-

kerja-mesin-diesel. Tanggal Akses

28 juli 2010.

15. “Harga Solar non subsidi dan

Industri Pertamina”,

http://resharl.wordpress.com/harga-

terbaru-bbm-solar-industri-

pertamina. Tanggal Akses 20

Februari 2011.