Volume 13 Nomor 1 : April 2019

Volume 13 Nomor 1 : April 2019

P-ISSN 1410-3680

E-ISSN 2541-1233 MIPI Vol.13 No. 1 Hal 1 - 92 Jakarta, April 2019

Majalah Ilmiah

Pengkajian Industri

Volume 13 Nomor 1 : April 2019

Diterbitkan oleh: Deputi Teknologi Industri Rancang Bangun & Rekayasa

Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Jakarta

MIPI Vol.13 No. 1 Hal 1 - 92 Jakarta April 2019 E-ISSN 2541-1233 P-ISSN 1410-3680

MM..II..PP..II.. VVooll.. 1133.. NNoo.. 11.. AApprriill 22001199 __________________________________________________________________________________________________

P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih dan penghargaan disampaikan kepada para pakar yang telah diundang sebagai Mitra Bestari/Penelaah oleh Majalah Ilmiah Pengkajian Industri dalam Volume 13, No. 1. April 2019. Berikut ini daftar nama pakar yang berpartisipasi :

Nama Alamat/Instansi

Prof. Ir. Djoko Wahyu Karmiadji, MSME, PhD

(Bidang Mekanika Kekuatan Material,

Komponen dan Konstruksi)

Balai Besar Teknologi Kekuatan Struktur (B2TKS)

Gedung 220, Kawasan PUSPIPTEK, Serpong,

Tangerang, Banten

Prof. Dr. Ir. Bambang Teguh P, Dipl. Ing, DEA

(Bidang Mekanikal dan Termodinamika)

Balai Teknologi Termodinamika, Motor dan Propulsi

(B2TMP), Gedung 230 Kawasan PUSPIPTEK,

Serpong, Tangerang, Banten

Dr. Hari Setiapraja, ST., M.Eng

(Engines and Combustions)

Balai Teknologi Termodinamika, Motor dan Propulsi

(B2TMP), Gedung 230 Kawasan PUSPIPTEK,


Dr. Ing.Ir,. Prof. Ir. Wimpie Agoeng N. Aspar, MSCE., Ph.D.

SETAMA BPPT

Ged. II BPPT, Lt 14. Jl. MH Thamrin No. 8

Jakarta Pusat 10340

Prof. Dr. Ir. Sulistijono,DEA

(Bidang Material)

Teknik Material, Institut Teknologi Sepuluh November

Surabaya

Prof. Dr. Ir. Buana Maruf,MSc

(Bidang Teknik Perkapalan)

Balai Teknologi Hidrodinamika

Jl. Hidrodinamika, BPPT Sukolilo

(Kompleks ITS), Surabaya

Myrna Ariati, Dr,MS Ir.

(Bidang Metalurgi dan Material)

Dosen Metalurgi dan Material FT-UI

Dr. Ir. Lukman salahuddin, MSc.

(Bidang Teknik Mesin-Konversi Energi)

Pusat Teknologi Sistem dan Prasarana Transportasi

(PTSPT)

Gedung Teknologi 2, Kawasan PUSPIPTEK,



ISSN 1410-3680

SUSUNAN REDAKTUR PELAKSANA

Editor in Chief :

Dr. Ir. Rizqon Fajar, M.Sc (Tek. Bahan Bakar dan Pembakaran) (PTSPT)

Editors :

Dr. Dipl.Ing. Mulyadi Sinung Harjono,MT (PTSPT-BPPT)

Ir. Endro Wahju Tjahjono, (PTSEIK-BPPT)

Section Editors :

Eka Febriyanti, ST. MT (B2TKS-BPPT)

Era Restu Finalis, ST., MT (PTSEIK-BPPT)

Sahid Bismantako, ST., MT (PTSTP-BPPT)

Copy Editors :

Prasetyaning Diah Rizky Lestari,M.Si, (BT2MP-BPPT)

Malinda Sabrina,S.Si (B2TA3-BPPT)

Fitrianto, ST (PTIPK-BPPT)

Layout Editors :

Muhammad Maruf,MT (BT2MP-BPPT)

Thiya Fiantika, ST (PTSTP-BPPT)

Proofreaders :

Ihwan Haryono,ST, (BT2MP-BPPT)

Reviewers :

Dr. Maizirwan Mel, MSc. Bidang Bio Process Engineering IIUM Gombak-Kuala Lumpur

Dr. Ing.Ir,. Prof. Ir. Wimpie Agoeng N. Aspar, MSCE., Ph.D. Bidang Teknik Sipil BPPT

Dr. Eko Syamsuddin H., M. Eng. (Teknik Mesin, Bid. Industri Hankam)

Dr. Ir. Lukman Shalahuddin, MSc. (Bidang Teknik Mesin-Konversi Energi)

Prof. Dr.Ir. Sulistijono, DEA Bidang Teknik Desain Material FTI-ITS

Prof. Dr. Dipl. Ing. Bambang Teguh P, DEA Bidang Termodinamik

Dr. Ir. I Nyoman Jujur, M.Eng. Bidang Teknik Mesin BPPT

Prof.Dr.Ir. Buana Maruf, Bidang Tranportasi Perkapalan

Dr. Cuk Supriyadi, ST., M.Eng Bidang Elektronik-Power

Dr. Ir. Amin Suhadi, M. Eng Bidang Mesin dan Material

Prof. Dr. Ir. Djoko Wahyu Karmiadji Bidang material

Dr. Ir. Hari Setiapraja, M.Eng Bidang Transportasi

Yunendar Aryo Handoko, ST, PhD Bidang Mesin

Dr. Ir. Hens Saputra,M.Eng Bidang Teknik Kimia

Dr. Ir. H. Agus Suhartono Bidang Material BPPT

Dr.Ir. Suryadi,MT, Bidang Mesin dan Material

Dr. Drs. Fariduzzaman Bidang Perkapalan

Dwi Phalita Upahita, ST., MT., PhD

Dr. Ir. Dinar Catur Istyanto, M.Eng


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

Kata Pengantar

Majalah Ilmiah Pengkajian Industri Tahun 2019 ini berpenampilan baru. Untuk

penyegaran bentuk cover diperbarui. Halini dilakukan untuk melengkapi perubahan materi terbitan

majalah mengikuti ketentuan yang ada untuk e-jurnal yang lebih focus pada tema jurnal dan bukan

tematik. Terbitan bulan April ini merupakan terbitan tahun kedua dengan konsep full E-Journal.

Dalam terbitan April ini ada 10 paper dengan topik yang mencakup Teknologi Pengkajian Industri

yaitu Teknologi Industri Proses dan rekayasa, Teknologi Transportasi, iIndustri Teknologi Hankam

dan teknologi Industri Material.

Terbitan volume. 13 No. 1 April 2019 kali ini memuat beberapa penelitian, kajian dan

perekayasaan diantaranya mengenai : Karakteristik Dinamik Rotor Bow Thruster 250 Kw

Menggunakan Pemodelan Euler-Bernoulli Beam, Mold Properties Of Indonesia Nature Sand As

Green Sand, Pengaruh Perlakuan Pelarutan Terhadap Sifat Mekanik Dan Struktur Mikro Paduan

Terner Zr-Nb-Mo Untuk Biomaterial, Uji Profisiensi Antar Laboratorium Uji Tarik Baja Tulangan

Sirip dan Kajian Eksperimental Peluncuran Kapal Menggunakan Air Bag. Bidang hankam :

Optimasi Daya Gerak Perahu Rawa Guna Meningkatkan Kinerja Wahana Patroli Tni Al dan

Simulasi Beban Jalan Dan Traksi Roda Pada Pemilihan Rolling Chassis 4wd Untuk Kendaraan

Water Cannon. Bidang Teknologi Proses dan Rekayasa : Study Of The Technology Of Utilizing

Biogas From Palm Oil Mill Effluent (Pome) To Boiler dan Analisis Keekonomian Pembangunan

Pembangkit Listrik Tenaga Biogas Dari Pome Dengan Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR).

Selain itu ada sebuah penelitian bidang transportasi : Binomial Logit Model Untuk Pemilihan Moda

Antara Pesawat Udara Dan Kereta Api Dengan Kereta Api Ekspress

Semoga pembahasan pada terbitan ini bermanfaat bagi perkembangan industri teknologi,

sehingga mampu menjadi industri yang unggul dengan didukung oleh sumber daya yang produktif.

Diharapkan juga informasi ini akan menjadi bagian dalam perkembangan penelitian dan

kerekayasaan lebih lanjut. Redaksi selalu berusaha melakukan perbaikan-perbaikan dalam rangka

meningkatkan mutu Majalah Ilmiah Pengkajian Industri. Selanjutnya redaksi berencana

menerbitkan Vol. 13 No. 2 bulan Agustus 2019 dimana dalam terbitan tersebut mencakup semua

aspek industri teknologi yang menjadi cakupan majalah kita ini. Redaksi sangat mengharapkan

adanya kritik dan saran yang sifatnya membangun.

Redaksi

Jakarta.


ISSN 1410-3680

Majalah Ilmiah Pengkajian Industri

Karakteristik Dinamik Rotor Bow Thruster 250 Kw Menggunakan Pemodelan Euler-Bernoulli Beam - Dynamic Characteristics Of 250 Kw Rotor Bow Thruster Using Euler-Bernoulli Beam Modeling (Harry Purnama, Budi Noviantoro Fadjrin, Muhammad Ilham Adynugraha, Cuk Supriyadi Ali Nandar)

1 - 8

Mold Properties Of Indonesia Nature Sand As Green Sand – (Yusup Hendronursito, Muhammad Amin, Kusno Isnugroho, David C B)

9 - 14

Pengaruh Perlakuan Pelarutan Terhadap Sifat Mekanik Dan Struktur Mikro Paduan Terner Zr-Nb-Mo Untuk Biomaterial - Effect Of Solution Treatment On Mechanical Properties And Micro Structure Ternary Alloy Zr-Nb For Biomaterial (Dzikry Syamsul Nur Alam, Pradoto Ambardi, Djoko Hadi Prajitno)

15 - 22

Uji Profisiensi Antar Laboratorium Uji Tarik Baja Tulangan Sirip - Proficiency Testing Of Tension Testing Of Deformed Carbon-Steel Bars For Concrete Reinforcement (H. Agus Suhartono, Eka Febriyanti)

23 - 30

Optimasi Daya Gerak Perahu Rawa Guna Meningkatkan Kinerja Wahana Patroli Tni Al - Swamp Boat Air Propulsion Based Power Design To Improve Vehicle Performance Of Tni Al (A. Paripurna, Samudro, Suwahyu, R. Kharis, H. Suyanto)

31 - 42

Study Of The Technology Of Utilizing Biogas From Palm Oil Mill Effluent (Pome) To Boiler - Study Of The Technology Of Utilizing Biogas From Palm Oil Mill Effluent (Pome) To Boiler

(Bambang Sucahyo, Dwi Lukman H, Rohmadi Ridlo, Tyas Puspita R, Erna

Rosmala S)

43 - 54

Kajian Eksperimental Peluncuran Kapal Menggunakan Air Bag - Experimental Study On Ship Launching Using Airbags (Zulis Irawanto, Navik Puryantini, Baharudin Ali, Budi Setyo Prasodjo)

55 - 64

Simulasi Beban Jalan Dan Traksi Roda Pada Pemilihan Rolling Chassis 4wd Untuk Kendaraan Water Cannon - Road Load And Wheel Traction Simulation Of 4wd Rolling Chassis Selection For Water Cannon Vehicle (Prasetyaning Diah Rizky Lestari, Agus Sartomo, Taufik Yuwono)

65 - 74

Analisis Keekonomian Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Biogas Dari Pome Dengan Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) - Economic Analysis For The Development Of Pome Biogas Power Plant Using Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) (Agus Sugiyono, Adiarso, Ratna Etie Puspita Dewi, Yudiartono, Agung Wijono, dan Niken Larasati)

75 - 84

Binomial Logit Model Untuk Pemilihan Moda Antara Pesawat Udara Dan Kereta Api Dengan Kereta Api Ekspress - Binomial Logit Model For Selecting Moda Between Aircraft, Executive Train And Express Train (Djoko Prijo Utomo, Mulyadi Sinung Harjono)

85 - 92


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

KARAKTERISTIK DINAMIK ROTOR BOW THRUSTER 250 KW MENGGUNAKAN PEMODELAN EULER-BERNOULLI BEAM

DYNAMIC CHARACTERISTICS OF 250 KW ROTOR BOW THRUSTER USING

EULER-BERNOULLI BEAM MODELING

Harry Purnama, Budi Noviantoro Fadjrin, Muhammad Ilham Adynugraha,

Cuk Supriyadi Ali Nandar

Abstrak

Perkembangan mesin-mesin elektrik terutama Bow Thruster bagi sektor kemaritiman sangat signifikan. Dari beberapa komponen penting dalam Bow Thruster, seperti rotor terutama pada bagian poros dan bantalannya (bearing) mempunyai peran penting sehingga perlu dilakukan analisis. Analisis dinamik merupakan analisis untuk mengetahui sifat-sifat dinamik rotor akibat pengaruh putaran terhadap frekuensi pribadi. Pada makalah ini analisis dinamik dikembangkan dengan pemodelan rotor menggunakan Euler-Bernoulli Beam (EBB) secara numerik dengan perangkat lunak GNU-Octave yang merupakan perangkat lunak open source. Hasil dari analisis dinamik rotor ini menunjukan putaran kritis pada putaran 417, 433, 673, 750 RPM. dan modus getar pada frekuensi 6.904, 7.236, 11.329 12.264 Hz dari rotor Bow Thruster. Kata kunci : rotor dinamik, Euler-Bernoulli Beam, poros, putaran kritis, modus getar.

MOLD PROPERTIES OF INDONESIA NATURE SAND

AS GREEN SAND

Yusup Hendronursito, Muhammad Amin, Kusno Isnugroho, David C B

Abstract

The mould properties of Juwono sand, were investigated. The samples were subjected to various physical and mechanical test. These include permeability, green compression strength, and chemical composition by XRF/ XRD analysis. Green shear strength, grain shape, water content, and clay content were also carried out on the samples. Juwono sand casting containing 32.76% clay and category in grade 212/75 of fine sub grades were found to posses adequate permeability, good strength and refractoriness suitable for casting of both ferrous and non ferrous alloys. Key Words : sand, physiscal test, mechanical test, refractoriness, casting.


ISSN 1410-3680

PENGARUH PERLAKUAN PELARUTAN TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN

STRUKTUR MIKRO PADUAN TERNER Zr-Nb-Mo UNTUK BIOMATERIAL

EFFECT OF SOLUTION TREATMENT ON MECHANICAL PROPERTIES AND MICRO STRUCTURE TERNARY ALLOY Zr-Nb FOR BIOMATERIAL

Dzikry Syamsul Nur Alam, Pradoto Ambardi, Djoko Hadi Prajitno

Abstrak

Penelitian dilakukan untuk mempelajari pengaruh perlakuan pelarutan terhadap sifat mekanik dan stuktur mikro paduan terner Zr-Nb-Mo untuk biomaterial. Paduan zirkonium dapat digunakan sebagai bahan implan. Paduan Zr-5Nb-xMo(x= 0, 1, 3 dan 5 %wt) dilakukan perlakuan pelarutan dengan variasi temperatur 900oC, 950oC dan 1000oC dengan pendinginan cepat menggunakan medium air. Hasilnya menunjukan bahwa peningkatan kandungan molibdenum, dapat meningkatkan fasa β-Zr dan peningkatan temperatur perlakuan pelarutan dapat meningkatkan kekerasan paduan zirconium. Hal tersebut terjadi karena unsur molibdenum bertindak sebagai beta stabilizer dan perlakuan pelarutan membentuk perubahan bentuk fasa β-Zr dari plate menjadi lath yang lebih halus. Pengujian kekerasan Rockwell C dengan nilai kekerasan tertinggi 53,67 HRC paduan Zr-5Nb-1Mo perlakuan pelarutan 1000oC, fasa yang terbentuk adalah α-Zr, β-Zr, dan intermetalik Mo2Zr paduan Zr-5Nb-5Mo yang diidentifikasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD). Kata kunci : Paduan Zr-5Nb-xMo, perlakuan pelarutan, beta stabilizer.

UJI PROFISIENSI ANTAR LABORATORIUM UJI TARIK BAJA TULANGAN SIRIP

PROFICIENCY TESTING OF TENSION TESTING OF DEFORMED CARBON-STEEL BARS FOR CONCRETE REINFORCEMENT

H. Agus Suhartono, Eka Febriyanti

Abstrak

Pengukuran sifat mekanik yang akurat merupakan suatu hal yang sangat diperlukan dalam perhitungan kekuatan desain suatu struktur. Uji profisiensi antar laboratorium menjamin keamanan dan kehandalan hasil uji. Laboratorium wajib memverifikasi prosedur pengujian dan kapasitasnya untuk mendapatkan hasil uji yang dapat diandalkan. Dalam penelitian ini, benda uji adalah baja tulangan sirip dengan dimensi yang berbeda. Benda uji yang dipilih secara acak memiliki dimensi tertentu dikirim ke masing-masing laboratorium peserta, kemudian diuji dan hasilnya dianalisis sesuai dengan parameter yang ditetapkan sebelumnya. Setiap laboratorium diterapkan tes tarik pada benda uji sesuai dengan prosedur yang diberikan dalam SNI 2052-2002 dan standar uji tarik yang biasa dipergunakan masing-masing laboratorium. Hasil uji dievaluasi sesuai dengan prosedur yang dijelaskan dalam standar terkait. Hasil yang dikumpulkan dievaluasi sesuai dengan metode statistik Robust kemudian Z-score dari laboratorium peserta disajikan. Batas keberterimaan outlier ditetapkan apabila Z-score > 3. Hasil uji kuat tarik dan kuat luluh dari salah satu laboratorium merupakan outlier pada perhitungan Z-score antar laboratorium. Untuk parameter elongasi terdapat dua laboratorium yang diperingatkan dengan nilai Z-score diantara 2 dan 3.

Kata kunci: baja tulangan beton, uji profisiensi, uji tarik


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

PERANCANGAN DAYA GERAK PERAHU RAWA BERBASIS PROPULSI UDARA GUNA

MENINGKATKAN KINERJA WAHANA PATROLI TNI AL

SWAMP BOAT AIR PROPULSION BASED POWER DESIGN TO IMPROVE VEHICLE PERFORMANCE OF TNI AL

A. Paripurna, Samudro, Suwahyu, R. Kharis, H. Suyanto

Abstrak

Perahu Rawa (swamp boat) sebagai wahana taktis patroli militer TNI-AL dapat digunakan di rawa-rawa, perairan dangkal maupun sungai pedalaman. Perahu dirancang berbahan aluminium alloy dengan struktur lambung dasar rata (bottom flat) dilengkapi sistem propulsi berbaling-baling udara sehingga mampu melaju dan olah gerak dengan kecepatan tinggi. Sebagai wahana operasi patroli militer, kinerja perahu rawa perlu ditingkatkan melalui perancangan daya gerak sistem propulsi berbasis perhitungan baling-baling udara dalam kondisi hambatan air pada rancang bangun perahu rawa. Dalam studi ini dihasilkan rancangan secara perhitungan numerik propulsi di air perahu rawa berukuran panjang 5,8 m dengan bobot 2 Ton, berkecepatan hingga 50 knot, dengan hambatan air 6198,34 N yang membutuhkan tenaga dorong 267,5 HP. Dari evaluasi perbandingan antara perhitungan daya dorong berbasis perhitungan propulsi memakai baling-baling udara (engine propeller thrust) pada efisiensi 80% dan berbasis perhitungan propulsi di air, maka untuk mencapai kecepatan 50 knot hanya membutuhkan tenaga dorong (thrust) 8921,92 N setara daya dorong 238,1 HP. Oleh karena itu, untuk mengoptimalkan daya dorong sistem propulsi sebagai penggerak perahu pada kecepatan operasi 20 knot yang disyaratkan pada opsrec-spectec, digunakan alternatif mesin diesel dengan tenaga 275 HP/2500-3000 RPM dilengkapi baling-baling udara berbahan komposit diameter 78”. Hasil pengujian pelayaran perahu rawa di perairan terbatas menunjukkan hasil peningkatan kinerja kecepatan operasi 50%, dicapai pada pada putaran baling-baling 2362,5 RPM dengan prestasi kecepatan operasi perahu rawa mencapai 30 knot. Kata kunci : Perahu rawa, Hambatan air, Daya dorong, Peningkatan kecepatan operasi

KAJIAN TEKNOLOGI PEMANFAATAN BIOGAS POME

(PALM OIL MILL EFFLUENT) KE BOILER

STUDY OF THE TECHNOLOGY OF UTILIZING BIOGAS FROM

PALM OIL MILL EFFLUENT (POME) TO BOILER

Bambang Sucahyo, Dwi Lukman H, Rohmadi Ridlo, Tyas Puspita R, Erna Rosmala S

Abstrak

PTPN V di Propinsi Riau, merencanakan kajian teknis untuk penerapan teknologi Biogas to Boiler untuk memaksimalkan pemanfaatan Biogas, khususnya di PKS Sei Pagar. Kajian tersebut bertujuan untuk mensubstitusi Cangkang pada Boiler/ Ketel Uap melalui skema Model Pemanfaatan Biogas POME ke Boiler pada Pabrik Kelapa Sawit. Selain kajian teknis, kajian keekonomian dan lingkungan dilakukan dalam kaitan studi banding ke beberapa PKS di wilayah Sumatera dan Kalimantan. Skema Model Pemanfaatan Biogas POME ke Boiler pada Pabrik Kelapa Sawit menggunakan beberapa komponen, seperti : Blower, Sistem Pemipaan, Valve Train, Gas Burner (Single Burner), Forced Draft Fan, dan Control Panel (PHB). Dari hasil studi tersebut, jumlah cangkang yang dapat digantikan dengan biogas POME pada pembakaran di Boiler sebanyak 6.549,3 ton per tahun. Jika cangkang tersebut dapat dijual dengan harga sebesar Rp 4.000 per kg atau Rp 400.000 per ton, maka pendapatan yang diperoleh dari hasil penjualan cangkang sekitar Rp 2,62 Milyar. Model Pemanfaatan tersebut dapat dikembangkan dan diterapkan untuk mendukung penerapan teknologi Biogas to Boiler di Pabrik Kelapa Sawit yang ada di Indonesia.

Kata Kunci : Ketel Uap/ Boiler, Blower, Sistem Pemipaan, Valve Train, Gas Burner (Single Burner), Forced Draft Fan, Control Panel


ISSN 1410-3680

KAJIAN EKSPERIMENTAL PELUNCURAN KAPAL MENGGUNAKAN AIR BAG

EXPERIMENTAL STUDY ON SHIP LAUNCHING USING AIRBAGS

Zulis Irawantoa, Navik Puryantinia, Baharudin Alia, Budi Setyo Prasodjob

Abstrak

Makalah ini melaporkan hasil penelitian di Balai Teknologi Hidrodinamika yang mengkaji peluncuran kapal dengan menggunakan air bag. Metode yang digunakan adalah uji model dengan melakukan studi sensitivitas beberapa parameter yang berpengaruh pada peluncuran kapal. Analisis dilakukan pada beberapa kondisi ekstrim yaitu kondisi terjadinya benturan, kondisi pada sudut pitch maksimum, dan kondisi pada freeboard minimum. Melalui uji model, dapat diketahui perilaku gerakan kapal saat diluncurkan dengan menggunakan air bag, serta dapat diketahui tingkat keselamatan peluncuran kapal. Kata kunci: Peluncuran kapal, Air bag, Uji model

SIMULASI BEBAN JALAN DAN TRAKSI RODA PADA PEMILIHAN ROLLING CHASSIS 4WD UNTUK KENDARAAN WATER CANNON

ROAD LOAD AND WHEEL TRACTION SIMULATION OF 4WD ROLLING CHASSIS

SELECTION FOR WATER CANNON VEHICLE

Prasetyaning Diah Rizky Lestari, Agus Sartomo, Taufik Yuwono

Abstrak Tingkat kandungan dalam negeri (TKDN) pada kendaraan taktis Water Cannon (WCV) milik Polri yang rendah mendorong adanya kajian yang mengarah pada peningkatan nilai TKDN. Salah satu penguasaan teknologi dalam pengembangan kendaraan taktis yaitu dengan memilih beberapa komponen tertentu dari kendaraan yang mempunyai daya ungkit tinggi dalam meningkatkan TKDN hingga mencapai 25% atau lebih. Dalam kajian ini komponen yang dipilih yaitu berupa rolling chassis kendaraan. Sesuai dengan spesifikasi kendaraan WCV Tactica milik Polri maka pada kajian ini dipilih WCV 4WD dengan tujuan kendaraan dapat digunakan di medan jalan tanah dan lincah dalam bermanuver. Rolling chassis akan dipilih berdasarkan hasil simulasi performanya berdasarkan beban jalan kendaraan dan traksi roda yang dihasilkan. Simulasi perhitungan dilakukan dengan menggunakan 3 macam merek rolling chassis 4WD yaitu A, B dan C yang tersedia di pasaran lokal Indonesia. Tinjauan utama dalam membandingkan 3 merek rolling chassis ini adalah kemampuan tanjaknya serta kecepatan yang dapat dicapai pada kemampuan tanjak tersebut. Dari hasil kajian disimpulkan bahwa secara keseluruhan desain kendaraan WCV dengan menggunakan rolling chassis merek B lebih layak digunakan. Dengan rolling chassis merek B, kendaraan WCV dapat melalui tanjakan hingga 30˚ dengan kecepatan maksimal 9 km/jam. Simulasi beban jalan kendaraan dan traksi roda ini dapat digunakan sebagai salah satu metode acuan pemilihan rolling chassis untuk kendaraan WCV. Kata kunci : Traksi, Beban Jalan Kendaraan, Rolling Chassis, Water Cannon Vehicle


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

ANALISIS KEEKONOMIAN PEMBANGUNAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BIOGAS DARI POME DENGAN CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR (CSTR)

ECONOMIC ANALYSIS FOR THE DEVELOPMENT OF POME BIOGAS POWER PLANT USING CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR (CSTR)

Agus Sugiyono, Adiarso, Ratna Etie Puspita Dewi, Yudiartono,

Agung Wijono, dan Niken Larasati

Abstrak

Limbah cair kelapa sawit atau dikenal dengan POME (palm oil mill effluent) dapat diproses menjadi biogas sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik. Produksi POME saat ini dapat digunakan untuk pembangkit listrik tenaga biogas (PLTBg) dengan kapasitas mencapai 153,4 MW yang sebagian besar berada di wilayah Sumatera. Salah satu pabrik kelapa sawit (PKS) yang berpotensi untuk pembangunan PLTBg adalah PKS Sei Pagar milik PTPN V Pekanbaru. Studi ini bertujuan untuk melakukan analisis keekonomian pembangunan PLTBg. PLTBg didesain dengan kapasitas 700 kW dengan menggunakan biodigester jenis continuous stirred tank reactor (CSTR). Listrik yang dihasilkan akan dijual ke PLN dengan harga jual sebesar 85% biaya pokok penyediaan (BPP) pembangkitan wilayah Riau sebesar 1.249,5 Rp/kWh. Hasil perhitungan keekonomian menunjukkan bahwa biaya investasi mencapai 26,3 miliar Rupiah dengan skema 70% pinjaman dari bank dan sisanya 30% dengan modal sendiri (equity). Biaya operasi dan perawatan mencapai 2,3 miliar Rupiah setiap tahun. Pembangunan PLTBg layak untuk dilaksanakan dengan nilai IRR sebesar 11,44%, waktu pengembalian modal selama 7 tahun 11 bulan, dan NPV sebesar 1.1 miliar Rupiah. Kata kunci : POME, CSTR, PLTBg, studi kelayakan.

BINOMIAL LOGIT MODEL UNTUK PEMILIHAN MODA ANTARA PESAWAT UDARA, KERETA API EKSEKUTIF DAN KERETA API EKSPRES

BINOMIAL LOGIT MODEL FOR SELECTING MODA BETWEEN AIRCRAFT, EXECUTIVE TRAIN AND EXPRESS TRAIN

Djoko Prijo Utomo, Mulyadi Sinung Harjono

Abstrak

Penelitian ini dilakukan untuk mengkaji potensi pasar rencana pembangunan kereta api ekspres Jakarta – Semarang. Survei stated preference dan model logit binomial digunakan untuk mengidentifikasi kompetisi antara moda kereta api ekspres dengan pesawat udara maupun kereta api kelas eksekutif yang telah beroperasi. Atribut yang digunakan adalah travel time dan travel cost. Hasil analisis regresi untuk model utility cukup baik dengan indikator R2

sebesar 0,51 untuk penumpang pesawat udara dan 0,56 untuk penumpang kereta api kelas api eksekutif. Hasil temuan menunjukkan bahwa penumpang pesawat udara lebih sensitif terhadap perubahan waktu tempuh dibandingkan penumpang kereta api (KA) eksekutif, dan penumpang pesawat udara juga memiliki kemampuan membeli yang lebih tinggi dibandingkan penumpang KA eksekutif. Jika waktu perjalanan KA ekspres 2,8 jam (kecepatan rata-rata 155,5 km/jam), maka potensi pendapatan terbesar terjadi jika tarif Rp. 360.000,-/penumpang. Kata kunci : Kereta Api, potensi permintaan, Stated Preference, Binomial Logit Model

Karakteristik Dinamik Rotor Bow Thruster 250 KW Menggunakan Pemodelan Euler-Bernoulli Beam (Harry Purnama, Budi Noviantoro Fadjrin,Muhammad Ilham Adynugraha, Cuk Supriyadi Ali Nandar)

P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 1

KARAKTERISTIK DINAMIK ROTOR BOW THRUSTER 250 KW

MENGGUNAKAN PEMODELAN EULER-BERNOULLI BEAM

DYNAMIC CHARACTERISTICS OF 250 KW ROTOR BOW

THRUSTER USING EULER-BERNOULLI BEAM MODELING

Harry Purnama, Budi Noviantoro Fadjrin,

Muhammad Ilham Adynugraha, Cuk Supriyadi Ali Nandar

Pusat Teknologi Industri Permesinan, Deputi Bidang TIRBR, BPPT.

Kawasan Puspiptek Serpong Tangerang Selatan, Banten 15314. Laboratorium Design Institute, PTIP.

Kawasan Puspiptek Serpong Tangerang Selatan, Banten 15314.

e-mail : [email protected], [email protected], [email protected], [email protected].

Abstrak

Perkembangan mesin-mesin elektrik terutama Bow Thruster bagi sektor kemaritiman sangat signifikan. Dari beberapa komponen penting dalam Bow Thruster, seperti rotor terutama pada bagian poros dan bantalannya (bearing) mempunyai peran penting sehingga perlu dilakukan analisis. Analisis dinamik merupakan analisis untuk mengetahui sifat-sifat dinamik rotor akibat pengaruh putaran terhadap frekuensi pribadi. Pada makalah ini analisis dinamik dikembangkan dengan pemodelan rotor menggunakan Euler-Bernoulli Beam (EBB) secara numerik dengan perangkat lunak GNU-Octave yang merupakan perangkat lunak open source. Hasil dari analisis dinamik rotor ini menunjukan putaran kritis pada putaran 417, 433, 673, 750 RPM. dan modus getar pada frekuensi 6.904, 7.236, 11.329 12.264 Hz dari rotor Bow Thruster. Kata kunci : rotor dinamik, Euler-Bernoulli Beam, poros, putaran kritis, modus getar.

Abstract

The development of the electric machines, especially Bow Thruster, for the maritime sector is significantly increased. The several important components in Bow Thruster, such as rotors, especially its shaft and bearings, have an important role to be analyzed. Dynamic analysis is an analysis to determine the dynamic properties of the rotors due to the effect of the rotation on natural frequency. In this paper, a dynamic analysis was developed numerically with rotor modeling using Euler-Bernoulli Beam (EBB) with GNU-Octave software which is an open source software. The results show that the critical rotation occures at the rotation speed about 417, 433, 673, 750 RPM and mode shapes at frequency about 6,904, 7,236, 11,329 12,264 Hz of the Bow Thruster rotor. Key Words : dynamic rotor, Euler-Bernoulli Beam, shaft, critical speed, mode shape. Diterima (received ) : 23 Oktober 2018 , Direvisi (revised ) : 01 Maret 2019 Disetujui (accepted) : 04 Maret 2019

mailto:[email protected]




M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (1-8)

2 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

PENDAHULUAN Mesin-mesin elektrik memiliki unsur

teknologi yang beragam, sehingga diperlukan pemahaman yang lebih terhadap prinsip-prinsip fisik yang mendasarinya1).

Terdapat komponen utama pada motor listrik diantaranya adalah rumah motor (casing), bantalan dan poros dimana terdiri dari rotor dan stator. Dalam hal ini desain poros dan bantalan bearing sebagai komponen motor listrik mempunyai peran penting, berkaitan dengan gaya-gaya dan momen-momen yang bekerja pada sistem, maka harus terpenuhi kreteria kekuatannya baik secara statik dan dinamik.

Menurut Zohoor2), sangatlah perlu untuk mengestimasikan karakteristik dinamik dari sebuah komponen dengan tepat dan efisien. Tujuannya, menurut Matsushita et al3) adalah untuk menentukan metodologi pengurangan getaran suatu komponen, berkaitan dengan desain, pengoperasian dan perawatan dari sistem rotating machine.

Beberapa penelitian telah dikembangkan diantaranya, investigasi numerik mengenai perilaku dinamis dari poros komposit yang berongga dengan rigid disc di mana model matematika dari rotor berasal dari persamaan Lagrange dan metode Rayleigh-Ritz4). Selain itu pendekatan metode elemen hingga untuk persamaan Timoshenko beam ditampilkan sebagai penambahan dalam pendekatan persamaan Euler-Bernoulli beam. Hasil yang diperoleh dengan pendekatan ini sangat bagus, dengan menggabungkan dua persamaan diferensial klasik menjadi satu di mana defleksi fiktif adalah satu-satunya variabel yang dapat diinterpolasi oleh polinomial tipe Hermite. Hal itulah yang menjadikan metode ini bagus dalam hal akurasi dan komputasi5).

Selain dari menyusun matriks secara manual, Ahmed6), menggunakan algoritma rinci berdasarkan pada karya Nelson dan McVaugh (1976) yang menggunakan persamaan Euler-Bernoulli beam untuk menggabungkan matriks global terhadap Eigen-analisis, respon ketidakseimbangan, dan analisis ambang ketidakstabilan.

METODOLOGI

Dalam rotor dinamik, menurut Genta7), poros rotor dimodelkan dengan menggunakan beam sedangkan elemen lain seperti disk, sambungan dan sebagainya yang memanjang arah radial diasumsikan sebagai massa terkonsentrasi dengan momen inersia.

Penerapan metode elemen hingga dalam sebuah struktur, sangat penting untuk merinci struktur tersebut ke dalam elemen yang lebih sederhana. Kemudian representasi mekanikal dari elemen-elemen tersebut digabungkan dalam persamaan-persamaan yang keakurasiannya dapat dipertanggung jawabkan. Salah satunya dengan menggunakan model matematika dari persamaan Euler-Bernoulli beam8,9) .

Gambar 1. Diagam alir analisis dinamik rotor

Sesuai dengan diagram alir pada

Gambar.1 Penentuan dimensi rotor telah dikerjakan pada makalah sebelumnya12). Langkah selanjutnya adalah mendefinisikan elemen-elemen yang menyusun rotor tersebut dengan menggunakan model matematika Euler-Bernoulli Beam.

Pemodelan Elemen Disk

Elemen disk diasumsikan kaku dengan pusat massa berada tepat di sumbu disk,

dimana total energi kinetiknya Td terhadap gerak translasi dan rotasi adalah sebagai berikut

2 2 2 2 21 1 1( ) ( )

2 2 2d d d pT m u v I I (1)

Dalam matriks, persamaan (1) menjadi

KKaarraakktteerriissttiikk DDiinnaammiikk RRoottoorr BBooww TThhrruusstteerr 225500 KKWW MMeenngggguunnaakkaann PPeemmooddeellaann EEuulleerr--BBeerrnnoouullllii BBeeaamm (Harry Purnama, Budi Noviantoro Fadjrin, Muhammad Ilham Adynugraha, Cuk Supriyadi Ali Nandar)

3

2 2

2 2

01

02

T

d

d

d

mu uT

mv v

(2)

0 01

0 02

0 0

T

d

d

p

I

I

I

Dimana md adalah massa disk, u dan

v adalah kecepatan linier arah x and y,

sedangkan , dan adalah kecepatan

angular sesaat pada aksis x, y dan z. Pada sistem koordinat ini vektor kecepatan angular menjadi persamaan (3).

q T P (3)

Sebagai asumsi bahwa gerak rotasi disk

sebagai berikut: adalah y-axis, dan

adalah x-axis, kemudian adalah z-axis,

yang mana adalah sudut putaran rotor

terhadap kecepatan angular sesaat z-axis

yaitu , dimana adalah kecepatan putar disk, maka persamaanya dalam bentuk matriks adalah seperti di bawah

0

0

0 1

cos sin cos

sin cos cos

sin

(4)

Hasil substitusi dari persamaan (4) ke dalam persamaan (2) adalah

2 2 2 2 21 1 1( ) ( ) ( 2 )

2 2 2d d d pT m u v I I

(5)

Matriks elemen disk pada persamaan (6) didapat dengan menerapkan persamaan Lagrange untuk persamaan (4), serta meniadakan energi regangan pada disk.

.

0

0 0 0

0 0

0 0 0

0 0 0

d d

t

d

d d d

t

T Tdm u

d u um v

I

T Td I

d psipsi

(6)

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0

0 0 0

p

p

u

v

I

I

Dimana M adalah matriks elemen massa

dan G is matriks giroskopis pada disk.

Pemodelan Elemen Poros

Pemodelan elemen poros menggunakan teori Euler-Bernoulli Beam, yang mana teori ini mendekatkan persamaannya dengan mengabaikan efek pergeseran dan inersia putar. Matriks elemen dikalkulasikan sama seperti pada elemen disk berdasar pada energi kinetik dan energi regangan sesuai

perpindahan lateral ( )eu terhadap bidang

netral dari beam, seperti pada Gambar. 28,9,10).

Gambar 2. Koordinat lokal pada bidang X-Z

Pendefinsian jenis material dari poros

menggunakan asumsi bahwa elemen material adalah linier sesuai dengan hukum Hooke.

Translasi elemen berupa polinomial

kubik dalam xi , maka nodalnya adalah

sebagai berikut.

1(0) ,e eu u 1(0)e

e

u

(7)

2( ) ,e e eu u 2( )e

e e

u

Defleksi elemen dapat didekati dengan persamaan (8)

1

1

1 2 3 4

2

2

( )

( )( , ) [ ( ) ( ) ( ) ( )]

( )

( )

e

e

e

e

e

u t

tu t Ne Ne Ne Ne

u t

t

(8)

Dimana fungsi bentuk, ( )eiN adalah

2 3

1 2 3( ) (1 3 2 )e

e e

N

3 3

2 3 3( ) ( 2 )e e

e e e

N

(9)

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (1-8)

4 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

2 3

3 2 3( ) (3 2 )e

e e

N

2 3

4 2 3( ) ( )e e

e e

N

Sedangkan persamaan Energi

Regangan, eU , dari elemen poros adalah

2

2

20

( , )1

2 ( )( )e e

e e e

u tU E I

(10)

Dimana eI adalah momen luasan kedua

pada perpotongan sumbu aksis netralnya. Hasil substitusi dari persamaan (8) ke

dalam persamaan (10), memberikan matriks di bawah.

1 11 12 13 14 1

1 21 22 23 24 1

2 31 32 33 34 2

2 41 42 43 44 2

( ) ( )

( ) ( )1

( ) ( )2

( ) ( )

T

e e

e e

e

e e

e e

u t k k k k u t

t k k k k tU

u t k k k k u t

t k k k k t

(11)

Dengan matriks kekakuan elemennya

adalah.

" "

0( ) ( )

e

ij e e ei ejk E I N N d (12)

"

eiN dan "

ejN turunan kedua dari I, fungsi

bentuk sehubungan dengan , pada

persamaan (13).

"

1 2

6 21( )e

e e

N

"

2

22 3( )e

e e

N

(13)

"

3

6 21( )e

e e

N

"

4

2 31( )e

e e

N

Dengan mensubstitusikan persamaan

(13) ke dalam persamaan (12), maka akan didapat persamaan (14).

" "

12 1 20

( ) ) (e

e e e ek E I N N d (14)

2

6 e e

e

E I

Sehingga Matriks kekakuan elemen untuk bidang x-z adalah sebagai berikut.

11 12 13 14

21 22 23 24

31 32 33 34

41 42 43 44

e

k k k k

k k k kK

k k k k

k k k k

(15)

2 2

3

2 2

12 6 12 6

6 4 6 2

12 6 12 6

6 2 6 4

e e

e e e ee e

e ee

e e e e

E I

Dengan cara yang sama, matriks massa

digenerasikan menggunakan persamaan Energi Kinetik, yang menghilangkan efek

putar. sehingga energi kinetik eT dari poros

adalah.

2

0

1( , )

2

e

e e e eT A u t d (16)

Dimana, e adalah densitas dari elemen

material, eA adalah luas area perpotongan

beam dan eu turunan pertama dari translasi

beam terhadap waktu. Dengan mensubstitusikan persamaan (8)

kedalam (16), sehingga energi kinetik pada bidang aksis x-z adalah sebagai berikut.

1 11 12 13 14 1

1 21 22 23 24 1

2 31 32 33 34 2

2 41 42 43 44 2

( ) ( )

( ) ( )1

( ) ( )2

( ) ( )

T

e e

e e

e

e e

e e

u t m m m m u t

t m m m m tT

u t m m m m u t

t m m m m t

(17)

Sedangkan elemen matriks massa, untuk beam dengan penampang seragam, adalah.

" "

0( ) ( )

e

ij e e ei ejm A N N d

(18)

Elemen 12m setelah dikalkulasikan

adalah sebagai berikut.

212

" "

10

( ) ( )e

e e e em A N N d (19)

211

210e e eA

Penyelesaian integralnya memberikan matriks massa elemen, sebagai berikut.


5

11 12 13 14

21 22 23 24

31 32 33 34

41 42 43 44

e

m m m m

m m m mM

m m m m

m m m m

(20)

2 2

2 2

156 22 54 13

22 4 13 3

54 13 156 22420

13 3 22 4

e e

e e e ee e e

e e

e e e e

A

Pemodelan Elemen Bantalan

Bantalan bearing dalam permodelan elemen ini diasumsikan linier dan sesuai dengan persamaan yang berhubungan dengan gaya-gaya yang bekerja pada poros, sehingga resultan perpindahan dan kecepatannya adalah sebagai berikut.

x uu uv uu uv

y vu vv vu vv

f k k c cu u

f k k c cv v

(21)

Dimana uu uv

b

vu vv

k kK

k k

adalah matrik

kekakuan bearing, uu uv

b

vu vv

c cC

c c

adalah

matriks redaman bearing.

Sistem Persamaan Gerak

Sistem persamaan gerak dibentuk dari perakitan komponen yang jika diterapkan persamaan Lagrange maka akan menghasilkan persamaan berikut,

( ) ( ) ( ) ( ) uMq t C G q t Kq t Q (22)

Dimana, ( )q t adalah vektor perpindahan

titik, M adalah matriks massa global, C

adalah matriks redaman global, G adalah

matriks giroskopis global sedangkan

K adalah matriks kekakuan global. Dalam kasus ini bearing yang digunakan

adalah roller bearing dimana jenis bearing ini nilai redaman bisa diabaikan atau dianggap nol, sehingga menghasilkan persamaan (23).

( ) ( ) ( ) ( ) uMq t G q t Kq t Q (23)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Perakitan Dan Pemodelan Elemen Rotor

Pemodelan matriks menggunakan perangkat lunak open source GNU-Octave. GNU-Octave mempunyai konfigurasi yang menyamai Matlab.

Proses perakitan meliputi matriks elemen poros, matriks disk dan matriks bantalan serta mendiskripsikan kondisi batas dari rotor tersebut, seperti yang terlihat pada Gambar. 38).

Gambar 3

Matriks dan kondisi batas rotor

Gambar 4.

Permodelan rotor bow thuster

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (1-8)

6 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

Kondisi batas berupa penggunaan model Euler-Bernoulli Beam, elemen bantalan meniadakan matriks redaman dengan kecepatan putar dari rotor adalah 525 RPM.

Gambar. 4, merupakan hasil dari pemodelan rotor bow thruster menggunakan metode elemen hingga

Hasil pemodelan tersebut terdiri dari 30 nodal atau 29 elemen beam. Dengan meletakkan propeller pada nodal 8 yang terdiri dari massa, inersia diametral dan inersia polar adalah 190 Kg, 2.4 Kg. mm dan 3.7Kg.mm, sedangkan winding coil rotornya pada nodal 21 yang terdiri dari massa, inersia diametral dan inersia polar adalah 400 Kg, 32 Kg. mm dan 10 Kg.mm. Untuk elemen bantalan bearing, diletakkan pada nodal 14 dan 27.

Analisis Diagram Campbell

Analisis diagram Campbell dilakukan

untuk mengetahui profil frekuensi pribadi sistem poros rotor sebagai fungsi dari putaran operasi dan berfungsi untuk memprediksi adanya putaran kritis akibat massa unbalance 11).

Gambar 5, Garis linear yang berupa titik-titik (dot) menyatakan garis frekuensi 1X putaran operasi rotor dengan persamaannya adalah F=N/60 dan F=0,5N/60, dimana

perpotongannya terhadap garis frekuensi pribadi disebut putaran kritis akibat dari massa unbalance. Putaran kritis masing-masing nilainya adalah 417, 433, 673, 750 RPM.

Analisis Response Unbalance

Menurut standar API 612, massa unbalance dihitung dengan persamaan (24)

2

5B

MU md

(24)

Dengan, BU adalah massa unbalance,

M adalah massa rotor, dan adalah kecepatan putar rotor.

Maka dari persamaan di atas, didapatkan massa unbalance sebesar 12e-03 Kg.m. Massa unbalance tersebut diletakkan pada winding coil rotor atau pada nodal 21, sedangkan pada bearing, massa unbalance nilainya adalah setengah dari massa unbalance winding coil rotor yang diletakkan pada nodal 14 dan 27 dengan sudut 0o.

Gambar 5.

Diagram Campbell rotor


7

Gambar 6.

Response unbalance pada nodal 21

Gambar 7.

Response unbalance pada nodal 14 dan 27 Gambar 6. menunjukan respon

unbalance dengan meletakkan massa unbalance pada disk, sedangkan pada Gambar 7. menunjukan respon unbalance dengan meletakkan massa unbalance pada bearing.

Secara teoretis menurut standar API 612 amplitudo dari bantalan bearing tidak boleh melebihi 16,3 mm. Nilai amplitudo dihitung dengan persamaan (25)

max

1391 450A

N

(25)

Nilai amplitudo maksimum pada winding coil rotor adalah 1,30 x 10-3 mm. Amplitudo dari bantalan pada nodal 14 adalah 1,32 x 10-3 mm, sedangkan amplitudo bantalan bearing pada nodal 27 adalah 1,21 x 10-3

mm. Sehingga nilai amplitudo tersebut masih

di bawah batas amplitudo maksimum teoretis.

Analisis Modus Getar

Analisis modus getar pada rotor

dilakukan pada kecepatan nominal 525 RPM

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (1-8)

8 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

seperti yang terlihat pada Gambar 8. Keempat modus getar tersebut terdiri dari 2 frekuensi pribadi yang berada di bawah kecepatan nominal dari rotor yaitu 6.904 Hz dan 7.2367 Hz. Dikarenakan adanya modus getar pertama dan kedua yang berada di sebelum kecepatan nominal, maka rotor tidak boleh ditahan pada putaran tersebut terlalu lama, karena dapat menimbulkan getaran.

Gambar 8. 4 Modus getar rotor bow thruster

SIMPULAN

Dari analisis secara dinamik dapat

ditemukan beberapa putaran kritis pada rotor bow thruster 250 kW yaitu pada 417, 433, 673, 750 RPM. Dengan adanya putaran kritis tersebut diharapkan pada saat operasi rotor tidak terlalu lama ditahan pada putaran tersebut.

Selain itu, pendekatan melalui pemodelan metode elemen hingga menggunakan Euler-Bernoulli Beam ini masih perlu dikaji ulang. Pada tahap lanjut terdapat beberapa pemodelan yang menggunakan variable-variabel lebih detail sehingga didapatkan hasil yang lebih akurat.

UCAPAN TERIMA KASIH

Kami ucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada Unit kerja Pusat Teknologi Industri Permesinan-TIRBR-BPPT yang telah memberikan fasilitas untuk melakukan desain dengan menggunakan CATIA dan komputasi numerik menggunakan perangkat lunak open source GNU-Octave dan PT. RISEA yang telah menyediakan salah satu produknya untuk dilakukan analisa.

DAFTAR PUSTAKA

1. Boy, F., & Hetzler, H. Nonlinear

Electromechanical Interactions in Rotordynamics of Electrical Machines. 2017.

2. Zohoor, H., Kakavand, F. Vibration of Euler–Bernoulli and Timoshenko beams in large overall motion on flying support using finite element method. Scientia Iranica, 19(4), 1105-1116. 2012.

3. Matsushita, O., Tanaka, M., Kanki, H., Kobayashi, M., \& Keogh, P. Vibrations of Rotating Machinery. Springer. 2017.

4. Cavalini Jr, A. A., Guimarães, T. A., da Silva, B. R., & Steffen Jr, V. Analysis of the Dynamic Behavior of a Rotating Composite Hollow Shaft. Latin American Journal of Solids and Structures 14(1), 1-16. 2017

5. Falsone, G., & Settineri, D. A Euler–Bernoulli-like Finite Element Method for Timoshenko Beams. Mechanics Research Communications, 38(1), 12-16. 2011.

6. Ahmed, K. S., & Ahmad, S. M. Vibron Rotor, an Open source Rotor dynamic Code: Development and Benchmarking Measurement, 131, 546-558. 2019.

7. Genta, G., & Silvagni, M. On Centrifugal Softening in Finite Element Method Rotordynamics. Journal of Applied Mechanics, 81(1), 011001. 2014.

8. Haji, Z. Dynamic Analysis and Crack Detection in Stationary and Rotating Shafts (Doctoral dissertation, The University of Manchester). 2015.

9. Friswell, M. I., Penny, J. E., Garvey, S. D., & Lees, A. W. Dynamics of Rotating Machines. Cambridge University Press. 2010.

10. Bang, H., & Kwon, Y. W. The Finite Element Method Using MATLAB. CRC press. 2000.

11. Dewi, D.K., & Widodo, A. Desain dan Rekayasa Turbin Panas Bumi Tipe Kondensing Kapasitas 5 MW, Laporan akhir Insinas 2016, Ristek Dikti. 2016.

12. Noviyantoro Fadjrin, Budi & Purnama, Harry & I Adhynugraha, Muhammad & Nandar, Cuk. Shaft Mechanical Design of 250 kW Electric Motor. 309-314. 10.1109/ICECOS.2018.8605227. 2018.

Mold Properties of Indonesia Nature Sand as Green Sand

(Yusup Hendronursito, Muhammad Amin, Kusno Isnugroho, David C B)

P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 9

MOLD PROPERTIES OF INDONESIA NATURE SAND AS GREEN SAND

Yusup Hendronursito, Muhammad Amin, Kusno Isnugroho, David C B

Research Unit For Mineral Technology – Indonesian Institute of Sciences

Jl. Ir. Sutami Km. 15 Tanjung Bintang, South Lampung – Indonesia e-mail: [email protected]

Abstract

The mould properties of Juwono sand, were investigated. The samples were subjected to various physical and mechanical test. These include permeability, green compression strength, and chemical composition by XRF/ XRD analysis. Green shear strength, grain shape, water content, and clay content were also carried out on the samples. Juwono sand casting containing 32.76% clay and category in grade 212/75 of fine sub grades were found to posses adequate permeability, good strength and refractoriness suitable for casting of both ferrous and non ferrous alloys. Key Words : sand, physiscal test, mechanical test, refractoriness, casting.

Abstrak

Telah dilakukan pengujian fisik dan mekanikal terhadap pasir cetak yang berasal dari pasir alam Juwono, Pati, Jawa Tengah – Indonesia. Pengujian meliputi permeabilitas, kuat tekan basah, kuat geser basah, komposisi kimia menggunakan X-ray fluorescence dan X-ray diffraction, bentuk butir, kadar air, dan kadar tanah liat. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pasir alam Juwono termasuk kedalam grade 212/75 yang memiliki nilai permeabilitas yang memadai, kekuaatan dan sifat tahan api yang baik sesuai untuk pengecoran ferrous and non ferrous alloy serta sifat mampu bentuk yang dipengaruhi oleh kadar tanah liat yang sangat tinggi yaitu 32,76 %. Kata kunci : pengujian fisik dan mekanikal, pasir cetak, pengecoran

Diterima (received ) : 18 Januari 2018 , Direvisi (revised ) : 04 Maret 2019 Disetujui (accepted) : 12 Maret 2019

INTRODUCTION

The nature sand from Juwono, Pati, Central Java - Indonesia were investigated. Juwono sand usually applicated for a non-ferrous foundry. Juwono sand type of natural sand that easily applied to use and economical because can reusable. In the application for sand casting, this nature sand only added ± 8% of water without adding additive materials like bentonite. Juwono sand more easily formed and the surface of molds more smooth than others sand. Data on materials properties of Juwono sand not yet available1), so needs to characterization this sand like a sand mold to be a reference for artificial sand mold. Mihira (1998) on her paper explained that many of foundry in Indonesia manually controlled to molding sand properties without testing equipment. This caused industrial foundry in

Indonesia weak technology2). Molding is an important aspect of foundry operation, the soundness or otherwise of casting depends on the natural sand properties of the initial molding material used3). The cost of casting also depends on the availability of molding materials.

An investigation has been carried out on some of the natural sand deposits across the country. In some of the earlier works, Sulistyani et al. (2015) investigated the molding properties of Merapi volcanic and its potential application4). Puspitasari et al. (2016), investigated Gunung Kelud eruption sand for Al-Si casting. In this research used some binder variation and then tested of strength test, quality, dan fluidity5). Yusup and Yogi (2016), studied on Lampung Province local sand for Aluminium scrap casting application6).


M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (9-14)

10 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

MATERIALS AND METHODS

The major materials for this work are nature sand. Sand was collected from Juwono – Pati, center of Java – Indonesia. The sample tested include Grain fine number (GFN), Permeability, green strength test, green shear test, clay content, and chemical analysis.

Figure 1. Juwono Nature Sand for SMEs Foundry The sample was mounted into the

permeability machine and 2000cm3 of air was passed through the prepared sample and the time taken by it to completely pass through the

sand sample was noted. The instrument used is presented in formula 17). The permeability number was calculated using the formula:

P=(𝑉 × 𝐻)/(𝑝 × 𝐴 × 𝑇) (1) where V is the volume of air (2000 cm3), H is the height of sand specimen (5 cm), p is air pressure in cm of water (9.8 cm), A is cross-sectional area of the sand specimen (19.63 cm2), T is the time in minutes for the complete air to pass through.

The green compression test was carried out by applying the load of 25 kN on the strength testing machine and increasing it gradually on each sample. The samples were tested for three times. This tested was done until a crack appeared on the sample. The average for three samples was found and recorded. In green shear strength test, the sample putting on the loading position of the universal sand strength-testing machine. Load of 25 g/cm2 was applied until a crack appeared on the sample. Three samples were used for the test and the average value for the green strength was recorded.

Table 1. Permeabiliy, Green Compression Strength And Shear Strength Test Result

No. Type of testing Test result

Sample 1 Sample 2 Sample 3 Average

1. Weigh of sample (gram) 165.00 165.00 165.00 165.00 2. Permeability (ml/min) 60 60 62 60.67 3. Green Compression Strength (kN/m2) 95.50 91.30 95.00 93.93 4. Green Shear Strength (kN/m2) 75.00 71.90 74.80 73.90

The average of three samples for Permeability, Green compression strength, and shear strength test results in Table 1 showed the value of permeability 60.67 has fulfilled the minimal standard of sand casting in foundry used with nominal standard about 20 – 120 ml/min8). While the green compression strength and green shear strength value about 93.93 and 73.9 kN/m2 respectively.

The investigation of the shape of grain has been done by an optical microscope with 100x in scale from washed sample and meshing. The shape of sand grain of Juwono sands shown in Figure 2 showed there are tapered corners but not in all side, subrounded category.

Figure 2.

Shape Of Juwono Sands

The result of GFN (Table 2) showed the Grain Fineness Number (GFN) was 202.15 with the largest grain distribution in 200 mesh (61.38%) and <200 mesh (17.28%).



P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 11

Table 2. GFN Test Result

No. micron Mesh weigh (gr)

Percent Sn Wn.Sn

1. <20 0 0 9.6 0 2. 841 20 0 0 17.95 0 3. 420 40 0.4 0.44 40 16 4. 250 60 0.35 0.39 57.45 20.1075 5. 177 80 9.92 11.1 82 813.44 6. 149 100 8.41 9.41 100 841 7. 74 200 54.89 61.38 200 10978 8. pan 15.45 17.28 350 5407.5

GFN 202.15

Moisture content 50 g of the sand sample was measured using digital balance and dried at the temperature of 105oC - 110oC for 2 hours to evaporate all the moisture in the sand. The sample was then weighed. The weight difference between the initial and new weight was expressed in percentage to give the moisture content of the sand. Clay Content The dried sample from the moisture content determination was washed four times till the surface was clean. It was then dried again and weighed. The difference between the weight of the washed and its initial weight expressed in percentage was taken as the clay content.

Moisture content (%) =

Initial weigh-final weigh

Initial weigh x 100% (2)

Clay content (%) =

Initial weigh-weigh after wash

Initial weigh x 100% (3)

Table 3. Moisture and Clay content test result

Moisture content (%)

Clay content (%)

6.78 32.76

X-Ray Fluorescence (XRF) and X-Ray

Powder Diffraction (XRD) tests were conducted using Phillips PW 2400 X-ray Spectrometer and X-pert MPD model PW 3040 Phillips respectively to analyze the elemental composition and phase. The silica content of Juwono sand casting 29.414%, less than others silica sand about 55.3 – 99.87%. The other chemical compositions are Fe and Al, 10.914% and 9.728% of weighing respectively. The metal elements such as Ti, Zn, Zr, Cr, Sr, Sn existed with the very small percentage that was less than 1%. While the results of the XRD analysis showed that mineral content was quartz, hematite, periclase and eliminate.

Figure 3.

XRD Analysis Result

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (9-14)

12 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

Table 4. XRF Analysis Result

Compound Conc Unit Compound Conc Unit

Mg 0.609 % Zn 0.112 %

Al 9.728 % Ga 35.3 ppm

Si 29.418 % As 173.2 ppm

P 358.2 ppm Kr 0.52 %

S 710.2 ppm Rb 131.3 ppm

Cl 314.6 ppm Sr 244 ppm

K 1.948 % Y 63.3 ppm

Ca 2.971 % Zr 870.9 ppm

Ti 0.703 % Nb 37.2 ppm

V 216.8 ppm Ag 0.16 %

Cr 201 ppm Sn 56.9 ppm

Mn 0.137 % Te 89.2 ppm

Fe 10.914 % Ba 337.3 ppm

Co 519.2 ppm

Ni 93.7 ppm

RESULTS AND DISCUSSION

The result of the material properties of Juwono sand presented in Tabel 1 until Table

3. While the mineralogical composition analysis presented in Table 4, Figure 4, and Figure 3. The summary of these result showed in Table 5.

Table 5.

Resume The Analysis Result

Standard Result Other sand (based on personal data)

Tanjung Bintang

Maringgai Ceper

Permeability (ml/min) 20 - 120 7) 60.67 266.67

Green compression strength (kN/m2)

51.33 – 103.14 9) 93.93

GFN 10 - 220 11) sand casting

220.15 48.5 47.6 31.3

35 - 140 10) for cast product

Clay Content (%) 10 - 20 11) 32.76 3.03 8.12 35.37

Water content (%) 2 - 12 12) 6.78 0.135 0.28 1.16

Table 1. represented that permeability

test result of Juwono sand approximately 60.67 ml/min, lower than Tanjung Bintang, Lampung Province - Indonesia local sand approximately 266.676), but this value has fulfilled the minimal requirement value as molding sand approximately 20 – 120 ml/min7). The compressive strength test result indicated that value 93.93 kN/m2 has fulfilled the minimal requirment value of approximately 51.33

kN/m2 - 103.14 kN/m2 9). The lowes permeability of Juwono sand while the green compresive strength is high caused by the shape of sand which is sub-rounded. This angled of sand will make increasingly strong of particle but formed porosity that cause decreasing the airflow at permeability test.

Grain fine number of Juwono sand more high than other local sand, according to Rao, P. N. (2001) GFN average for sand casting



P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 13

approximately 35 – 140 and grouped according to the type and size of cast product10), while according to R. L Agarwal et.al, GFN value for sand casting about 10 – 220. Based on clay content and water content approximately 10 – 20% and 2 – 12% respectively11),12), clay content of Juwono sand is higher and effect to essay formed without added with an additive as a binder. This characteristic of Juwono sand also causes higher green compressive strength about 70 – 90 kN/m2. This is because the clay content increased more fine clay particles occupy the available spaces between the sand grains. Compared to another sand characteristic, the sand from Juwono has a higher clay content compared to Tanjung Bintang and Maringgai sand but has a clay content that is almost the same as Klaten sand with a higher water content compared to other sands. Juwono sand casting chemical composition content of iron oxide (Fe2O3) in the form of the red iron oxide or more commonly known as hematite. Iron oxides have been used for years in foundry applications to improve core properties and the quality of castings. Iron oxides have proven to be advantageous as an additive to foundry sand molding aggregates, which in turn improves the quality of castings, by reducing the formation of thermal expansion defects, such as veining, scabs, buckles, and rat tails as well as gas defects, such as pinholes and metal penetration12). Red iron oxide typically includes 60-87% FezO3, 7.5-8.5% silica dioxide (SiOz), 2-9.5% alumina dioxide (A101), 0.1-1 1% calcium oxide (CaO),0.2-2.6% magnesium oxide (MgO) and 0.2-0.4% manganese oxide (MnO)12). While periclase often called magnesium oxide whit chemical formulation of MgO. Magnesium oxide effected on refractories of sand casting. Pure MgO has a high melting point, good refractory properties, and well resistant to attack by basic environments often found in the steel making process13). The siliminate common form of aluminum silicate (Al2SiO5). All break down of aluminum silicates at high temperatures to form mullite and silica. Therefore, aluminum silicate (Al2SiO5) for foundry use are produced by calcining these minerals. Depending on the sintering cycle, the silica may be present as cristobalite or as amorphous silica. The grains are highly angular. These materials have high refractoriness, low thermal expansion, and high resistance to thermal shock. They are widely used in precision investment foundries, often in combination with zircon 13).

CONCLUSIONS

The GFN test result showed the maximal distribution in mesh 80 until under mesh 200 with 61.38% of weigh in mesh 200, based on GFN test result compared with Sub Grades Table for sand, Juwono sand included in grade 212/75. Natural molding sands from Juwono possess high flexibility of operation. Unlike the synthetic sands, here accurate adjustment of moisture is not required and the range of permissible moisture is high. These sands are therefore suitable for molding. The quantity of sand required in such a case is large. ACKNOWLEDGEMENTS

The author gratefully acknowledgments the Reseach unit for mineral processing – Indonesian Institute of Sciences who have supported this research both in terms of finance and laboratory equipment.

REFERENCES 1. Widodo R. Forum Teknik Pengecoran

Logam: Komunitas Praktisi Pengecoran Logam Indonesia. Available at: https://hapli.wordpress.com/foundry/pasir-cetak/ accessed August 2016.

2. S T Mihira. Small-Scale Metal Casting Industry in Indonesia: Situation and Problems. Asian Cultural Studies, 1998, III-A(8): 71–87

3. B Y L Shuaib, S S Yaru, S Abdulkareem, S Ajayi, Y O Busari, K S Ajao, H K Ibrahim, I O Ambali and G A Moahammed. Suitability of some selected Ado-Ekiti (Nigeria) natural Moulding Sands’ Properties for sand casting. Covenant Journal of Engineering Technology (CJET). 2017, 1, 2, 53-64.

4. Sulistyani, E Priyambodo and L Yogantari. Mineral Content Analysis Of Merapi Volcanic Sand And Its Potential Application. Proceeding of International Conference On Research, Implementation And Education Of Mathematics And Sciences 2015, Yogyakarta State University.

5. P Puspitasari, Tuwoso and E Aristiyanto. Pengaruh Penggunaan Pasir Gunung Terhadap Kualitas dan Fluiditas Hasil Pengecoran Logam Paduan Al – Si. Jurnal Teknik Mesin. 2015, 24, 2, 21-27.

6. Yusup Hendronursito and Yogi Prayanda. Potensi Pasir Lokal Tanjung Bintang Pada Aluminium Sand Casting Terhadap Porositas Produk Hasil Cor Aluminium. Dinamika Teknik Mesin. 2016, 6,1, 70-75.

https://hapli.wordpress.com/foundry/pasir-cetak/

https://hapli.wordpress.com/foundry/pasir-cetak/

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (9-14)

14 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

7. A O Oke and B V Omidiji. Investigation of Some Moulding Properties of a Nigerian Clay-Bonded Sand. Archives Of Foundry Engineering. 2016, 16, 3, 71-76.

8. O Olasupo and J A Omotoyinbo. Moulding Properties of a Nigerian Silica – Clay Mixture For Foundry Use. Applied Clay Science. 2009. DOI: 10.1016/j.clay.2009.05.001

9. N A Ademoh and A T Abdullahi. Assessment of Foundry Properties of Steel Casting Moulds Bonded with Grade 4 Acacia Species (Gum arabic). International Journal of Physical sciences. 2009, 6, 238-241.

10. P N Rao. Manufacturing Technology Foundry, Forming and Welding. Tata McGraw- Hill. 2ndEdition. New Delhi, India, 2001.

11. R L Agarwal, T R Banga and T Nanghnani. Foundry Engineering. New Delhi: Khanna Publisher India. 1981.

12. A Turkeli. Sand, Sand Additives, Sand Properties, And Sand Reclamation. Foundry Technology. Available at: http://mimoza.marmara.edu.tr/~altan.turkeli/files/cpt-2-sand_sand.pdf. Accessed July 2017.

13. D R Askeland and W J Wright. The Science And Engineering Of Materials. Cengage Learning. 7th ed. Boston, USA, 2015, p. 122-561.

14. P L Jain. Principles of Foundry Technology. Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited. 4th edition. New Delhi. 2003.

http://mimoza.marmara.edu.tr/~altan.turkeli/files/cpt-2-sand_sand.pdf

http://mimoza.marmara.edu.tr/~altan.turkeli/files/cpt-2-sand_sand.pdf

PPeennggaarruuhh PPeerrllaakkuuaann PPeellaarruuttaann TTeerrhhaaddaapp SSiiffaatt MMeekkaanniikk ddaann SSttrruukkttuurr MMiikkrroo PPaadduuaann TTeerrnneerr ZZrr--NNbb--MMoo uunnttuukk BBiioommaatteerriiaall

((DDzziikkrryy SSyyaammssuull NNuurr AAllaamm,, PPrraaddoottoo AAmmbbaarrddii,, DDjjookkoo HHaaddii PPrraajjiittnnoo))

P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 15

PENGARUH PERLAKUAN PELARUTAN TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO

PADUAN TERNER Zr-Nb-Mo UNTUK BIOMATERIAL

EFFECT OF SOLUTION TREATMENT ON MECHANICAL PROPERTIES AND MICRO STRUCTURE

TERNARY ALLOY Zr-Nb FOR BIOMATERIAL

Dzikry Syamsul Nur Alam a, Pradoto Ambardi b, Djoko Hadi Prajitno c

a,b Teknik Metalurgi, Universitas Jenderal Achmad Yani, Bandung, Indonesia.

c PSTNT-BATAN, Jl. Tamansari 71 Bandung 40132, Indonesia. e-mail : [email protected],

Abstrak

Penelitian dilakukan untuk mempelajari pengaruh perlakuan pelarutan terhadap sifat mekanik dan stuktur mikro paduan terner Zr-Nb-Mo untuk biomaterial. Paduan zirkonium dapat digunakan sebagai bahan implan. Paduan Zr-5Nb-xMo(x= 0, 1, 3 dan 5 %wt) dilakukan perlakuan pelarutan dengan variasi temperatur 900oC, 950oC dan 1000oC dengan pendinginan cepat menggunakan medium air. Hasilnya menunjukan bahwa peningkatan kandungan molibdenum, dapat meningkatkan fasa β-Zr dan peningkatan temperatur perlakuan pelarutan dapat meningkatkan kekerasan paduan zirconium. Hal tersebut terjadi karena unsur molibdenum bertindak sebagai beta stabilizer dan perlakuan pelarutan membentuk perubahan bentuk fasa β-Zr dari plate menjadi lath yang lebih halus. Pengujian kekerasan Rockwell C dengan nilai kekerasan tertinggi 53,67 HRC paduan Zr-5Nb-1Mo perlakuan pelarutan 1000oC, fasa yang terbentuk adalah α-Zr, β-Zr, dan intermetalik Mo2Zr paduan Zr-5Nb-5Mo yang diidentifikasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD). Kata kunci : Paduan Zr-5Nb-xMo, perlakuan pelarutan, beta stabilizer.

Abstract

The research was to investigate the effect of solution treatment on mechanical properties and micro structure of ternary alloy Zr-Nb-Mo for biomaterial. Zirconium alloy can be used as an implant material. The temperature variation of solution treatment alloy Zr-5Nb-xMo (x= 0, 1, 3 dan 5 %wt) is 900oC, 950oC and 1000oC with water quenching. The result shows that the phase β-Zr will increase by increasing the consentration of molybdenum and rise up the temperature solution treatment can for hardening the zirconium alloy. These happens because molybdenum serves as a beta stabilizer and the solution treatment generates the tansformation of phase β-Zr from plate into a finer lath. The hardness testing using Rockwell C with the highest hardness value 53.67 HRC Zr-5Nb-1Mo alloy solution treatment 1000oC, The formed phases are α-Zr, β-Zr, and intermetalic Mo2Zr Zr-5Nb-5Mo alloy yang identified by using X-Ray Diffraction (XRD). Key Words: Zr-5Nb-xMo alloys, solution treatment, beta stabilizer

Diterima (received ) : 18 September 2018 , Direvisi (revised ) : 04 Maret 2019 , Disetujui (accepted) : 11 Maret 2019

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (15-22)

16 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

PENDAHULUAN

Material logam saat ini sangat bermanfaat bagi kemajuan medis terutama pada biomaterial yang berfungsi sebagai implan pengganti jaringan tubuh manusia. Sekitar 70-80% implan terbuat dari biomaterial logam1).

Penyembuhan cedera patah tulang dapat ditangani dengan pemasangan implan pada tulang orthopaedic implant dan material yang sering digunakan sebagai implan ortopedi adalah logam2). Prinsip penggunaan biomaterial logam sebagai bahan baku implan ortopedi didasarkan pada karakteristik kompatibilitas biomekanik, biokimia, dan kompatibilitas biologi yang cukup baik terhadap tubuh. Beberapa biomaterial logam yang sering digunakan sebagai material implan adalah SUS 316L stainless steel, paduan Co-Cr, dan paduan titanium3). Material yang mulai dikembangkan sebagai material implan adalah zirkonium. Bukti in vivo menunjukkan bahwa implan zirkonium menunjukkan osseointegrasi yang baik dan bahkan tingkat yang lebih tinggi dari implan titanium4).

Logam berbasis Zr dipilih sebagai aplikasi biomaterial dikarenakan nilai kerentanan magnet yang terkecil dibandingkan jenis-jenis logam yang umum digunakan untuk aplikasi biomaterial dibidang medis. Selain itu, Zr memiliki ketahanan korosi yang baik karena permukaan Zr dapat membentuk lapisan pasif1). Zr juga memiliki sifat sitoksitas rendah5), yang artinya tidak mengganggu jaringan tubuh dengan tidak menyebabkan alergi. Namun, jika Zr tidak dipadukan dengan unsur lain, maka sifat mekanis yang dihasilkan akan lebih rendah dibandingkan titanium dengan paduannya. Sehingga dilakukan penambahan unsur Nb dan Mo, yang berfungsi sebagai unsur penguat sistem mekanis6). Selain itu, Nb dan Mo juga memiliki sifat sitotoksitas yang rendah dan kerentanan magnetik yang rendah5), sehingga dapat mendukung sebagai paduan untuk material zirkonium.Paduan Zr-Nb memiliki ketahanan korosi, tahan lama, dan biokompatibel untuk komponen ortopedi yang terutama ditujukan sebagai implan pinggul dan lutut7). Proses perlakuan pelarutan dilakukan pada paduan Zr-Nb-Mo dapat mempengaruhi ketahanan korosi, sifat mekanis dan ukuran butirnya, transformasi martensit dapat terjadi pada paduan Zr yang didinginkan dengan cepat dari temperatur tinggi fasa hcp menjadi bcc martensit, umumnya ada dua jenis yaitu lath martensite dan plate martensite8).

Berdasarkan latar belakang tersebut penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan unsur niobium pada paduan Zr-5Nb-xMo dimana variasi Mo (0%, 1%, 3%, dan 5%) (% massa) dan pengaruh dilakukan proses perlakuan pelarutan quenching menggunakan medium air untuk meningkatkan sifat mekanis serta ketahanan korosi berdasarkan morfologi struktur mikro yang terbentuk sebagai aplikasi biomaterial. BAHAN DAN METODE

Bahan baku yang digunakan berupa logam zirconium sponge 99,99%, niobiumwire komposisi 99,98% dan molybdenum rounded 99,98% ditimbang dengan berat total 15 gram setiap sampel.

Tahapan proses tersebut meliputi, peleburan paduan Zr-5Nb-xMo (x : 0, 1, 3, 5%wt) hasil penimbangan menggunakan arc melting furnace. Peleburan dilakukan sebanyak empat kali dan dibuat berbentuk oval seperti pada gambar 1.

Gambar 1. Spesimen Hasil Peleburan

Spesimen hasil peleburan dipotong

menjadi empat bagian untuk dilakukan proses solution treatment pada temperatur 900oC, 950oC, dan 1000oC menggunakan alat tube furnace dengan gas argon agar tidak terjadi oksidasi dan pendinginan cepat menggunakan media air. Proses solution treatment dapat dilihat pada gambar skematik seperti pada Gambar 2.

Gambar 2.

Skematik Solution Treatment



P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 17

Gambar 3.

Diagram Biner Zr-Nb9) Karakterisasi sampel yang dilakukan meliputi, pengujian komposisi sampel dengan PMI (Positive Material Identification), pengujian metalografi mengunakan mikroskop optik dengan 2 gram ammonium biflouride, 50 mL etanol dan 100 mL air secara imersi dengan waktu 10-15 menit, pengujian kekerasan menggunakan Rockwell skala C, pengujian komposisi fasa β-Zr dengan aplikasi image J dan pengujian XRD (X-Ray Diffraction) untuk mengetahui jenis fasa pada paduan. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengujian komposisi kimia

Hasil pengujian komposisi kimia dengan PMI ditunjukkan oleh Tabel 1.

Tabel 1.

Data Analisis Komposisi PMI Spesimen Zr (%) Nb (%) Mo (%) Total (%)

Zr-5Nb 93,973 5,977 - 99,95

Zr-5Nb-1Mo 93,549 5,720 0,716 99,985

Zr-5Nb-3Mo 91,753 5,174 3,029 99,956

Zr-5Nb-5Mo 89,207 5,684 5,082 99,973

Komposisi hasil pengujian dikonversi

menjadi %mol kemudian diplot pada diagram terner Zr-Nb-Mo temperatur 310K.

Gambar 4. Diagram Terner Zr-Nb-Mo 310K9).

Pada diagram terner seperti Gambar 4., daerah hcp merupakan fasa α-Zr, bcc merupakan β-Zr dan C15 merupakan

senyawa Mo2Zr9). Hasil plot pada diagram terner terlihat bahwa paduan Zr-5Nb-1Mo serta Zr-5Nb-3Mo memiliki fasa α-Zr danβ-

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (15-22)

18 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

Zr, sedangkan paduan Zr-5Nb-5Mo memiliki fasa α-Zr,β-Zr dan senyawa intermetalic Mo2Zr

Pengujian Metalografi Kualitatif

Pengujian metalografi kualitatif dilakukan untuk melihat bentuk struktur mikro sampel penelitian beserta jenis fasa yang terbentuk pada sampel. Hasil pengujian metalografi ditunjukkan oleh Gambar 5. sebagai berikut:

(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 5. Struktur Mikro Spesimen Pembesaran

200x Paduan Zr-5Nb (as-cast) (a), paduan Zr-

5Nb-1Mo solution treatment 9000C (b), paduan Zr-5Nb-3Mo solution treatment 9500C (c) dan paduan Zr-5Nb-5Mo solution treatment 10000C (d).

Hasil metalografi kualitatif terlihat bahwa yang berwana hitam merupakan fasa β-Zr, warna putih fasa α-Zr, dan warna antara hitam dan putih diantara fasa β-Zr adalah senyawa intermetalik Mo2Zr10).

Adanya Mo juga dapat menstabilkan fasa-β pada sistem biner paduan Zr-Mo, terutama ketika kadar Mo di atas 3%11), dan dengan perlakuan pelarutan maka fasa β-Zr berubah bentuk menjadi lath martensite β-Zr4). Fasa α-Zr menjadi lebih halus tersebar pada butir fasa β-Zr seiring peningkatan temperatur solution treatment. Senyawa intermetalic Mo2Zr hanya terbentuk pada paduan Zr-5Nb-5Mo. Pengujian Metalografi Kuantitatif

Pengujian ini dilakukan dengan

mengolah gambar struktur mikro menggunakan aplikasi image J. sehingga di dapatkan data grafik persentase fasa β-Zr sebagai berikut:

Gambar 6. Grafik Persentase Fasa β-Zr

Hasil pengujian pada Gambar 6.

menunjukan paduan biner Zr-5Nb memiliki persentase fasa β-Zr sebesar 25,05%, hal ini terjadi karena Nb bersifat beta stabilizer6), dengan bertambahnya paduan Mo terjadi peningkatan fasa β-Zr terutama pada penambahan Mo 3%wt fasa beta yang dihasilkan 45,05%, meningkat pesat jika dibandingkan dengan Mo 1%wt sebesar 26,96%. Peningkatan ini membuktikan bahwa Mo dapat menjadi beta stabilizer pada penambahan 3%wt11). Peningkatan fasa β-Zr berbanding lurus dengan meningkatnya temperatur solution treatment, terlihat pada paduan Zr-5Nb-5Mo dengan temperatur 1000oC menghasilkan fasa β-Zr 65,25%.

α-Zr

β-Zr

Mo2Zr



P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 19

Pengujian Kekerasan

Pengujian dilakukan menggunakan Rockwell skala C hasil rata-ratanya ditunjukkan oleh Tabel 2. sebagai berikut:

Tabel 2. Data Kekerasan Spesimen

Data pengujian kekerasan dibuat menjadi

grafik nilai kekerasan spesimen seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.

Gambar 7. menunjukan bahwa dari paduan biner Zr-5Nb (as cast) menuju paduan Zr-5Nb-1Mo (as cast) terjadi peningkatan kekerasan menjadi 49,33 HRC yang diakibatkan dari pengaruh penguatan larutan padat dari 1%wt Mo, pada penambahan Mo sebesar 3%wt terjadi penurunan kekerasan karena peningkatan fasa β-Zr, fasa β-Zr memiliki kekerasan yang lebih rendah dari fasa α-Zr4), paduan Zr-5N-5Mo (as cast) tidak terjadi penurunan yang

signifikan meskipun fasa β-Zr semakin banyak karena membentuk fasa intermetalik Mo2Zr di dalam matriks α-Zr12). Pada hasil proses solution treatment terjadi peningkatan kekerasan yang diakibatkan dari terbentuknya lath martenstie β-Zr4,13). Peningkatan temperatur pemanasan dapat meningkatkan kekerasan karena fasa α-Zr semakin halus dan tersebar pada butir fasa β-Zr dengan meningkatnya temperatur pemanasan

Gambar 7. Grafik Kekerasan Spesimen

. Pengujian XRD (X-Ray Diffraction)

Pengujian XRD menghasilkan grafik seperti pada Gambar 8. berikut ini.

(a)

Paduan Hardness Rockwell C (HRC) rata-rata

As Cast ST 900oC ST 950oC ST 1000oC

Zr-5Nb 45,67 48 48,83 50,5

Zr-5Nb-1Mo 49,33 50 51 53,67

Zr-5Nb-3Mo 48,33 48.5 50,17 50,83

Zr-5Nb-5Mo 48,0 48.33 50 51

Position [°2Theta] (Copper (Cu))

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Counts

0

20000

40000

60000

80000

Zr-5Nb

Zirconium - Beta, Ht 27.5 %

Zirconium - Alpha 72.5 %

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (15-22)

20 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

(b)

(c)

(d) Gambar 8. Grafik Hasil XRD


10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Counts

0

50000

100000 Zr-5Nb-5Mo_1000C



Molybdenum Zirconium (2/1) 19.4 %

33.5 %

0.5%


10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Counts

0

50000

100000

Zr-5Nb-5Mo



Molybdenum Zirconium (2/1) 0.1 %


10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Counts

0

50000

100000 Zr-5Nb-1Mo



66.0 %



P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 21

Paduan Zr-5Nb (as-cast) (a), paduan Zr-

5Nb-1Mo solution treatment 9000C (b), paduan Zr-5Nb-5Mo (as-cast) (c) dan paduan Zr-5Nb-5Mo solution treatment 10000C (d). Pada Gambar 7. grafik hasil XRD terlihat bahwa paduan biner Zr-5Nb dan paduan Zr-5Nb-1Mo memiliki fasa β-Zr dan fasa α-Zr tetapi untuk paduan Zr-5Nb-5Mo terdapat senyawa intermetalik Mo2Zr yang sifatnya sebagai penguat pada paduan Zr-Mo14). Semakin bertambahnya paduan Mo maka meningkatkan jumlah puncak fasa β-Zr sehingga dibuktikan bahwa Mo bersifat sebagai beta stabilizer.

SIMPULAN

Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa penambahan molibdenum dapat meningkatkan kekerasan paduan Zr-Nb dan meingkatkan persentase fasa β-Zr, fasa β-Zr semakin meningkat maka ketahanan korosi semakin baik, akan tetapi kekerasannya semakin turun. Pada paduan Zr-5Nb-5Mo terbentuk senyawa intermetalik Mo2Zr yang bersifat sebagai peningkat kekerasan paduan. Porses solution treatment meningkatkan persentase fasa β-Zr, tetapi fasa β-Zr yang dihasilkan berbentuk lath martensite yang memiliki kekerasan lebih tinggi dari pada fasa β-Zr sebelumnya, peningkatan temperatur pemanasan dapat meningkatkan persentase fasa β-Zr dan kekerasan material, karena fasa α-Zr semakin halus tersebar pada butir fasa β-Zr. Sehingga material yang paling baik untuk diaplikasikan pada biomaterial adalah paduan Zr-5Nb-5Mo dengan solution treatment pada temperatur 1000oC karena memiliki kekerasan yang tinggi dan persentase fasa β-Zr yang paling besar, maka ketahanan aus dan ketahanan korosi semakin meningkat dari pada paduan biner Zr-Nb. UCAPAN TERIMA KASIH

Makalah ini merupakan hasil dari penelitian program strata satu teknik metalurgi UNJANI. Disampaikan kepada BATAN yang telah membantu penulis dalam penelitian dan ke semua pihak di UNJANI yang selalu mendukung penelitian penulis.

DAFTAR PUSTAKA 1. J.Choi and N. S. Wang, “Metals for

Biomedical Applications,” Biomed. Eng. – From Theory to Appl., pp. 411–430, 2011.

2. D.R. Lide, “Hardness of Minerals and

Ceramics,” CRC Handb. Chem. Phys., pp. 2313–2314, 2010.

3. R.R. Lima, L. M. Araujo, P. R. Affonso, K. M. Maranhão, and S. S. Lamarão, “Scanning electron microscopic investigation of dentinal tubules in Cebus apella dentin.,” Ci. Anim. Bras, vol. 10, no. 4, p. 1328–1331., 2009.

4. F. Y. Zhou et al., “Microstructure, mechanical property, corrosion behavior, and in vitro biocompatibility of Zr-Mo alloys,” J. Biomed. Mater. Res. - Part B Appl. Biomater., vol. 101 B, no. 2, pp. 237–246, 2013.

5. A.Yamamoto, R. Honma, and M. Sumita, “Cytotoxicity evaluation of 43 metal salts using murine fibroblasts and osteoblastic cells,” J. Biomed. Mater. Res., vol. 39, no. 2, pp. 331–340, 1998.

6. D.O. Northwood, “Heat treatment, transformation reactions and mechanical properties of two high strength zirconium alloys,” J. Less-Common Met., vol. 61, no. 2, pp. 199–212, 1978.

7. S.Sarker et al., “Developments in the Ni–Nb–Zr amorphous alloy membranes: A review,” Appl. Phys. A Mater. Sci. Process., vol. 122, no. 3, 2016.

8. H. L. Yang et al., “Effect of molybdenum on microstructures in Zr-1.2Nb alloys after β-quenching and subsequently 873 K annealing,” Mater. Des., vol. 104, pp. 355–364, 2016.

9. J.S. Liang et al., “Compositional screening of Zr-Nb-Mo alloys with CALPHAD-type model for promising bio-medical implants,” Calphad Comput. Coupling Phase Diagrams Thermochem., vol. 56, no. December 2016, pp. 196–206, 2017.

10. H.Prajitno and Dani Gustaman, “Pembuatan Paduan Zirkaloy Dengan Teknik Pelelehan Tungku Busur Tunggal,” Prosiding Pertemuan Ilmial Sains Materi. ISSN 1410–2897, 2010.

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (15-22)

22 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

11. C.Summary, G. P. Description, G. Process, F. Diagram, and S. Chlorination, “Thomas E . Garner , ‘ Zirconium and Hafnium Minerals ,’ from Industrial Minerals and Rocks , 6th ed ., Society for Mining , Metallurgy , and Exploration , 1994 , pp . 1159-1164 . U . S . Environmental Protection Agency , Development Document for Effluent ,” vol. IX, no. May 1989, 1994.

12. W.Chubb, “High-5trength Zirconium Alloy” : Zr-4 Wt Pet,” no. April, pp. 461–468, 1957.

13. B.Bandriyana, “Effect Of β-Quenching On Oxidation Resistance Of Zirconium Alloyzrnbmoge For Fuel Cladding Material,” KnE Energy, vol. 1, no. 1, pp. 1–6, 2016.

14. Suyalatu et al., “Microstructure and magnetic susceptibility of as-cast Zr-Mo alloys,” Acta Biomater., vol. 6, no. 3, pp. 1033–1038, 2010.

Uji Profisiensi antar Laboratorium Uji Tarik Baja Tulangan Sirip (H.Agus Suhartono, Eka Febriyanti)

P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 23

UJI PROFISIENSI ANTAR LABORATORIUM UJI TARIK BAJA TULANGAN SIRIP

PROFICIENCY TESTING OF TENSION TESTING OF DEFORMED CARBON-STEEL BARS FOR CONCRETE REINFORCEMENT

H. Agus Suhartono, Eka Febriyanti

Balai Besar Teknologi Kekuatan Struktur (B2TKS) – BPP. Teknologi

PUSPIPTEK Serpong 15314, Telp. 021-7560562 ext. 1069 E-mail : [email protected]

Abstrak

Pengukuran sifat mekanik yang akurat merupakan suatu hal yang sangat diperlukan dalam perhitungan kekuatan desain suatu struktur. Uji profisiensi antar laboratorium menjamin keamanan dan kehandalan hasil uji. Laboratorium wajib memverifikasi prosedur pengujian dan kapasitasnya untuk mendapatkan hasil uji yang dapat diandalkan. Dalam penelitian ini, benda uji adalah baja tulangan sirip dengan dimensi yang berbeda. Benda uji yang dipilih secara acak memiliki dimensi tertentu dikirim ke masing-masing laboratorium peserta, kemudian diuji dan hasilnya dianalisis sesuai dengan parameter yang ditetapkan sebelumnya. Setiap laboratorium diterapkan tes tarik pada benda uji sesuai dengan prosedur yang diberikan dalam SNI 2052-2002 dan standar uji tarik yang biasa dipergunakan masing-masing laboratorium. Hasil uji dievaluasi sesuai dengan prosedur yang dijelaskan dalam standar terkait. Hasil yang dikumpulkan dievaluasi sesuai dengan metode statistik Robust kemudian Z-score dari laboratorium peserta disajikan. Batas keberterimaan outlier ditetapkan apabila Z-score > 3. Hasil uji kuat tarik dan kuat luluh dari salah satu laboratorium merupakan outlier pada perhitungan Z-score antar laboratorium. Untuk parameter elongasi terdapat dua laboratorium yang diperingatkan dengan nilai Z-score diantara 2 dan 3.

Kata kunci: baja tulangan beton, uji profisiensi, uji tarik

Abstract

The most crucial characteristic of design of the structure is mechanical strength, so that the measurement accuracy is very essential. Interlaboratory proficiency testing ensures security and reliability of test results. Laboratory testing is required to verify the test procedures and capacity in order to get reliable result. Deform reinforcing steel bar with various dimensions are taken as specimens in this study. The selected test objects were sent randomly to each participant laboratory, then were tested and analyzed according to the parameters previously defined. The tensile tests applied to laboratory test specimens according to the procedures given in SNI 2052-2002 standard and commonly standard used laboratories. The test results are evaluated according to the procedures described. The results collected are evaluated in accordance to statistics. Z-Score from the participants’ laboratory are presented. Outlier acceptance limit is set if Z-score> 3. The test result of tensile strength and yield stress from one of the laboratories is an outlier on the Z-score calculation between the laboratorium. For elongation parameter, there are two laboratories that are alerted with their Z-score between 2 and 3.

Keywords: reinforced steel bar, proficiency testing, tensile testing

Diterima (received ) : 17 Maret 2017 , Direvisi (revised ) : 31 Oktober 2018 Disetujui (accepted) : 06 November 2018

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (23-30)

24 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

PENDAHULUAN

Karakteristik paling mendasar untuk desain struktur mekanik adalah kekuatan tarik. Perkembangan teknologi mengarah pada konstruksi yang ringan tetapi dapat diandalkan, 1,2,3) sehingga keakuratan pengukuran merupakan suatu hal yang sangat diperlukan.

Laboratorium uji mekanik wajib memberi jaminan bahwa pengujian yang dilakukan memberikan data yang akurat, presisi dan konsisten. Perbandingan hasil uji dengan banyak data menurut metode pengujian yang berbeda sangat penting dalam validasi keakuratan dan kebenaran data, seperti dilakukan pada pengukuran sifat mekanik dengan banyak pengulangan dan metode. 3,4) Program uji profisiensi (uji banding) dilakukan untuk menjamin hal tersebut. Obyek benda uji adalah baja tulangan sirip yang merupakan bahan konstruksi yang paling banyak diuji di laboratorium mekanik.

Pengelolaan program uji profisiensi dilakukan mengikuti prosedur 4,5,6.7,8) yang meliputi dengan persiapan contoh yang mencakup pembuatan contoh, mengevaluasi hasil uji homogenitas, pengiriman contoh ke peserta, pengumpukan hasil dan evaluasi hasil perhitungan statistik. Sebanyak 9 (sembilan) laboratorium peserta berpartisipasi dalam program uji profisiensi dan seluruh laboratorium telah memberikan hasil uji dari laboratoriumnya.

Profisiensi ini dilakukan untuk pemantauan dan evaluasi kinerja serta identifikasi permasalahan di laboratorium guna peningkatan mutu pengujian dalam melakukan pengujian baja tulangan sirip khususnya untuk parameter pengujian yang ditetapkan.

BAHAN DAN METODE

Bahan baku yang dilakukan pengujian

adalah baja tulangan sirip berdiameter 16 mm. Parameter yang akan dilakukan perbandingan adalah regangan/ elongasi (%), kuat tarik (MPa), dan batas mulur (MPa).

Sesuai prosedur 6,7,9,10), uji homogenitas dilakukan sebelum contoh didistribusikan ke laboratorium peserta profisiensi. Pengujian homogenitas dilakukan dengan melaksanakan pengujian pendahuluan terhadap 15 benda uji yang merupakan satu kelompok (heat) yang sama dengan benda uji yang akan dikirimkan ke masing-masing peserta profisiensi. Pengolahan data dan

evaluasi dilakukan dan setelah dinyatakan homogen, contoh siap untuk didistribusikan. Setiap peserta diberikan 4 (empat) batang uji baja tulangan sirip yang terdiri dari: 2 (dua) batang uji yang diberi kode B1 dan B2. Laboratorium peserta diminta untuk melakukan pengujian terhadap masing-masing batang contoh uji.

Pengolahan data hasil pengujian yang disampaikan oleh laboratorium peserta dilakukan berdasarkan teknik statistik robust nilai Z (Z-Score). Z-score adalah penyimpangan jumlah standar deviasi dari rata-rata titik data atau ukuran berapa banyak standar deviasi di bawah atau di atas rata-rata populasi. Z-score juga dikenal sebagai skor standar dan dapat diaplikasikan pada sampel yang memiliki kurva distribusi normal.

Mula-mula data hasil pengujian yang dilaporkan, diuji keseragamannya melalui pembuatan histogram. Bila data-data mengikuti distribusi normal maka data dapat langsung diproses dengan menggunakan nilai Z. Bila sebaran data normal namun terdapat beberapa data yang menyimpang secara ekstrim, maka data tersebut harus diseleksi dahulu dengan menggunakan uji Grubbs, kemudian data yang terseleksi diolah dengan menggunakan nilai Z; dan apabila data yang dilaporkan tidak mengikuti sebaran normal (sangat beragam) maka data tidak diolah. Metoda perhitungan statistik robust digunakan untuk mengolah data yang menghasilkan nilai Z, dan perhitungan statistik menggunakan rumus sesuai dengan Pedoman Perhitungan Statistik Untuk Uji Profisiensi KAN 4).

Nilai Z dihitung berdasarkan rumus dengan metode berikut. Setelah dilakukan uji keseragaman data, data hasil uji laboratorium tiap karakteristik sampel diurut dari kecil ke besar, kemudian ditentukan Median, Kuartil Atas (Q1), Kuartil Bawah (Q3).

Inter Quartile Range ( IQR ) = Q3 – Q1

dan

Range = nilai maksimum – nilai minimum

Dari hasil perhitungan di atas dilakukan perhitungan nilai Z dengan tahapan sebagai berikut :

Menentukan nilai Ji:

Ji = ( Ci+ Di ) / 2 (1)

Menentukan nilai Bi:

Bi = (Ci - Di)/ 2 , (2a) Jika median (Ci) > median (Di)


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 25

atau Bi = (Di – Ci), (2b) Jika median (Ci) < median (Di)

Data hasil Ji diurutkan untuk menentukan median Ji:

Nilai Z di antara laboratorium :

7413,0

i

iiai

JIQR

JMedianJZ (3)

Urut data hasil Di menentukan median Bi: Nilai Z di dalam laboratorium:

7413,0

i

iidi

BIQR

BMedianBZ (4)

Keterangan: Ji = Jumlah hasil uji sampel 1 dan 2 dibagi akar 2 dari Laboratorium i. Bi = Pengurangan hasil uji sampel 1 dan 2 dibagi akar 2 dari Laboratorium i. Ci = Hasil uji sampel 1 dari Laboratorium i. Di = Hasil uji sampel 2 dari Laboratorium i. Median = Nilai tengah dari sekelompok data n hitung. 0.7413 = Standar distribusi normal.

Nilai Z dari masing-masing laboratorium peserta ditunjukkan pada Grafik nilai Z. Nilai Z-score Laboratorium yang memperoleh kategori outlier dengan robust nilai Z8,9) diminta untuk menyelidiki penyebab dari kesalahan dan melaporkan tindakan perbaikan.

Evaluasi unjuk kerja laboratorium peserta memiliki kategori:

|Zscore| ≤ 2 : memuaskan

2 < |Zscore| < 3 : peringatan

|Zscore| ≥ 3 : tidak memuaskan Dengan mempertimbangkan kategori Z-

score dalam uji profisiensi ini, maka batas keberterimaan outlier ditetapkan apabila Z-score > 3.

Laboratorium peserta diminta untuk melakukan pengujian sesuai dengan metode rutin yang digunakan di laboratorium atau sesuai dengan ruang lingkup akreditasi dengan memperhatikan Petunjuk Bagi Peserta yang dikirimkan bersama-sama contoh uji. Laboratorium diminta mencantumkan kode metode uji yang digunakan.


Hasil pengujian 9 laboratorium peserta dapat dilihat pada tabel 1-3 dan gambar 1-3 berikut.

Tabel 1. Hasil uji kuat tarik (MPa) pada 9 laboratorium

Kode Lab

Batang Uji

B1 B2

BT 01 518.89 520.16

BT 02 632.0 632.0

BT 03 626.6 619.7

BT 04 613.5 613.3

BT 05 641.6 639.1

BT 06 634.6 637.9

BT 07 611.8 616.8

BT 08 649.3 651.7

BT 09 620 615

Sumber Data: Hasil Olahan Data Penelitian

Tabel 2.

Hasil uji kuat luluh (MPa) 9 laboratorium uji

Kode Lab

Batang Uji

B1 B2

BT 01 385.81 368.25

BT 02 497.6 502.6

BT 03 463.6 444.0

BT 04 489.7 492.3

BT 05 497.4 497.4

BT 06 497.2 501.0

BT 07 424.5 424.5

BT 08 518.7 519.8

BT 09 493 483


Tabel 3.

Hasil uji elongasi (%) pada 9 laboratorium

Kode Lab

Batang Uji

B1 B2

BT 01 22.65 10.93

BT 02 20.2 20.0

BT 03 19.6 20.4

BT 04 18.2 18.2

BT 05 24.0 23.1

BT 06 18.3 19.3

BT 07 15.6 17.2

BT 08 20.8 20.5

BT 09 20.6 20.9


M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (23-30)

26 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

Gambar 1.

Distribusi kuat tarik (MPa)

Gambar 2.

Distribusi kuat luluh (MPa)

Gambar 3.

Distribusi elongasi (%)

Parameter batas ulur dan kuat tarik, data

elongasi, secara keseluruhan menunjukkan distribusi seperti ditunjukkan pada gambar 1, gambar 2 dan gambar 3.

Tabel 4. Perhitungan Nilai Z, Baja Tulangan sirip,

parameter: kuat tarik (MPa)

Kode Lab

Kuat Tarik (Mpa) Z-score antar Lab

Z-score dalam Lab B1 B2

BT 01 518.89 520.16 -6.37 -0.35

BT 02 632.00 632.00 0.54 0.00

BT 03 626.60 619.70 0.00 1.90

BT 04 613.50 613.30 -0.60 0.06

BT 05 641.60 639.10 1.06 0.69

BT 06 634.60 637.90 0.81 -0.91

BT 07 611.80 616.80 -0.54 -1.38

BT 08 649.30 651.70 1.68 -0.66

BT 09 620.00 615.00 -0.35 1.38

Jumlah Lab 9 9

Median 626.6 619.7

Norm IQR 15.64 16.98

Robust CV (%) 2.50 2.74

Minimum 518.89 520.16

Maksimum 649.3 651.7

Rentang 130.41 131.54

Tabel 5.

Perhitungan Nilai Z, Baja Tulangan sirip, parameter: kuat luluh (MPa)

Kode Lab

Kuat Luluh (Mpa)

Z-score antar Lab


BT 01 385.81 368.25 -3.39 1.88

BT 02 497.60 502.60 0.27 -0.54

BT 03 463.60 444.00 -1.11 2.10

BT 04 489.70 492.30 0.00 -0.28

BT 05 497.40 497.40 0.19 0.00

BT 06 497.20 501.00 0.24 -0.41

BT 07 424.50 424.50 -1.98 0.00

BT 08 518.70 519.80 0.84 -0.12

BT 09 493.00 483.00 -0.09 1.07

Jumlah Lab 9 9

Median 493 492.3

Norm IQR 25.06 42.25

Robust CV (%) 5.08 8.58

Minimum 385.81 368.25

Maksimum 518.7 519.8

Rentang 132.89 151.55


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 27

Tabel 6. Perhitungan Nilai Z, Baja Tulangan sirip,

parameter: Elongasi (%)

Kode Lab

Kuat Tarik (Mpa) Z-score antar Lab


BT 01 22.65 10.93 * *

BT 02 20.2 20.0 0.033 -0.11

BT 03 19.6 20.4 -0.033 -0.70

BT 04 18.2 18.2 -1.2 0.65

BT 05 24.0 23.1 2.3 0.32

BT 06 18.3 19.3 -0.8 0.00

BT 07 15.6 17.2 -2.4 2.64

BT 08 20.8 20.5 0.4 1.19

BT 09 20.6 20.9 0.5 -0.76

Jumlah Lab 8 8

Median 19.900 20.2

Norm IQR 1.8 1.2

Robust CV (%) 8.8 5.8

Minimum 15.6 17.2

Maksimum 24 23.1

Kisaran 8.4 5.9

* Tidak diperhitungkan karena outlier pada evaluasi homogenitas dengan uji Grubb

Untuk menguji apakah distribusi tersebut

memiliki distribusi normal maka dilakukan pengujian kenormalan distribusi dengan metode statistic Lilifors 10,11) yang merupakan perkembangan dari uji Kolmogorov-Smirnoff dengan derajat

probabilitas 5%. Pengujian statistik menunjukkan bahwa distribusi untuk nilai kekuatan tarik dan kekuatan luluh memenuhi syarat sebagai distribusi normal. Sedangkan distribusi hasil uji pengukuran elongasi tidak memenuhi distribusi normal pada hasil uji pada Laboratorium BT 01. Dan data elongasi pada Lab Uji BT 01 tidak diikutkan dalam perhitungan Z-Score karena hasil perhitungan menunjukkan bahwa data tersebut merupakan outlier, jadi untuk elongasi perhitungan Z-Score hanya diwakili oleh 8 Laboratorium.

Data-data selanjutnya diuji dalam pengolahan statistik nilai Z. Hasil pengolahan data di tunjukkan pada Tabel 4, Tabel 5 dan Tabel 6.

Evaluasi data hasil uji profisiensi kuat tarik baja tulangan sirip dilakukan oleh 9 laboratorium di seluruh Indonesia terhadap benda uji baja tulangan yang terdiri atas: baja tulangan sirip standar berdiameter 16

mm dengan kode B1 dan B2. Dan ditunjukkan pada gambar 4, 5 dan 6.

Evaluasi nilai Z untuk data uji kuat tarik menunjukkan bahwa dari 9 laboratorium yang mengirimkan data terdapat 1 outlier untuk kategori nilai Z antar laboratorium dan tidak terdapat outlier untuk kategori nilai Z dalam laboratorium. Untuk parameter kuat luluh terdapat 1 outlier yaitu laboratorium BT 01 untuk kategori nilai Z antar laboratorium namun untuk Nilai Z dalam laboratorium tidak terdapat outlier.

(a)

(b)

Gambar 4. (a) Nilai Z dalam laboratorium

(b) Nilai Z antar laboratorium untuk parameter Kuat Tarik

(a)

(b)

Gambar 5. (a) Nilai Z dalam laboratorium

(b) Nilai Z antar laboratorium untuk parameter Kuat Luluh (Mpa)

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

BT 08 BT 05 BT 06 BT 02 BT 03 BT 09 BT 07 BT 04 BT 01

Nila

i Z

an

tar

La

bKode Laboratorium

-4.0-3.0-2.0-1.00.01.02.03.04.0

BT03

BT09

BT05

BT04

BT02

BT01

BT08

BT06

BT07

Nil

ai Z

dlm

La

b

Kode Laboratorium

0.80.3 0.2 0.2 0.0

-0.1

-1.1

-2.0

-3.4-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

BT 08 BT 02 BT 06 BT 05 BT 04 BT 09 BT 03 BT 07 BT 01

Nila

i Z

an

tar

La

b

Kode Laboratorium

-4.0-3.0-2.0-1.00.01.02.03.04.0

BT03

BT01

BT09

BT05

BT07

BT08

BT04

BT06

BT02

Nila

i Z

dlm

La

b

Kode Laboratorium

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (23-30)

28 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

Terjadinya outlier baik antar laboratorium maupun dalam laboratorium untuk parameter kuat tarik dapat disebabkan oleh kontribusi dari salah satu atau gabungan dari faktor-faktor yang diberikan berikut ini diantaranya: kesalahan interface antara load cell dan load indicator atau X-Y recorder, kesalahan penunjukan instrumen, atau kalibrasi load cell pada cakupan beban yang digunakan tidak dilakukan.

(a)

(b)

Gambar 6. (a) Nilai Z dalam laboratorium dan (b) Nilai Z antar laboratorium untuk

parameter Elongasi Dari hasil pengiriman data elongasi

tampak ada data yang tidak konsisten dengan pengamatan lain dalam kelompok populasi tersebut. Untuk mengetahui apakah data dalam populasi tersebut memenuhi kaidah distribusi normal dilakukan uji dengan metode Grubbs Test. Hasil evaluasi menunjukkan bahwa terdapat satu hasil dari dinyatakan outlier karena nilai Grubbs eksperimen hasil perhitungan melebihi nilai Grubbs kritis yang ditetapkan.

Evaluasi nilai Z dengan parameter elongasi untuk benda uji B1 dan B2, hanya dilakukan terhadap 8 laboratorium saja dari 9 laboratorium yang mengirimkan data hasil uji elongasi. Berdasarkan Nilai Z-score antar laboratorium tidak terdapat outlier dari data-data tersebut, dan ada 2 laboratorium yaitu BT 05 dan BT 07 yang nilai Z-score nya pada diperingatkan. Terdapat 1 laboratorium yang outlier pada saat d untuk kategori Z-score antar laboratorium yaitu laboratorium BT 02 dan BT7. Serta terdapat outllier 1 laboratorium yaitu BT 07 yang outlier untuk

kategori nilai Z intra-laboratorium/ dalam laboratorium.

Terjadinya outlier baik antar laboratorium maupun dalam laboratorium untuk parameter elongasi dapat disebabkan oleh kontribusi dari salah satu atau gabungan dari faktor-faktor yang diberikan berikut ini yaitu: benda uji putus di dekat pencekam, kekurangtelitian dalam mengukur panjang benda uji sebelum atau setelah patah, kecepatan pembebanan yang terlalu tinggi. SIMPULAN

Dari hasil uji profisiensi dapat disimpulkan bahwa pengolahan data hasil uji profisiensi harus diaplikasikan pada sampel yang memiliki kurva distribusi normal. Hasil profisiensi digunakan untuk mendeteksi laboratorium dan memperbaiki yang pengukuran yang melenceng dari nilai rata-rata. Kategori keberterimaan Z score yaitu: |Zscore| ≤ 2 :memuaskan; 2 < |Zscore| < 3 peringatan; |Zscore| ≥ 3: tidak memuaskan .Hasil uji kuat tarik dan kuat luluh diketahui bahwa satu Laboratorium merupakan outlier pada perhitungan Z-score antar laboratorium.Satu laboratorium diperingatkan pada perhitungan Z-score dalam laboratorium. Untuk parameter elongasi terdapat satu laboratorium yang diperingatkan dengan nilai Z-score diantara 2 dan 3 pada perhitungan Z-score antar laboratorium dan pada perhitungan Z-score dalam laboratorium. Laboratorium yang mendapat nilai sebagai outlier harus segera memperbaiki prosedur pengujian dan mereview mesin serta instrumen uji secara menyeluruh.

DAFTAR PUSTAKA 1. Wang, H.T., L.C. Wang, Experimental

study on static and dynamic mechanical properties of steel fiber reinforced lightweight aggregate concrete, Construction and Building Materials, Volume 38, (January 2013), p.1146–1151.

2. Ergul, Y., D.A. Cengiz, K. Alaettin, Strength properties of lightweight concrete made with basaltic pumice and fly ash, Mater Lett, 57 (15) (2003), p. 2267–2270.

3. Haque, M.N., H. Al-Khaiat, O. Kayali, Strength and durability of lightweight concrete, Cem Concr Compos, 26 (4) (2004), pp. 307–314.

4. Motraa, H.B., J. Hildebrandb, A. Dimmig-Osburgc, Assessment of strain measurement techniques to

-4.0-3.0-2.0-1.00.01.02.03.04.0

BT 05 BT 09 BT 08 BT 02 BT 03 BT 06 BT 04 BT 07

Nil

ai Z

an

tar

La

b

Kode Laboratorium

-4.0-3.0-2.0-1.00.01.02.03.04.0

BT07

BT06

BT03

BT09

BT04

BT02

BT08

BT05

Nil

ai Z

da

lam

La

b

Kode Laboratorium


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 29

characterise mechanical properties of structural steel, Engineering Science and Technology, an International Journal, Volume 17, Issue 4, (December 2014), Pages 260–269.

5. Komite Akreditasi Nasional, Pedoman Perhitungan statistik untuk Uji Profisiensi, Persyaratan Umum Kompetensi Laboratorium Pengujian dan Laboratorium Kalibrasi, ISO/IEC 17025 (Versi Bahasa Indonesia), Juli 2004.

6. Use of Proficiency Testing as a Tool for Accreditation in Testing. Diunduh dari http://www.ilac.org/documents/ILAC_G22_2004_use_of_proficiency_testing_as_a_tool_for_accreditation_in_testing.pdf, diakses tahun 2012

7. Report No. 770, Tensile Testing of Metals Proficiency Testing Program Round 4, Proficiency Testing, Australia 2012.

8. Report No. 823, Tensile Testing of Metals, Proficiency Testing Program Round 5, Proficiency Testing, Australia September 2013.

9. Leys, C., O. Klein, P. Bernard, L. Licata, Detecting outliers: Do not use standard deviation around the mean, use absolute deviation around the median, Journal of Experimental Social Psychology Volume 49, Issue 4, (July 2013), p.764–766.

10. Yuen, K., H.Q. Mu, Probabilistic Engineering Mechanics, A novel probabilistic method for robust parametric identification and outlier detection, Volume 30, (October 2012), p.48–59.

11. Normality Tests for Statistical Analysis: A Guide for Non-Statisticians, International Journal of Endocrinology and Metabolism, Volume 10(2), (April 2012), p.486-489.

12. Noiman, S.A., L.D. Brown, A. Buja, W. Rolke & R.A. Stine, The Power to See: A New Graphical Test of Normality, Journal The American Statistician, Volume 67, 2013.

http://www.ilac.org/documents/ILAC_G22_2004_use_of_proficiency_testing_as_a_tool_for_accreditation_in_testing.pdf




http://www.sciencedirect.com/science/journal/00221031

http://www.sciencedirect.com/science/journal/00221031

http://www.sciencedirect.com/science/journal/00221031/49/4

http://www.sciencedirect.com/science/journal/00221031/49/4

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (23-30)

30 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

(halaman ini sengaja dikosongkan)

Perancangan Daya Gerak Perahu Rawa Berbasis Propulsi Udara Guna Meningkatkan Kinerja Wahana Patroli TNI AL ( A.Paripurna, Samudro, Suwahyu, R.Kharis, H.Suyanto)

P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 31

PERANCANGAN DAYA GERAK PERAHU RAWA

BERBASIS PROPULSI UDARA GUNA MENINGKATKAN KINERJA

WAHANA PATROLI TNI AL

SWAMP BOAT AIR PROPULSION BASED POWER DESIGN

TO IMPROVE VEHICLE PERFORMANCE OF TNI AL

A. Paripurnaa, Samudroa, Suwahyua, R. Kharisa, H. Suyantob

a

Pusat Teknologi Industri Pertahanan dan Keamanan

Deputi Teknologi Industri Rancang Bangun dan Rekayasa – BPPT

Gedung Hankam No. 256 Kawasan PUSPIPTEK - Serpong, Tangerang Selatan – 15314

Telp. 021-75791262 (ext. 322)

e-mail : [email protected]

b

Subdis Litbang Wahana, Dinas Penelitian dan Pengembangan TNI AL

Jl. Fatmawati No. 1, Pondok Labu, Jakarta Selatan

Telp. 021-7695041, Fax. 021-7695042

Abstrak

Perahu Rawa (swamp boat) sebagai wahana taktis patroli militer TNI-AL dapat digunakan di rawa-rawa, perairan dangkal maupun sungai pedalaman. Perahu dirancang berbahan aluminium alloy dengan struktur lambung dasar rata (bottom flat) dilengkapi sistem propulsi berbaling-baling udara sehingga mampu melaju dan olah gerak dengan kecepatan tinggi. Sebagai wahana operasi patroli militer, kinerja perahu rawa perlu ditingkatkan melalui perancangan daya gerak sistem propulsi berbasis perhitungan baling-baling udara dalam kondisi hambatan air pada rancang bangun perahu rawa. Dalam studi ini dihasilkan rancangan secara perhitungan numerik propulsi di air perahu rawa berukuran panjang 5,8 m dengan bobot 2 Ton, berkecepatan hingga 50 knot, dengan hambatan air 6198,34 N yang membutuhkan tenaga dorong 267,5 HP. Dari evaluasi perbandingan antara perhitungan daya dorong berbasis perhitungan propulsi memakai baling-baling udara (engine propeller thrust) pada efisiensi 80% dan berbasis perhitungan propulsi di air, maka untuk mencapai kecepatan 50 knot hanya membutuhkan tenaga dorong (thrust) 8921,92 N setara daya dorong 238,1 HP. Oleh karena itu, untuk mengoptimalkan daya dorong sistem propulsi sebagai penggerak perahu pada kecepatan operasi 20 knot yang disyaratkan pada opsrec-spectec, digunakan alternatif mesin diesel dengan tenaga 275 HP/2500-3000 RPM dilengkapi baling-baling udara berbahan komposit diameter 78”. Hasil pengujian pelayaran perahu rawa di perairan terbatas menunjukkan hasil peningkatan kinerja kecepatan operasi 50%, dicapai pada pada putaran baling-baling 2362,5 RPM dengan prestasi kecepatan operasi perahu rawa mencapai 30 knot.

Kata kunci : Perahu rawa, Hambatan air, Daya dorong, Peningkatan kecepatan operasi

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (31-42)

32 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

Abstract

Swamp boat as a vehicle of tactical military patrol of the Indonesian Navy can be used in the swamps, shallow waters or inland waterway. The design of Aluminum-alloy boat with a bottom flat hull structure is equipped with air propulsion and capable to navigate and maneuver with high speed. As a military patrol boat, the performance of swamp boat needs to be improved by the way of arrangement for propulsion power system-based air propulsion calculation on water resistance condition in engineering boat design. This study has produced a swamp boat design based numerical calculation of water propulsion, having particular of length about 5.8 m, weight of 2 Tons, speed of 50 knots, with water resistance of 6198.34 N that requires a thrust power of 267.5 HP. From the evaluation of thrust power calculation based-air propulsion using air propeller at the propeller efficiency of 80% and based-water propulsion, in order to obtain the speed of 50 knots and water resistance of 6198.34 N, the swamp boat has required the thrust power of 8921.92 N or equal to the thrust power of 238,1 HP. Hence, in order to optimize the thrust power of the propulsion system as a power engine of the swamp boat the required speed of higher than 20 knots, it is required to use a diesel engine of 275 HP/2500-3000 RPM and equipped with composite air propeller of 78" diameter. In limited water the sailing test results of swamp boat has shown that there has been an improvement of speed performance of about 50% at propeller revolution of 2362.5 RPM with the achievement speed of swamp boat up to 30 knots.

Key words : Swamp boat, Water resistance, Thrust power, Increasing Speed performance

Diterima (received ) : 27 September 2018 , Direvisi (revised ) : 01 Maret 2019 Disetujui (accepted) : 28 Maret 2019

PENDAHULUAN

Tugas pokok TNI AL tidak terbatas pada

tugas tempur dalam mempertahankan wilayah yuridiksi perairan Indonesia, namun ikut juga melaksanakan tugas lain di bidang sosial kemasyarakatan, antara lain dalam pelaksanaan tugas patroli keamanan, bantuan tanggap darurat, kegiatan search and rescue (SAR). Terkait dengan beragam dan beratnya kondisi medan penugasan terutama patroli pengamanan di perairan laut pulau terluar, di perbatasan antar negara maupun sungai dan rawa-rawa di pedalaman, maka target utama dalam tugas pengamanan wilayah perairan adalah penguasaan penuh medan tugas operasi oleh setiap komponen pelaksana tugas dalam hal ini adalah satuan

regu patroli TNI AL1). Dengan pertimbangan aspek tersebut, maka perlu dilakukan dukungan rancang bangun sarana patroli perairan dangkal, rawa-rawa yang memadai. Salah satu sarana yang tepat adalah Perahu Rawa (Swamp-Boat) yang juga banyak dikenal umum sebagai wahana transportasi air berbaling-baling udara (Air-boat), sebagaimana ditampilkan pada Gambar 1. Perahu rawa dengan bahan dasar aluminium

alloy, bentuk lambung berdasar datar (flat bottom) dilengkapi sistem propulsi pendorong berbaling-baling udara dan sumber tenaga penggerak utama mesin diesel maupun mesin bensin berputaran tinggi. Sistem propulsi udara memang sengaja digunakan dikarenakan medan operasi perairan yang dangkal dan banyak tumbuhan air di sekitarnya, sehingga perahu konvensional dengan baling-baling terendam air tidak bisa digunakan. Dalam kajian ini perahu rawa dirancang untuk memenuhi kebutuhan tugas regu patroli militer sesuai dengan Technical

Specification (Tecspec) TNI AL2). Perahu rawa tipe militer dirancang dapat mengangkut satu regu patroli Marinir TNI AL (6 personel) untuk kebutuhan 5 jam operasi berlayar dengan kecepatan dinas 20 knot. Sebagai sarana patroli di air, perahu rawa juga dilengkapi persenjataan kaliber 12,7 mm terpasang di haluan dan perlengkapan patroli dan munisi untuk 6 personel serta logistik dan bahan bakar yang cukup untuk operasi di perairan pedalaman. Untuk dapat mendukung kebutuhan operasi patroli militer, maka perahu rawa harus memenuhi kriteria mudah dimobilisasikan, mudah dalam pengoperasian maupun perawatan serta


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 33

ketersediaan suku cadang dan bahan bakar. Untuk kebutuhan tersebut, maka tenaga utama penggerak digunakan mesin diesel yang dapat berbahan bakar biodiesel serta lambung kapal dapat dengan mudah dibangun dan diperbaiki di bengkel galangan setempat. Khusus terkait dengan rancangan sistem propulsi perahu, maka pada kajian disini dilakukan perancangan daya gerak sistem propulsi udara berdasarkan pendekatan perhitungan propulsi di air untuk diacu dalam perhitungan propulsi udara serta hasilnya dilakukan analisis kinerja kecepatan dengan melakukan perbandingan antara data pengujian (seatrial) perahu rawa di perairan dalam kondisi muatan penuh dengan pemenuhan persyaratan sesuai spesifikasi teknik perahu dari TNI AL.

Gambar 1. Rancangan awal 3D Perahu Rawa

BAHAN DAN METODE

Tabel 1. Ukuran Utama Rancangan Perahu Rawa

No Item Ukuran Utama Ukuran

1 Platform length (Lbp) 5,80 m

2 Length over all (Loa) 6,00 m

3 Breadth over all (Boa) 2,40 m

4 Height 0,50 m

5 Max. Draft 0,25 m

6 Speed 20 knot

Displacement ± 2,0 ton

Sebagai bahan utama pada kajian ini

digunakan rancangan dasar prototip perahu rawa (Swamp Boat) untuk patroli melalui

wacana perahu pembanding3). Adapun ukuran utama rancangan perahu rawa ditampilkan pada Tabel 1. Sedangkan pada Tabel 2 ditampilkan konfigurasi pembanding berat perahu rawa LWT dan Tabel 3 ditampilkan komposisi beban muatan (Pay load) perahu rawa DWT.

Tabel 2. Data Pembanding Berat (LWT)

No Jenis Beban Berat (Kg)

1 Konstruksi lambung 418

2 Mesin & Sis. Transmisi 425

3 Sangkar baling-baling 57,5

4 Baling-baling 30

5 Tempat duduk 35

7 Pondasi mesin 76

8 Sistem Kemudi 20

9 Jatra dan Instrumen 25

10 Baterai & Alat Navcom 25

Total 1111,5

Tabel 3.

Data Berat Muatan (DWT)

No Jenis Beban Berat (Kg)

1 6 Personel (@ 75 Kg) 450

2 Logistik & Munisi (5 jam) 50

3 Persenjataan 12,7 mm 20

4 Bahan bakar (100 lt) 80

Total 600

Untuk rancangan sistem permesinan dan

penggerak di perahu rawa meliputi diesel engine, reduction gear, belt, shafting dan propeller sebagaimana ditampilkan pada

Gambar 24).

Gambar 2. Sistem permesinan perahu rawa

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (31-42)

34 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

Tabel 4. Data banding karakteristik mesin

penggerak perahu rawa

No Karakteris

tik mesin

Jenis Mesin

STRM DTZ CAT VOLP

1 Engine

type

SE286E

40

BF6M1

015

MC

C7B D6-330

2 Output

(Crank

shaft) Kw

(HP)

205

(279)

214

(287)

205

(275)

237

(322)

3 Rated

speed

(rpm)

4000 - 2400 3500

4 Full power

speed

range

(rpm)

3500 –

4100

- - -

5 Cylinders 6 Inline 6 V-

Engine

6

Inline

6 Com.

Rail

6 Displace-

men (T)

3.2 L 11.91

L

7.24 L 5.5 L

7 Bore (mm) 85 132 110 103

8 Stroke

(mm)

94 145 127 110

9 Compressi

on ratio

17:1 - - 17.51:1

10 Max

torque

(nm)

570 285 - -

11 At speed

(rpm)

2550 1500 - -

12 Max

torque

(lbs-ft)

420 - - -

13 Weight

( kg )

340 1180 798 721

14 Weight per

unit of

power

(kg/hp)

1.22 4.11 2.90 2.24

15 Dimension

(l x w x h)

(mm)

1090 x

649 x

754

1482 x

1316 x

1138

12218

x

919.6

x

916.9

1439 x

820 x

792

Catatan: STRM (Steyr Motors), DTZ (Deutz), CAT (Caterpilar), VOLP (Volvo penta). Data diolah dari

berbagai sumber5).

Serta spesifikasi teknis permesinan utama (diesel engine) ditampilkan pada Tabel 4. Sebagai pembanding disini digunakan alternatif 4 data mesin diesel (marine used) dengan parameter teknis yang mendekati nilai ketentuan spesifikasi teknik perahu

rawa5). Adapun parameter utama yang berpengaruh dalam seleksi mesin yang digunakan adalah ukuran mesin, besar tenaga mesin dan RPM yang cukup, berat mesin yang ringan serta memungkinkan bahan bakar biodiesel yang digunakan.

Sedangkan tipe baling-baling udara yang digunakan untuk penggerak perahu rawa digunakan tipe Whisper Tip 2 berdaun 3 terbuat dari bahan dasar material composite

berpenguat carbon spar6). Baling-baling tipe ini ringan, cukup kuat dengan diameter tidak melebihi lebar perahu, banyak digunakan sebagai propulsi perahu rawa. Adapun spesifikasi teknis baling-baling perahu rawa ditampilkan pada Tabel 5.

Tabel 5.

Spesifikasi baling-baling perahu rawa

Item

Dimensi

Type Whisper Tip 2.0 Standard Diameter

78"

Diameter Range 76" to 82" HP Range 200 to 500 HP Blade Width 12'' Engine Applications

Reduction drive engines

Max RPM 2700 Rotation Left or Right-Hand

Rotation Configurations Air propulsion

3 blade propeller

Bentuk konfigurasi baling-baling udara

tipe Whisper Tip 2 berdaun 3 seperti ditampilkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Bentuk baling-baling tipe Whisper Tip 2


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 35

Sedangkan metodologi pengkajian yang dilakukan guna mendapatkan daya gerak perahu rawa yang optimal digunakan empat tahapan kegiatan sebagai mana disampaikan pada diagram metodologi pada Gambar 4. Pengkajian rancangan dasar perahu rawa dilakukan berawal dari data dasar spesifikasi teknis (techspec) yang disyaratkan TNI AL. Dari sini dapat dilakukan dasar optimasi bentuk rancangan awal (layout) badan/ lambung perahu rawa serta rencana lokasi penempatan sistem propulsi dan kerangka pengaman, sistem kemudi, sistem steering, logistik, persenjataan, nav-com dan tempat duduk 6 penumpang.

Gambar 4. Metodologi tahapan pengkajian

Dari rancangan ini sebagai Tahapan

pertama dilakukan penentuan perkiraan ukuran utama serta total berat (displacement) perahu rawa. Total berat ini terdiri dari berat mati atau berat muatan (DWT) dan berat struktur (LWT). Hasil rancangan dasar perahu ini divalidasi untuk dapat memuat bobot personel dan seluruh perlengkapan operasi dan logistik. Tahapan kedua berdasarkan ukuran utama perahu, maka dilakukan perhitungan hambatan dan optimasi besar tenaga gerak perahu dengan menyesuaikan karakteristik baling-baling udara yang tersedia. Dalam optimasi perhitungan daya dorong sistem propulsi udara perahu, digunakan pendekatan perhitungan memakai basis parameter hidrodinamika dengan hambatan utama air. Sedangkan untuk hambatan udara dapat

diabaikan karena dianggap bernilai kecil7). Tahapan ketiga dilakukan pengujian prototip perahu di perairan (seatrial) dan dilakukan analisa data performansi daya dorong dan kecepatan perahu. Tahap ke empat

dilakukan kajian hasil pengujian (seatrial) perahu dibandingkan dengan ketentuan teknis (tecspec) yang disyaratkan TNI AL.

PEMBAHASAN

A. Perancangan Berat Total Perahu Total bobot perahu rawa (displacement)

terdiri dari komponen berat struktur dan permesinan - LWT (Light Weight) dan komponen berat muatan - DWT (Dead Weight). Komponen DWT termasuk berat seluruh personel dan perlengkapan perahu, logistik pengoperasian perahu selama 5 jam serta perlengkapan munisi senjata. Komponen utama estimasi berat LWT dan DWT ditampilkan pada Tabel 6. Estimasi total bobot perahu rawa sebesar ± 2000 Kg.

Tabel 6.

Estimasi total berat perahu rawa

No Komponen Berat Ukuran

1 LWT (Light weight) : 1200 Kg

a. Konstuksi lambung 700 Kg

b. Sistem propulsi 500 Kg

2 DWT (Dead weight) : 800 Kg

a. Bahan bakar 200 lt 160 Kg

b. Persenjataan 12,7 mm 75 Kg

c. Personel 6 org (@ 75 Kg) 450 Kg

d. Logistik 30 Kg

e. Perlengkapan Steering, Navcom, Akomodasi

85 Kg

Total 2000 Kg

Distribusi persentase komponen berat

badan perahu rawa (LWT) dan muatan (DWT) ditampilkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Prosentase bobot perahu rawa

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (31-42)

36 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

B. Hambatan dan Tenaga Gerak Dari perhitungan estimasi total bobot

perahu (displacement) meliputi berat perahu dan muatan, dapat dirancang bentuk dasar perahu menggunakan perangkat lunak Maxsurf dan dapat ditetapkan ukuran utama dan sarat air. Selanjutnya dapat diestimasi kebutuhan berat material alumunium untuk struktur dan lambung yang digunakan. Dari data ini dapat dirancang gambar rencana umum perahu rawa lengkap dengan tempat duduk, pondasi mesin, kemudi dan sangkar mesin. Adapun bentuk dasar lambung perahu rawa ditampilkan pada Gambar 6.

LWL

LOA

BWL

BOA

T

H

Gambar 6. Rancangan bentuk (lines plan) perahu

Berdasarkan rancangan bentuk lambung

perahu dapat dilakukan perhitungan optimasi besar hambatan dan estimasi besar tenaga penggerak perahu yang diperlukan serta pemilihan mesin penggerak dan baling-baling udara untuk perahu rawa yang sesuai pada kecepatan operasi perahu. Total hambatan

perahu (RT)8) dihitung sesuai rumus persamaan (1). RT = CT.0,5 ρ.S.V2 (1) RT : Hambatan total perahu (kgm/s2) ρ : Massa jenis air laut (kg/m3) S : Luas basah lambung perahu (m2) V : Kecepatan operasi perahu (m/s2) CT : Koefisien total hambatan

Optimasi hambatan perahu dihitung dengan cara memvariasikan kedalaman sarat perahu rawa dan dipilih Coefficient block (Cb) lambung perahu yang paling optimum. Hal ini dimaksudkan untuk dapat mengakomodasi bobot total perahu (displacement) sehingga mampu memuat nilai LWT dan DWT perahu.

Sedangkan untuk perhitungan luas permukaan basah lambung perahu digunakan data luas basah lambung pada 10 garis air dimulai dari sarat air awal 0,05 m sampai dengan sarat 0,5 m dengan penambahan selisih kedalaman sebesar 0,05 m. Grafik hubungan nilai hambatan (R), luas permukaan basah lambung (S), Displacement (Displ) dan Coefficient block (Cb) perahu rawa ditampilkan pada Gambar 7.

Gambar 7. Grafik Hambatan fungsi luas permukaan dan

Variasi sarat air dan Coefficient block Dari pembacaan data grafik pada

Gambar 7 didapatkan pada sarat air di tengah (midship) maksimum 0,5 m, nilai luas permukaan basah lambung perahu 19,039 m2, Displacement perahu 4,171 ton dan Cb lambung perahu 0,585. Sehingga nilai total optimasi hambatan perahu 3405,801 Kgm/s2

(Newton).

Gambar 8. Hubungan Draft a Midship dan Displacement

(perhitungan Hidrostatika)


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 37

Dari data nilai hambatan perahu yang didapatkan, selanjutnya dapat ditentukan besar tenaga efektif penggerak yang dibutuhkan untuk mendorong perahu melaju (Pe). Perhitungan numerik secara empiris kebutuhan daya penggerak mengacu pada

persamaan (2)9). Pada perhitungan ini nilai efisiensi optimum (losses), yaitu pertimbangan hilangnya tenaga penggerak akibat transmisi tenaga gerak perahu belum dimasukan.

Pe = RT . V (2)

Disini RT (kgm/s2) merupakan nilai hambatan total perahu rawa di air dan V (m/s2) merupakan kecepatan dinas/ operasi perahu. Dengan mengacu tecspec perahu rawa, untuk kecepatan perahu 20 knot, nilai Pe dari persamaan (2) diperoleh sebesar 35011,639 Watt atau setara 47,78 HP. Menurut metode pendekatan Savitsky 10) untuk kapal cepat pada kondisi planing hulls nilai Pe mempunyai efisiensi ±80% karena hambatan air badan kapal berkurang, sehingga diperoleh nilai Pe sebesar 38,18 HP. Nilai ini tidak terpaut jauh jika dibandingkan dengan hasil perhitungan secara numerik berbasis perhitungan propulsi di air menggunakan perangkat lunak Maxsurf. Pada rancangan kecepatan 20 knot, nilai Pe mencapai 38,93 HP dan pada rancangan kecepatan perahu 50 knot nilai Pe mencapai 267,3 HP seperti hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 7. Untuk mendapatkan besar tenaga penggerak total yang diperlukan dengan pendekatan perhitungan propulsi di air nilai Pe harus dikalikan dengan total efisiensi mekanis transmisi (ηH) sehingga akan didapatkan nilai optimum daya mesin perahu. Namun dalam kajian di sini pada perahu rawa akan digunakan sistem propulsi baling-baling udara dengan pendekatan perhitungan di udara. Untuk itu perlu dihitung gaya dorong (thrust) sistem propulsi udara yang akan digunakan, mendorong perahu rawa melaju dengan kecepatan 20 knot.

Tabel 7.

Hasil Perhitungan Numerik Hambatan dan Tenaga gerak

Kecepatan Hambatan Efisiensi 80%

(Savitsky)

Knot Newton Power (HP)

0 -- --

1,25 -- --

2,5 -- --

3,75 -- --

5 -- --

6,25 -- --

7,5 -- --

8,75 -- --

10 2009,55 17,33

11,25 2136,64 20,73

12,5 2206,8 23,79

13,75 2232,24 26,47

15 2233,53 28,89

16,25 2227,87 31,22

17,5 2226,35 33,6

18,75 2235,17 36,14

20 2257,34 38,93

21,25 2294,07 42,04

22,5 2345,52 45,51

23,75 2411,37 49,39

25 2491,01 53,7

26,25 2583,79 58,49

27,5 2689 63,77

28,75 2806 69,57

30 2934,17 75,91

31,25 3072,98 82,81

32,5 3221,93 90,3

33,75 3380,59 98,39

35 3548,57 107,1

36,25 3725,53 116,46

37,5 3911,16 126,48

38,75 4105,21 137,18

40 4307,43 148,58

41,25 4517,62 160,7

42,5 4735,58 173,56

43,75 4961,14 187,17

45 5194,17 201,56

46,25 5434,52 216,75

47,5 5682,06 232,75

48,75 5936,71 249,58

50 6198,34 267,26

Tabel 8.

Hambatan dan Engine – Propeller Thrust

Speed Putaran

Prop.

Hambatan Eng Prop Thrust

80 % Eff

Knot RPM Newton Newton

0 0 0 0

1,25 600 0 0

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (31-42)

38 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

2,5 650 0 0

3,75 700 0 0

5 750 0 0

6,25 800 0 0

7,5 850 0 0

8,75 900 0 0

10 950 2009,55 44609,60

11,25 1000 2136,64 39652,98

12,5 1500 2206,8 35687,68

13,75 2000 2232,24 32443,34

15 2150 2233,53 29739,73

16,25 2200 2227,87 27452,06

17,5 2250 2226,35 25491,20

18,75 2300 2235,17 23791,79

20 2350 2257,34 22304,80

21,25 2400 2294,07 20992,75

22,5 2450 2345,52 19826,49

23,75 2500 2411,37 18782,99

25 2550 2491,01 17843,84

26,25 2600 2583,79 16994,13

27,5 2650 2689,00 16221,67

28,75 2700 2806,00 15516,38

30 2700 2934,17 14869,87

31,25 2700 3072,98 14275,07

32,5 2700 3221,93 13726,03

33,75 2700 3380,59 13217,66

35 2700 3548,57 12745,60

36,25 2700 3725,53 12306,10

37,5 2700 3911,16 11895,89

38,75 2700 4105,21 11512,15

40 2700 4307,43 11152,40

41,25 2700 4517,62 10814,45

42,5 2700 4735,58 10496,38

43,75 2700 4961,14 10196,48

45 2700 5194,17 9913,24

46,25 2700 5434,52 9645,32

47,5 2700 5682,06 9391,49

48,75 2700 5936,71 9150,69

50 2700 6198,34 8921,92

Dengan diambil nilai gaya hambatan

perahu rawa berbasis perhitungan propulsi di air (Savitsky method), maka nilai gaya dorong (thrust) baling-baling udara perahu rawa berbasis perhitungan sistem propulsi udara harus setara dengan nilai hambatan. Untuk itu dalam iterasi perhitungan ini digunakan jenis propeller dengan spesifikasi teknik sebagaimana pada Tabel 5. Adapun hasil

perhitungan Propeller and Engine thrust ini ditampilkan pada Tabel 8.

C. Pemilihan Propeller Udara

Pemilihan baling-baling Whisper Tip5) sebagai tipe baling-baling udara yang digunakan pada perahu rawa didasarkan pada spesifikasi teknis baling-baling yang ditampilkan pada Tabel 5. Bentuk bilah baling-baling memiliki profil sangat tajam dengan tip penyapu yang agresif serta mempunyai kinerja unggul. Desain ini akan mengurangi gaya hambatan (drag) dan kebisingan akibat putaran baling-baling, sehingga baling-baling dapat menghasilkan gaya dorong (propeller thrust) yang optimum, sehingga akan dapat menghemat kebutuhan bahan bakar. Baling-baling yang digunakan adalah baling-baling udara dirancang sebagai sistem propulsi untuk perahu rawa (air boat/ swamp boat) dan dipasang di atas permukaan air. Sistem propulsi ini mampu memberikan gaya dorong (thrust) untuk menggerakkan badan perahu maju dengan kecepatan operasi rata-rata ≥ 20 knot. Untuk perhitungan gaya dorong baling-baling Tp (propeller thrust) digunakan rumusan pada persamaan (3) dan (4) dan tenaga pendorong pada poros penggerak Ps (shaft power)

digunakan rumusan pada persamaan (5) dan

(6) 11).

Tp = CT . ρ. n2. D4 (3)

CT = (J = V/nD, p/D, tipe prop) (4) CT : koefisien pendorong

ρ : Densitas udara (kg/m3) n : putaran baling-baling (rpm) D : diameter baling-baling (m) V : kecepatan maju baling-baling (m/s) p : pitch baling-baling (m) Ps = Cp . ρ. n3. D5 / 550 (5)

Cp = (J = V/nD, p/D) (6)

Cp : koefisien tenaga

Disini besaran nilai trust propeller

merupakan fungsi dari nilai pitch, bentuk dan diameter bilah baling-baling, putaran baling-baling, densitas udara dan koefisien pendorong (thrust Coefficient) serta pitch - kecepatan maju (forward velocity). Sedangkan nilai perhitungan besar tenaga pendorong pada poros penggerak merupakan fungsi dari jumlah putaran, diameter bilah baling-baling, densitas udara, koefisien tenaga (power coefficient), pitch -


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 39

kecepatan maju (forward velocity) pada

efisiensi baling-baling 80 %11). Untuk nilai daya mesin penggerak didapatkan dari nilai tenaga dorong poros penggerak (Ps) dikalikan nilai total efisiensi mekanik transmisi daya (ηH). Pada simulasi perhitungan gaya dorong baling-baling Tp (propeller thrust) dan tenaga penggerak perahu rawa berbasis sistem propulsi memakai baling-baling udara, disini digunakan data perhitungan numerik hingga rancangan kecepatan maksimum 50 knot. Hal ini dimaksudkan dengan mempertimbangkan adanya penurunan losses tenaga pada baling-baling seiring dengan meningkatnya kecepatan perahu rawa. Terlihat bahwa untuk mencapai rancangan kecepatan perahu 20 knot, nilai RPM baling-baling masih mencapai 2350 atau sekitar 80% dari maksimum RPM sesuai spesifikasi baling-baling. Oleh karenanya untuk mendapatkan nilai optimum daya gerak perahu rawa, maka rancangan kecepatan perahu rawa masih optimis dapat dicapai hingga 50 knot pada maksimum RPM baling-baling.

Dengan didapatkan nilai optimum kebutuhan daya mesin penggerak, berikutnya dapat ditentukan besar dan jenis mesin penggerak sesuai kebutuhan pemakaian di perahu.

D. Penetapan Daya Penggerak

Berdasarkan acuan hasil perhitungan

hambatan (resistance) dan kebutuhan optimum tenaga gerak pendorong perahu rawa untuk dapat mencapai kecepatan operasi ≥ 20 knot, maka dilakukan seleksi teknis data mesin yang tersedia. Dari dasar kajian data ke-4 alternatif mesin perahu rawa seperti tercantum pada Tabel 4, terlihat bahwa kemampuan teknis mesin diesel Steyr Motors Type SE286E40 memiliki kelebihan penilaian dibandingkan dengan ke 3 (tiga)

mesin lainnya4). Dengan besar tenaga mesin yang relatif hampir sama, namun ditinjau dari kecilnya rasio berat per unit tenaga mesin, menunjukan mesin Steyr Motor jauh lebih ringan dari pada 3 mesin lainnya seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4. Penilaian ini sangat penting terkait efektifitas daya gerak serta pengaturan titik berat perahu karena peletakan mesin yang ditempatkan diatas badan perahu. Hal ini sangat berpengaruh pada kondisi stabilitas statis perahu rawa. Disamping itu dengan tenaga mesin yang sama mesin Steyr Motor memiliki ukuran lebih kecil. Mesin dapat menggunakan bahan bakar biodiesel yang tidak terlalu sulit didapatkan di daerah pedalaman. Pada

Gambar 7 ditampilkan bentuk Mesin Styer yang digunakan pada perahu rawa dengan ukuran utama (l x w x h) : 1090 x 649 x 754 (mm) .

Gambar 9.

Mesin Steyr Motors Tipe SE286E40

Dengan data daya dorong yang sepadan baik melalui perhitugan berbasis propulsi di air maupun berbasis propulsi udara pada perahu rawa dengan hambatan 6198,34 N (kgm/s2) dan rancangan kecepatan optimal maksimum 50 knot, maka selanjutnya dapat dirancang daya dorong perahu rawa untuk ke dua jenis sistem propulsi. Pada penggunan sistem propulsi air dibutuhkan mesin penggerak sebesar 267,3 HP. Untuk menggunaan sistem propulsi udara dengan basis perhitungan gaya dorong baling-baling

udara berefisiensi 80%11), dibutuhkan tenaga gerak pendorong Ps = 8921,92 N, setara dengan kebutuhan daya mesin penggerak sebesar 238 HP. Pada perhitungan di sini digunakan nilai efisiensi maksimal mechanical power transmission losses (50 %) pada sistem propulsi perahu rawa yang terdiri dari komponen sistem transmisi vertical belt

transmission, reduction gear dan bearing5,6). Untuk selanjutnya dapat ditetapkan jenis mesin diesel penggerak perahu dengan kebutuhan daya berkisar ± 238 - 268 HP. Dipilih mesin diesel yang tersedia dengan daya 279 HP. Dari hasil perhitungan numerik berbasis sistem propulsi udara dapat digambarkan grafik perbandingan nilai hambatan dan gaya dorong mesin ke baling-baling (engine propeller thrust) dengan nilai efisiensi baling-baling 80%, sebagaimana pada Gambar 10.

Dari grafik hubungan antara nilai capaian kecepatan, hambatan yang terjadi serta engine-propeler thrust pada perahu rawa dalam perhitungan numerik menunjukan bahwa pada kecepatan sekitar 10 knot, perahu mulai bergerak, rasio nilai hambatan mulai naik mencapai 2000 N dan engine propeller thrust sudah mencapai 44000 N atau 4,5%. Namun rasio ini menurun seiring

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (31-42)

40 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

dengan peningkatan kecepatan perahu. Hal ini terkait degan pengaruh grafik karakteristik lossess parameter gaya dorong (propeller

thrust) baling-baling12).

Gambar 10. Hubungan hambatan (Resistance) dan gaya

dorong 80% (Engine - Propeller Thrust) pada kapal rawa

Dengan didapatkan nilai optimum daya

gerak perahu rawa secara numerik, maka untuk pembuktian konsep desain (proof of design concept) dilakukan pembangunan dan pengujian pelayaran prototip perahu rawa di lapangan. Dalam kegiatan pengujian ini digunakan prototip perahu rawa hasil implementasi kegiatan kerjasama TNI-AL,

BPPT dan galangan BUMS-MPE12). Pelaksanaan validasi hasil optimasi daya gerak perahu rawa, dilakukan melalui serangkaian pengujian berlayar (seatrial) di perairan terbatas sesuai ketentuan osreq-spectec TNI AL.

E. Pengujian pelayaran Perahu Rawa

Gambar 11. Pengujian perahu rawa

Pengujian perahu rawa dilaksanakan

dengan kondisi beban muatan (payload) disesuaikan dengan ketentuan untuk operasi

militer dengan pengawakan 6 orang (1 awak juru mudi, 1 orang penembak dan 4 orang

prajurit patroli)13). Gambar 11 menampilkan pengujian berlayar perahu rawa dan hasil pengujian ditampilkan pada Tabel 9.

Tabel 9.

Hasil Pengujian Berlayar

Durasi Eng.

Rpm

Prop.

RPM

Action

%MCR

Speed

(knot)

5min

6sec

1200 810 25% 4,3

4min

44sec

1200 810 25% 4,4

3min

35sec

1900 1282,5 25% 5,8

4min

8sec

1900 1282,5 50% 5,4

2min

42sec

2800 1890 50% 8,1

2min

58sec

2800 1890 50% 7,4

1min

46sec

3000 2025 66% 14,6

2min

34sec

3000 2025 66% 13

1min

4sec

3200 2160 75% 25

1min

47sec

3200 2160 75% 25

50sec 3500 2362,5 100% 27

58sec 3500 2362,5 100% 30

Gambar 12.

Perbandingan data pengujian numerik dan seatrial untuk putaran baling-baling (RPM)

dan kecepatan perahu (knot) Pada Gambar 12 ditampilkan grafik perbandingan antara putaran baling-baling dan kecepatan perahu rawa berdasarkan data dari perhitungan numerik daya gerak dan data hasil pengukuran pada perahu saat di lapangan. Dari data ini terlihat grafik peningkatan putaran baling-baling perahu seiring dengan peningkatan kecepatan


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 41

perahu yang menunjukan rata-rata arah yang proposional. Pengujian kecepatan perahu di lapangan disudahi sampai kecepatan 30 knot, mengingat faktor keselamatan operasional perahu dengan kondisi lintasan perahu di area perairan yang terbatas. Dengan hasil uji pelayaran ini terlihat capaian kinerja kecepatan perahu rawa telah melebihi persyaratan kecepatan opsrec yang ditetapkan 20 knot

.

SIMPULAN

Optimasi rancangan Perahu Rawa untuk

pemenuhan ketentuan opsreq militer menghasilkan ukuran utama Panjang x Lebar x Sarat (5,8 x 2,1 x 0,25) m dengan bobot maksimum (displacement) sebesar 2000 Kg. Hasil simulasi perhitungan numerik berbasis kondisi propulsi di air, pada kecepatan 20 knot, besar gaya hambatan perahu rawa mencapai 2257,34 N dan pada kecepatan 50 knot, gaya hambatan perahu mencapai 6198,34 N dengan kebutuhan daya dorong perahu sebesar 38,9 HP dan 267,3 HP. Hasil simulasi perhitungan numerik berbasis kondisi propulsi udara dengan nilai hambatan air perahu 2257,34 N, kecepatan 20 knot dan nilai hambatan 6198,34 N, pada rancangan kecepatan 50 knot membutuhkan besar gaya dorong baling-baling (Engine propeller thrust) pada efisiensi 80% sebesar 22304,80 N dan 8921,92 N. Berdasarkan hasil perhitungan simulasi untuk kebutuhan minimum daya gerak pendorong perahu rawa pada kecepatan sampai 50 knot perlu sebesar ± 238 - 268 HP dan dari hasil kajian teknis spesifikasi mesin, maka digunakan alternatif sistem propulsi penggerak perahu berupa mesin diesel Steyr Motors Type SE286E40 dengan daya 275 HP dan baling-baling udara Whirlwind type Whisper Tip 2.0, diameter 78”. Hasil pencapaian kinerja kecepatan operasi perahu rawa berdasarkan perhitungan simulasi numerik menggunakan optimasi pemakaian data teknis mesin dan baling-balling yang dipilih, didapatkan rancangan kecepatan perahu rawa mampu mencapai 50 knot. Dibandingkan dengan kecepatan operasi 20 knot yang ditetapkan pada opsreq-spectec, presentase peningkatan rancangan kecepatan perahu rawa mencapai 150%. Berdasarkan hasil pengujian perahu rawa di lapangan didapatkan data pengukuran putaran baling-baling perahu mencapai 2362,5 RPM pada capaian kecepatan sampai 30 knot. Dari hasil uji ini kinerja kecepatan perahu sudah mampu mencapai peningkatan 50% dari kecepatan yang dipersyaratkan 20 knot pada opsrec-spectec TNI AL.

UCAPAN TERIMA KASIH

“Perancangan Daya Gerak Perahu Rawa

berbasis propulsi udara guna meningkatkan kinerja wahana patroli TNI AL”, merupakan hasil kajian teknis, bagian dari program kegiatan Kerjasama teknis, Rancang Bangun Prototip Swamp Boat didukung oleh Dislitbang TNI AL, PTIPK BPPT dan PT Mega Perkasa Engineering tahun 2013. Ucapan terima kasih disampaikan kepada Dr. Ir. Erzi A. Gani, ME, mantan Deputi Ka. BPPT Bid. TIRBR, yang telah mendukung sepenuhnya pelaksanaan kegiatan kerjasama ini.

DAFTAR PUSTAKA

1. Subagja, D., Kuasai medan untuk menangkan pertempuran di laut, Buletin Hidro-Oseanografi, Dishidros TNI AL, Ed. 02/XIII, 2012.

2. Dislitbang TNI AL, Technical Specification (Tecspec) Rancang Bangun Perahu Rawa (Swamp Boat), 2013 (Tidak dipublikasikan).

3. Lepek, A.P., Optimization of an Air boat Design, The Lee Honors Collage, Thesis, Western Michigan University, USA, 2012.

4. Dumment R., Design of Propulsion Systems for High-speed Craft The Use of Airboat in Ice and Water Rescue Emergencies. Fire Eng., pp. 113-126, 2004.

5. Data berbagai sumber : Commercial Marine Engine brochures / web-side.

6. Whirlwind Propellers, Composite Airboat Propeller Instruction, https://whirlwindpropellers.com/airboats/wp-content/uploads/2015/05/WhirlWind_Composite_Airboat_Propeller_Instructions_112013.pdf, diakses April 2018.

7. Insel, M. and Molland, A.F., An Investigation into the Resistance Components of High Speed Displacement Catamarans. Meeting of the Royal Institution of Naval Architect, UK, 1991.

8. Sv. Aa. Harvald, Tahanan dan Propulsi Kapal (buku terjemahan), Airlangga University Press, Surabaya, 1991.

9. Basic Principle of Ship Propulsion, https://spain.mandieselturbo.com/docs/librariesprovider10/sistemas-propulsivos-marinos/basic-principles-of-ship-propulsion.pdf?sfvrsn=2, diakses April 2018 .

10. Savitsky, D., Hydrodynamic design of planning hulls, Marine Technology Journal, Vol 1, No. 1, p. 71-95, SNAME-USA, Oct 1964.

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (31-42)

42 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

11. Garner, W.B., Model Airplane Propeller, Air-Propeller research document, [email protected], March 2009.

12. Pusat Teknologi Industri Pertahanan dan Keamanan-BPPT, Laporan Rancang bangun kapal swampboat, 2013 (Tidak dipublikasikan).

13. Paripurna, A., Samudro, Suwahyu, Noor F.R, Pengujian Berlayar Prototip Kapal Patroli Rawa – TNI AL Untuk Pemenuhan Standar Operasi Militer, Proceding Seminar 12th AMTeQ-LIPI, GWB - Puspiptek, Serpong, Tangsel, 12 Oktober 2017.

Kajian Teknologi Pemanfaatan Biogas Pome (Palm Oil Mill Effluent) ke Boiler (Bambang Sucahyo, Dwi Lukman H, Rohmadi Ridlo, Tyas Puspita R, Erna Rosmala S)

P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 43

KAJIAN TEKNOLOGI PEMANFAATAN BIOGAS POME (PALM OIL MILL EFFLUENT) KE BOILER

STUDY OF THE TECHNOLOGY OF UTILIZING BIOGAS FROM PALM OIL MILL EFFLUENT (POME) TO BOILER

Bambang Sucahyo, Dwi Lukman H, Rohmadi Ridlo, Tyas Puspita R, Erna Rosmala S

Pusat Teknologi Sumberdaya Energi dan Industri Kimia, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi

Gedung Energi Klaster 5, PUSPIPTEK Serpong, Tangerang Selatan 15314 e-mail : [email protected]

Abstrak

PTPN V di Propinsi Riau, merencanakan kajian teknis untuk penerapan teknologi Biogas to Boiler untuk memaksimalkan pemanfaatan Biogas, khususnya di PKS Sei Pagar. Kajian tersebut bertujuan untuk mensubstitusi Cangkang pada Boiler/ Ketel Uap melalui skema Model Pemanfaatan Biogas POME ke Boiler pada Pabrik Kelapa Sawit. Selain kajian teknis, kajian keekonomian dan lingkungan dilakukan dalam kaitan studi banding ke beberapa PKS di wilayah Sumatera dan Kalimantan. Skema Model Pemanfaatan Biogas POME ke Boiler pada Pabrik Kelapa Sawit menggunakan beberapa komponen, seperti : Blower, Sistem Pemipaan, Valve Train, Gas Burner (Single Burner), Forced Draft Fan, dan Control Panel (PHB). Dari hasil studi tersebut, jumlah cangkang yang dapat digantikan dengan biogas POME pada pembakaran di Boiler sebanyak 6.549,3 ton per tahun. Jika cangkang tersebut dapat dijual dengan harga sebesar Rp 4.000 per kg atau Rp 400.000 per ton, maka pendapatan yang diperoleh dari hasil penjualan cangkang sekitar Rp 2,62 Milyar. Model Pemanfaatan tersebut dapat dikembangkan dan diterapkan untuk mendukung penerapan teknologi Biogas to Boiler di Pabrik Kelapa Sawit yang ada di Indonesia.

Kata Kunci : Ketel Uap/ Boiler, Blower, Sistem Pemipaan, Valve Train, Gas Burner (Single Burner), Forced Draft Fan, Control Panel

Abstract

PTPN V in Riau Province, planning the implementation of technical study of Biogas to Boiler technology to maximize the use of Biogas in particular the Sei Pagar Mill. The study aims to substitute shells for steam boilers/ kettle through the scheme of using biomass POME to boilers at palm oil mills. In addition to technical studies, economic and environment studies are carried out in comparative studies on several Mill s in Sumatra and Kalimantan. Utilization Model Scheme. Biogas POME to Boilers at Palm Oil Mill by applying Biogas to Boiler technology includes several components of equipment, such as: Blower, Piping System, Valve Train, Gas Burner (Single Burner), Forced Draft Fan, and Control Panel (PHB).From the study, then number of shells that can be replaced with Biogas POME in the Boiler combustion is 6,549.3 ton per annum. If the shells can be sold at the price of IDR 4,000 per kg or IDR 400,000 per tonne, the income obtained from the sale of shells is around IDR 2,62 billion. The Utilization Model of Biogas POME can be developed and implemented to support the application of Biogas to Boiler technology at Palm Oil Mills in Indonesia.

Keywords: Steam Boiler/ Boiler, Blower, Piping System, Valve Train, Gas Burner (Single Burner), Forced Draft Fan, and Control Panel

Diterima (received ) : 26 November 2019 , Direvisi (revised ) : 01 Maret 2019 , Disetujui (accepted) : 06 Maret 2019


M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (43-54)

44 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

PENDAHULUAN Kebijakan energi Indonesia tertuang dalam

Peraturan Pemerintah Nomor 79 Tahun 2014 tentang Kebijakan Energi Nasional (KEN). Kebijakan pengelolaan energi didasarkan pada prinsip keadilan, berkelanjutan, dan berwawasan lingkungan guna terciptanya kemandirian energi dan ketahanan energi nasional. Terkait dengan hal tersebut, Kebijakan Energi Nasional mentargetkan kontribusi Energi Baru Terbarukan (EBT) sebesar 23% dari bauran energi nasional pada tahun 2025 mendatang1).

Terkait dengan pemberdayaan sumber daya energi terbarukan, maka pemanfaatan biomassa berbasis kepada tanaman sawit menjadi opsi strategis sebagai bahan baku untuk produksi bahan bakar alternatif di masa mendatang. Indonesia merupakan produsen Crude Palm Oil (CPO) terbesar di dunia saat ini, yakni sekitar 35 juta ton per tahun. Pabrik kelapa Sawit mengolah TBS, dan menghasilkan produk minyak kelapa sawit (Crude Palm Oil/ CPO), minyak kernel (Palm Kernel Oil/ PKO). Dari kegiatan pengolahan CPO menghasilkan limbah padat seperti TKS, cangkang dan serabut, serta limbah cair (Palm Oil Mill Effluent/ POME). TKS umumnya digunakan untuk pupuk/ land application dengan mengembalikannya ke lahan perkebunan atau digunakan untuk menimbun tanah di lahan perkebunan.

POME merupakan salah satu produk samping berbentuk cairan kekuningan pekat dengan bau ofensif yang berbeda dan ditandai oleh nilai-nilai COD (Chemical Oxygen Demand) dan BOD (Biological Oxygen Demand) di kisaran 35.000 - 120.000 mg/L dan 25.000 – 65.000 mg/L. Potensi limbah cair tersebut sangat besar dan dimungkinkan untuk dikembangkan menjadi produk bermanfaat seperti Biogas POME yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik, panas, dan substitusi bahan bakar.

Pemanfaatan Biogas POME sebagai bahan bakar membutuhkan treatment untuk mengurangi kadar air, dan terutama H2S yang memenuhi ambang batas pada pembakaran di Gas Engine (<200 ppm) dan pembakaran pada

Burner di Boiler (<1000 ppm), sehingga semakin banyak dimanfaatkan.

Umumnya PKS memanfaatkan seluruh serabut dan sebagian cangkang untuk bahan bakar boiler PKS guna menghasilkan uap air untuk keperluan proses PKS dan membangkitkan energi listrik. Sebagian cangkang yang tidak digunakan sebagai bahan bakar, dijual ke pasar di wilayah Sumatera umumnya dengan harga Rp 400.000 - 500.000/ton-cangkang 2,3).

Pada PKS Sei Pagar yang beroperasi di bawah manajemen PTPN V, terdapat dua unit boiler di mana satu unit beroperasi dan satu unit untuk standby. Boiler yang digunakan di PTPN V, seperti di PKS Sei Pagar, Terantam, Tandun dan lainnya, menggunakan Boiler Takuma (N-600SA), dengan parameter Tekanan outlet (P2) 2,2 MPa, Suhu outlet (T2) 222oC, Tekanan inlet (P1) 3.1 Mpa, Suhu inlet (T1) 70oC, dan Efisiensi Boiler 80% dengan Laju Steam 20-22 t/jam.

Pada PKS Sei Pagar rasio produksi cangkang, serabut dan POME terhadap TBS adalah 7%, 13% dan 70% 4). Nilai rasio produksi cangkang dan serabut tersebut, sama dengan nilai rata-rata rasio cangkang dan serabut di PKS-PKS seluruh Sumatera Utara 5). Tujuan Penelitian

Makalah ini mengulas kajian Pemanfaatan

Biogas POME sebagai Bahan Bakar Boiler untuk Pabrik Kelapa Sawit. Dari hasil evaluasi terhadap pemanfaatan Biogas POME di PLTBg wilayah Sumatera dan Kalimantan terdapat tiga skema Model Pemanfaatan secara umum di PKS, yaitu:

a) Skema Pertama (1-2-3-4) : Biogas POME hasil Treatment selain digunakan untuk bahan bakar gas engine, juga dimanfaatkan sebagai bahan bakar pengganti cangkang di boiler PKS.

b) Skema Kedua (1-2-4) : Biogas POME hasil Treatment hanya digunakan untuk bahan bakar pengganti cangkang di boiler PKS.

c) Skema Ketiga (1-4) : Biogas POME tanpa Treatment langsung digunakan untuk bahan bakar pengganti cangkang di boiler PKS.


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 45

Gambar 1. Skema model pemanfaatan secara umum di PKS

Skema Pertama, merupakan skema yang

paling sesuai untuk lingkungan di PTPN V, karena produksi listrik yang dihasilkan dari biogas POME secara langsung telah dimanfaatkan ke pabrik, dan dimungkinkan untuk subtitusi cangkang dengan menerapkan teknologi Biogas to Boiler.

Skema ketiga, merupakan skema yang paling sesuai untuk PKS Sei Pagar, dan banyak dipilih terutama di wilayah Kalimantan oleh karena nilai investasi yang lebih murah dan menguntungkan, namun dampak lingkungannya sejauh ini tidak terlalu mengkhawatirkan.

Parameter keekonomian IRR dan NPV digunakan untuk mengevaluasi keekonomian pemanfaatan Biogas POME untuk mensubstitusi Cangkang. BAHAN DAN METODE

Penelitian ini merupakan penelitian kuantitatif dengan pengumpulan data-data lapangan. Untuk data TBS olah PKS Sei-Pagar, Pengukuran COD, pH dan suhu POME, dilakukan di kolam IPAL (Instalasi Pengolahan Air Limbah), pada saat PKS beroperasi dalam kondisi yang sama. Waktu penelitian dilakukan antara bulan Juni 2018 dan Oktober 2018, di PKS Sei-pagar. Bahan

Estimasi potensi gas metana diambil dari

perhitungan NPV, IRR, dan POT, serta Perhitungan Pendapatan dari Cangkang. Dari sisi keekonomian Pemanfaatan Biogas POME (gas metana) dalam teknologi Biogas to Boiler secara teoritis terbukti menguntungkan melalui hasil substitusi cangkang, namun secara riil

masih perlu kajian lebih lanjut yang terkait dengan kapasitas produksi PKS, lokasi dan nilai jual cangkang di pasaran setempat. Metode Desain Peralatan Sistem Gas

Salah satu target dari Kajian Pemanfaatan Biogas Sebagai Bahan Bakar Boiler di Pabrik Kelapa Sawit adalah diperoleh Model/ Desain Peralatan Sistem Gas Burner, khususnya yang sesuai untuk modifikasi sistem pembakaran Boiler/ Ketel Uap, yang akan digunakan sebagai model pemanfaatan Biogas POME. Desain didapat melalui perhitungan analisa pembakaran bahan bakar cangkang dan serabut, serta analisa pembakaran Biogas POME. Kemudian desain, perhitungan dan pemilihan peralatan teknologi Biogas to Boiler, meliputi : Blower, Sistem Pemipaan, Valve Train, Gas Burner (Single Burner), Forced Draft Fan, dan Control Panel / PHB

sampel limbah cair yang diukur dari keluaran fat-pit diasumsikan dalam range yang tidak berbeda jauh di PKS dibawah manajemen PTPN V, yang kemudian digunakan sebagai inlet untuk reaktor biogas. Metoda Metoda Pengambilan Sampel, Data dan Kuesioner

Kajian Pemanfaatan Biogas POME sebagai

Bahan Bakar Boiler ini merupakan penelitian kuantitatif dengan pengumpulan data-data lapangan : hasil dari pengambilan dan pengujian sampel di Laboratorium; dan data dari hasil studi banding : hasil Kuesioner Kajian Teknis dan Keekonomian Pabrik Kelapa Sawit di Wilayah

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (43-54)

46 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

Sumatera dan Kalimantan, maka dapat diketahui potensi PKS, untuk dianalisa secara teknis maupun keekonomian. Metoda Analisa Perhitungan

Kajian Teknis dilakukan melalui perhitungan Neraca Panas dan Massa, dan perhitungan lainnya. Kajian ini digunakan untuk mengetahui potensi pembakaran bahan bakar cangkang dan serat, serta potensi pembakaran Biogas POME (gas metana), berdasarkan hasil analisa : COD, nilai rata-rata TBS olah dan rasio POME. Kemudian ditambahkan dengan beberapa catatan operasional/ lapangan Boiler di PKS, (sebelum dan sesudah menggunakan Biogas POME) dari hasil Kuesioner Kajian Teknis dan Keekonomian, sehingga dapat diketahui secara detail kondisi teknis yang diperlukan untuk evaluasi pemanfaatan Biogas POME, khususnya untuk modifikasi peralatan pada Boiler/ Ketel Uap.

Kajian Keekonomian dilakukan melalui perhitungan ekonomis dari data operasional Boiler atau Ketel Uap untuk kurun waktu tertentu yang dimaksudkan untuk mengetahui Harga Produksi Biogas. Analisa Kelayakan meliputi p Kajian Teknis / Karakteristik Biogas

Analisis Pembakaran Bahan Bakar Cangkang dan Serat

Analisis pembakaran bahan bakar Cangkang (Shell) dan Serat (Fibre) dihitung untuk mengetahui potensi energi dari penggunaan cangkang dan serat, kemudian dapat dihitung energi untuk keperluan pembangkitan uap pada Boiler, dan minimum keluaran (Throughput) untuk operasi Boiler, melalui persamaan berikut : Energi Fibre (Available) (Efw) = Fibre/FFB x Throughput x Calorific Value (1) Energi Shell (Available) (Esw) = Shell/FFB x Throughput x Calorific Value (2) Analisis Pembakaran Bahan Bakar Biogas POME

Mempelajari reaksi pembakaran biogas yang terdiri dari pembakaran gas metana, dan pembakaran gas H2S. Kemudian dihitung volume gas yang dihasilkan dari setiap pembakaran. Dilakukan perhitungan nilai kalor total dari biogas, jumlah udara teoritis untuk pembakaran, persentase gas hasil pembakaran, dan perkiraan excess air yang dibutuhkan dalam praktiknya. Reaksi pembakaran pada gas metana adalah CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + 37.705,49 kJ/m3 (3)

Dengan persentase 66% volume gas metana yang terkandung, maka kalor yang dihasilkan dari pembakaran 1 m3 gas metana = 37.705,49 x 0,66 = 24.885,6234 kJ.

Reaksi pembakaran pada gas H2S adalah H2S + 1,5 O2 SO2 + H2O + 23.957,14 kJ/m3. (4) Dengan asumsi persentase 0,18% volume gas H2S yang terkandung, maka kalor yang dihasilkan dari pembakaran 1 m3 gas H2S = 23.957,14 x 0,0018 = 43,12 kJ.

Pada perhitungan diambil excess air sebesar 10%.

Analisis Neraca Panas dan Massa

Dilakukan perhitungan density masing-masing komponen gas, yang secara umum densitas dapat dihitung dari persamaan berikut:

ρ = M / v (5) dimana : M = Berat Molecular Biogas POME yang terdiri

dari CH4 (16,0426), CO2 (44,009), O2 (31,998), H2S (34,08)

v = Volume

Densitas aktual total gas diperoleh dengan memperhitungkan komposisi sampel Biogas POME yang dihasilkan. Kemudian dilakukan perhitungan neraca massa komponen dan menghitung jumlah energi yang dihasilkan.

Analisa Keekonomian

Sebelum melakukan investasi perlu dilakukan perhitungan ekonomi agar proyek yang dijalankan, dinilai layak secara finansial. Apabila perhitungan yang dilakukan salah akan mengakibatkan kerugian, diantaranya hilangnya kesempatan dalam mendapatkan keuntungan (loss opportunity) dan kerugian terhadap biaya investasi yang telah dikeluarkan. Metodologi yang digunakan adalah metode life cycle costing approach yang mempertimbangkan seluruh biaya dan manfaat yang akan diperoleh di kemudian hari (in the future) dan mempertimbangkan nilai waktu dari uang (time value of money). Analisa ekonomi dilakukan dengan menyusun proyeksi keuangan meliputi proyeksi biaya-biaya produksi dan pendapatan, proyeksi laba-rugi, proyeksi cash flow, serta tingkat kelayakan proyek. Indikator kelayakan proyek yang akan digunakan meliputi:

1) Break Even Point of Sales (BEP of Sales)

Menunjukkan gambaran tentang titik pulang pokok penjualan tiap tahun proyeksi, dihitung dengan formula:


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 47

𝐵𝐸𝑃 𝑜𝑓 𝑠𝑎𝑙𝑒𝑠 = 𝐹𝑖𝑥𝑒𝑑 𝑐𝑜𝑠𝑡

1−𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒 𝑐𝑜𝑠𝑡

𝑆𝑎𝑙𝑒𝑠

(6)

2) Net Present Value (NPV) NPV merupakan selisih antara pengeluaran dan pemasukan yang telah didiskon dengan menggunakan biaya modal (cost of capital) sebagai diskon faktor, atau dengan kata lain merupakan arus kas yang diperkirakan pada masa yang akan datang yang didiskonkan pada saat ini. Untuk menghitung NPV diperlukan data tentang perkiraan biaya investasi, biaya operasi, dan pemeliharaan serta perkiraan manfaat/ benefit dari proyek yang direncanakan. Rumus NPV sebagai berikut:

NPV = ∑NCF

(1+k)

Nt=1 − Io (7)

dimana NCF= Arus kas bersih pada periode t Io = Pengeluaran investasi mula-mula k = Biaya modal N = Periode investasi

3) Internal Rate of Return (IRR) IRR dihitung dengan mencari tingkat diskon (discount rate) yang dapat menghasilkan nilai net present value sama dengan nol. Artinya bahwa jumlah present value dari penerimaan selama umur proyek (project life) dengan tingkat diskon tersebut sama dengan jumlah present value dari pengeluarannya. Apabila hasil perhitungan IRR lebih tinggi dibandingkan dengan rata-rata tingkat biaya modal (Weighted Average of Cost of Capital/WACC) dari total dana yang digunakan dalam investasi proyek, maka proyek disimpulkan layak (feasible) secara finansial. Selain perhitungan indikator kelayakan, pada analisa ekonomi ini disajikan analisa sensitivitas yang merupakan analisa perhitungan untuk mengetahui perubahan indikator kelayakan suatu investasi atau bisnis akibat adanya perubahan parameter-parameter seperti perubahan harga, kinerja produksi dan lain-lain. Parameter yang akan dianalisa yaitu perubahan harga jual cangkang dan nilai investasi barang modal.

Lingkungan

Emisi GRK dari Penangkapan Gas Metana Aktivitas kegiatan/ proyek ini terdiri dari

menangkap dan membakar gas metana yang dilepaskan dari kolam anaerob pengolahan air

limbah yang dihasilkan dari pabrik kelapa sawit Sei Pagar yang dimiliki oleh PTPN V. Pabrik kelapa sawit tersebut memproses sekitar 170.858 ton Tandan Buah Segar (TBS) pada tahun 2017 dan menghasilkan limbah cair POME sekitar 136.686 m3 per tahun (Tabel 1). Proses ekstraksi minyak sawit menghasilkan sekitar limbah cair (POME) sekitar 0,8 m3 limbah cair minyak sawit (POME) untuk setiap ton TBS diproses.

Tabel 1. Besaran Nilai Parameter

Data kunci untuk

kondisi dasar

Nilai Unit Sumber

Rasio POME/TBS

0,6 m3 POME/ ton TBS

PTPN V

Q y,ww Lihat Tabel 2

m3 PTPN V

COD y,ww,

untreated Lihat Tabel 4

mg/l Hasil laboratorium

MCF

ww,treatment 0,8 --- AMS-III.H,

Point 7 (b), MCF lower value applies

Dalam rangka pengurangan dampak

terhadap lingkungan, POME yang akan dibuang ke lingkungan, akan diolah dulu di dalam serangkaian unit pengolah limbah cair, yang terdiri dari pendinginan, pengambilan minyak kembali, kolam anaerob dan kolam aerobik, untuk mengurangi BOD/ COD ke tingkat yang dapat diijinkan oleh peraturan yang berlaku. Pengolahan anaerob bahan organik di dalam kolam-kolam tersebut dibarengi dengan produksi biogas yang mengandung metana, dan dilepaskan secara bebas ke atmosfer.

Rencana aktivitas kegiatan adalah penangkapan biogas, pemanfaatan biogas untuk boiler yang selama ini menggunakan bahan bakar cangkang dan serat dan juga sedikit minyak diesel (pada saat start up dan shut down). Kelebihan biogas (jika ada) akan dibakar (flaring).

Skema pengolahan POME saat ini dapat dilihat pada Gambar 2. Skema proyek seperti ini dapat mengurangi emisi gas rumah kaca sebagaimana dulu pernah ada dalam skema program CDM (Clean Development Mechanism).

https://id.wikipedia.org/wiki/Biaya

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (43-54)

48 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

Gambar 2.

Layout Kolam Pengolahan PKS Sei Pagar (kondisi saat ini)

Kegiatan proyek terdiri dari penangkapan

emisi biogas dari kolam anaerobik dengan dua kemungkinan teknologi reaktor yang berbeda, yaitu reaktor tangki jenis CSTR (continuous stirred tank reactor) dan reaktor cover CIGAR (Covered in ground Anaerobic Reactor) menutupi kolam dengan membran kedap air. Kegiatan penangkapan gas metana pada

laporan ini menggunakan reaktor CSTR dengan alasan bahwa perolehan gas metana (biogas) dari reaktor CSTR ini relatif lebih baik dibandingkan dengan reaktor cover. Sedangkan investasi untuk reaktor CSTR relatif lebih mahal dibandingkan dengan reaktor CIGAR. Hal ini ditunjukkan pada gambar sebagai berikut.

Gambar 3.

Perbandingan Perolehan Gas Metana dan Biaya Investasi untuk reactor CSTR dan CIGAR Perhitungan Pengurangan Emisi GRK

Pengurangan emisi GRK proyek dihitung

secara ex-ante, perhitungan pengurangan/ reduksi emisi GRK dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut. ERy,ex ante = BEy,ex ante - ( PEy,ex ante + LEy,ex ante)

(8) Dimana:

ERy,ex ante = Ex-ante pengurangan/ reduksi emisi GRK dalam tahun y (tCO2-e)

BEy,ex ante = Ex-ante emisi baseline dalam tahun y (tCO2-e)

PEy,ex ante = Ex-ante emisi proyek dalam tahun y (tCO2-e)

LEy,ex ante = Ex-ante emisi kebocoran (leakage) dalam tahun y (tCO2-e)


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 49

Data dan Parameter Asumsi yang digunakan dalam aktivitas

proyek adalah penutupan semua kolam anaerob untuk menangkap gas metana yang timbul. Kondisi awal/ dasarnya adalah limbah cair anaerob tanpa pengambilan metana dan unit pembakaran. Kolam berupa tipe terbuka, dengan kedalaman di atas 4 m dan waktu tinggal minimal 30 hari. Temperatur effluent di atas 25oC sepanjang tahun. Gas metana dilepaskan ke atmosfer dalam kondisi yang tidak

terkontrol. Skenario emisi kondisi awal/ dasar terdiri

dari potensi pembentukan gas metana pada pengolahan air limbah.

Tabel 2. TBS/FFB diolah

Tahun 2013 2014 2015 2016 2017

FFB 206.046 198.585 158.869 158.468 170.858

POME1 123.627 119.151 95.321 95.081 102.515

PKS2 11.333 10.922 8.738 8.716 9.397

Palm Fibre3

25.756 24.823 19.859 19.809 21.357

Operating hour

6.000 6.000 6.000 6.000 6.000

Tabel 3.

Proyeksi TBS/FFB Diolah

Tahun 2018 2019 2020 2021 2022 2023

FFB 170.858 175.129 179.507 183.995 188.595 193.310

POME1 102.515 105.078 107.704 110.397 113.157 115.986

PKS2 9.397 9.632 9.873 10.120 10.373 10.632

Palm Fibre3

21.357 21.891 22.438 22.999 23.574 24.164

Operating hour

6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000

Tabel 4.

Data dan parameter untuk perhitungan Penurunan Emisi GRK

Data dan Parameter

Nilai Unit Reference

Kapasitas pabrik

30 mt FFB / hr

Kapasitas desain PKS

Jam operasi PKS (hour per day)

20 hr / d Data (rata-rata untuk tahun 2015 - 2017)

Operasi PKS Tahunan (day per year)

300 d / yr Historical data (data rata-rata untuk tahun 2015 - 2017)

t FFB / yr[a] 162.732 mt FFB / yr

Data histori PKS, rata-rata FFB diolah (2015 - 2017)

Mill operating hour (hr/yr)

6.000 hr / yr Jam kerja rata-rata per tahun (2015 - 2017)

COD raw POME (masuk ke sistem anaerobik) [b]

50.000 mg/l 10 days lab test

COD diolah meninggalkan anae. treatment

system (baseline)


COD dibuang ke Kebun PKS (baseline)


Bioreactor COD removal efficiency (Project activity)

90% Parameter Design Bioreaktor

Final COD Discharge Limit to River

125 mg/l KLHK

Densiti dari CH4

0,716 kgCH4/Nm3CH4

Tool for Methane Flaring

Konsentrasi CH4

60% Asumsi

LHV Biomass (Cangkang wet

basis) 18,8 MJ/kg

Bio-Energy Potential of Palm Kernel Shell, pg 331

LHV Biomass (Fiber/ serat wet basis)

10,6 MJ/kg https://phyllis.nl/Biomass/View/2936

Net Calorific Value dari Metana

50,4 MJ/kg IPCC, default value, table 1.2, volume 2

Net Calorific Value metana (MJ/Nm3)

36,1 MJ / Nm3CH4

Dihitung

Sumber : PTSEIK, 2018

HASIL DAN PEMBAHASAN Kajian Teknis / Karakteristik Biogas Analisis Teknis Secara Umum

Secara umum, Boiler/ Ketel Uap di PKS menggunakan serabut (11326 kJ/kg @ 50% moisture) dan cangkang (23374 kJ / kg @ 10% moisture) (sumber PKS PTPN V), sebagai bahan bakarnya untuk menghasilkan uap panas yang dipakai untuk mengolah kelapa sawit. Jumlah ketersediaan serabut dan cangkang secara teoritis dapat dihitung dari rasio masing-masing terhadap TBS, yaitu 13% dan 7% 4). Sebagian dari total potensi energi ini digunakan untuk memproduksi uap bagi kebutuhan proses minyak kelapa sawit dan pembangkit listrik, dan sisanya dijual ke pasar.

Kapasitas PKS Sei Pagar adalah 30 ton- TBS/ jam. Rasio uap air yang dibutuhkan untuk membangkitkan listrik dan proses di PKS adalah 0,60 ton uap air/TBS 6). Untuk PKS Sei Pagar, kapasitas produksi uap air sebanyak 18 t/jam (=0,6 t-uap air/TBS x 30 t-TBS/jam) dibutuhkan pengoperasian satu unit Boiler (Takuma), berkapasitas masing-masing 22 t/jam. Kebutuhan energi di tungku boiler dihitung berdasarkan perbedaan entalpi air di boiler inlet dan enthalpi uap air di boiler outlet.

Dari hasil Analisa Pembakaran Bahan Bakar Biomasa, dapat diketahui : Surplus Energi yang diperoleh dari pembakaran cangkang dan serabut, pada basis 20 jam per hari saat

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (43-54)

50 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

operasional; sebesar 20 jam per hari x 15060,88 kg/hr= 301,2176 MT/hari. Hal ini menunjukan adanya kelebihan dalam suplai bahan bakar kedalam ruang bakar, walaupun dalam proses produksi sering diabaikan karena kendala operasional seperti suplai bahan bakar dengan sesuai seperti memiliki kandungan M.C dan Nilai Kalor yang konstan memang sulit dilakukan.

Dari hasil Analisa Pembakaran Biogas POME, asumsi yang digunakan untuk produk CH4 66%, dalam biogas POME sangat relatif, mengingat kandungan itu dihasilkan dari proses pembentukkan Biogas POME dalam Digester oleh bakteri dalam cairan POME. Menjaga kestabilan kandungan CH4 dalam Biogas POME termasuk yang sulit dilakukan, karena selain teknik juga diperlukan kesabaran, karena keberadaan bakteri menjadi alasan dan perhatian utama untuk memantau keberhasilan proses digester. Kondisi ini tergantung operasional dari masing-masing PKS, sehingga untuk menerapkan standar minimal kandungan CH4 diperlukan pengalaman operasional. Pada studi banding pemanfaatan Biogas to Boiler di PKS Sungai Rungau Kalteng, standar suplai Biogas POME yang minimal ditetapkan mengandung CH4 50%, Dan kenyataannya, nilai kandungan tersebut berangsur-angsur terdegradasi dari awal Digester dioperasikan. Jika kandungan CH4 < 50%, maka untuk menjaga nilai pembakaran yang sesuai dengan kebutuhan energi di Boiler untuk menghasilkan uap panas, maka suplai Biogas POME ke Boiler perlu dihentikan sementara atau operasi Boiler ditunda, untuk memberi waktu bagi bakteri

dalam Digester recovery, untuk menghasilkan Biogas POME sesuai standar suplai Biogas POME yang ditetapkan maka perhitungan neraca masa dilakukan pada boiler yaitu dimana terjadinya pembakaran biogas POME. Kalor yang terjadi pada pembakaran biogas berasal dari kontribusi kandungan metana yaitu sebesar 66%, sedangkan kalor dari pembakaran H2S dapat diabaikan karena jumlahnya yang sangat kecil, 0,1%. Pembakaran biogas menggunakan udara menggunakan FD Fan (Force Draft Fan). Kebutuhan udara pembakaran dihitung dari stoikiometri pembakaran metana, yang mana merupakan kebutuhan udara teoritis. Pada kenyataannya kebutuhan udara harus lebih besar dari teoritis atau yang disebut excess air. Excess air pada pembakaran biogas 10%, dimana jika excess air yang terlalu kecil dapat mempengaruhi kualitas pembakaran sedangkan jika terlalu besar dapat menjadi rugi-rugi pembakaran.

Komponen masuk ke dalam boiler berasal dari biogas dan yaitu CH4, CO2, H2O, H2S, O2 dan N2. Kandungan CO2 dan H2S masuk ke dalam boiler karena tidak dilakukan treatment biogas. O2 dan N2 berasal dari udara yang dialirkan menggunakan FD Fan. Sedangkan gas buang dari boiler terdiri dari CO2, H2O, N2 dan SO2. SO2 berasal dari pembakaran H2S dari biogas yang tidak di-treatment. Kandungan H2S yang sangat kecil, sekitar 0,1%, menghasilkan SO2 sekitar 0,03%. Dari hasil studi di lapangan pada PKS yang dikunjungi, nilai kandungan SO2

sebesar ini masih masuk dalam baku mutu lingkungan emisi gas buang.

Hasil Skema Model - Peralatan Sistem Gas Burner

Gambar 4.

Skema Model Pemanfaatan Biogas POME ke Boiler di PKS Sei Pagar


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 51

1. Blower

2. Sistem Pemipaan

3. Valve Train

4. Gas Burner (Single Burner)

5. Forced Draft Fan

6. Control Panel / PHB

Desain peralatan didasarkan dari data-data hasil studi banding, hasil perhitungan teknis, serta pemilihan peralatan (Gas Burner Catalogue) yang disesuaikan dengan kondisi lapangan. Dalam penerapannya, modifikasi diperlukan guna menyesuaikan dengan kebutuhan dan pemasangannya. Hal yang berkaitan dengan desain dan hasilnya secara terinci belum dijabarkan disini, karena masih akan dilanjutkan tahun berikutnya. Kajian Keekonomian dan Lingkungan Analisis Keekonomian Secara Umum Kebutuhan Investasi

Pembangunan proyek ini diperkirakan akan selesai dalam waktu satu tahun. Biaya investasi meliputi reaktor biogas dan sistem burner. Untuk mendanai investasi berasal dari dua sumber yaitu modal sendiri (equity) dan pinjaman (debt) bank dengan rasio debt : equity = 70% : 30%. Tingkat bunga kredit bank diasumsi sebesar 10% per tahun. Perhitungan Biaya Produksi Biogas

Biaya produksi biogas terdiri dari biaya produksi variabel dan biaya produksi tetap. Biaya produksi variabel meliputi biaya utilitas (air, bahan bakar genset, dan lainnya). Sementara itu, biaya produksi tetap meliputi biaya upah tenaga kerja, overhead dan administrasi, biaya perawatan tahunan, serta biaya depresiasi dan asuransi.

Perhitungan Pendapatan dari Cangkang

Biogas yang dihasilkan dari reaktor akan

digunakan untuk bahan bakar cangkang untuk boiler. Oleh karena itu, dengan adanya biogas, maka limbah cangkang dapat dijual ke pasaran. Dari hasil perhitungan dalam waktu satu tahun produksi, jumlah cangkang yang dapat digantikan dengan biogas sebanyak 6.549,3 ton per tahun. Dengan harga cangkang sebesar Rp 4.000 per kg atau Rp 400.000 per ton, maka

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (43-54)

52 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

pendapatan yang diperoleh dari hasil penjualan cangkang sekitar Rp 2,62 Milyar. Proyeksi Laba-Rugi

Hasil proyeksi perhitungan laba-rugi

menunjukkan perolehan laba bersih yang positif dari tahun pertama dan terus meningkat pada tahun-tahun berikutnya. Hal ini menunjukkan bahwa hasil dari penjualan cangkang dapat menutup biaya produksi biogas. Perhitungan Kelayakan Proyek

Hasil perhitungan Internal Rate of Return

(IRR) proyek memberikan nilai sebesar 11,36%. Dengan tingkat bunga rata-rata tertimbang (WACC) dihitung pada 11% per tahun, Net Present Value (NPV) menghasilkan angka positif yang menunjukkan bahwa proyek tersebut layak secara finansial. Perhitungan Payback Period menunjukkan waktu pengembalian investasi ini setelah 6,56 tahun. Analisis Lingkungan Secara Umum

Hasil pengurangan emisi GRK proyek

dihitung secara ex-ante, perhitungan pengurangan/ reduksi emisi GRK dihitung dengan menggunakan persamaan-persamaan berikut, dan dirangkum pada Tabel 5.

Adapun total Estimasi Pengurangan Emisi (ex-ante) dijabarkan pada Tabel 6 di bawah ini, yang besarnya diperkirakan 117.762 tCO2e selama periode keseluruhan 7 tahun (2018-2024). Pengurangan emisi maksimum dapat dicapai jika pabrik kelapa sawit yang digunakan mencapai kapasitas maksimumnya. Jumlah sebenarnya dari pengurangan emisi akan dihitung ex-post berdasarkan produksi aktual. :

Tabel 5.

Nilai Pengurangan Emisi (ex-ante) Persamaan 17: ERy,ex ante = BEy, ex ante – (PEy, ex ante + LEy, ex ante) Singkatan Deskripsi Nilai Sumber

ERy,ex ante Pengurangan emisi ex ante dalam tahuny (tCO2e)

8.935 Persamaan 17

BEy,ex ante Emisi baseline ex ante dalam tahuny (tCO2e)

15.560 Persamaan 2

PEy,ex ante Emisi proyek ex ante dalam tahuny (tCO2e)

6.625 Persamaan 7

LEy,ex ante Emisi leakage ex ante dalam tahuny (tCO2e)

0 Persamaan 16

Tabel 6. Rangkuman Estimasi

Pengurangan Emisi (ex-ante) Tahun Estimasi

emisi aktivitas proyek (tCO2e)

Estimasi emisi baseline (tCO2e)

Estimasi leakage (tCO2e)

Estimasi pengurangan emisi keseluruhan (tCO2e)

2018 6.625 15.560 0 8.935 2019 6.787 15.987 0 9.200 2020 6.953 16.342 0 9.389 2021 7.123 16.784 0 9.661 2022 7.298 17.169 0 9.871 2023 7.476 17.611 0 10.135 2024 7.660 18.309 0 10.379 Total (7 thn)

49.922 117.762 0 67.570

SIMPULAN

Kajian Teknis Pemanfaatan Biogas sebagai bahan bakar Boiler yang mengambil studi kasus di PLTBg Sei Pagar, telah melewati tahapan Pra Desain khususnya teknologi Biogas to Boiler. Namun perlu untuk tidak saja mengkaji dari sisi perkembangan dan penerapan teknologi, tetapi harus juga di dukung oleh Kajian Keekonomian dan Lingkungan.

Dari sisi ekonomi, faktor terpenting adalah skenario kebijakan pemerintah yang terkait dengan harga jual listrik dapat berpengaruh terhadap iklim investasi PLTBg di PKS secara keseluruhan. Untuk mengoptimalkan pemaanfaatan gas metane (biogas) yang dihasilkan, upaya PLTBg Sei Pagar dengan memanfaatkan Biogas POME (metana) sebagai subtitusi Cangkang di PKS, dan menjual kelebihan Cangkang tersebut dapat menjadi sumber tambahan pendapatan untuk meningkatkan keuntungan ekonomis PLTBg.

Secara singkat, Kajian Lingkungan memfokuskan pada hasil pengurangan Emisi GRK, hal ini menjadi catatan penting bagi keberadaan dan tanggung jawab PKS terhadap lingkungan di sekitarnya.

Faktor peningkatan Tingkat Kandungan Dalam Negeri (TKDN) dan harga jual listrik merupakan komponen penting dalam peningkatan nilai keekonomian PLTBg, karena mempunyai dampak untuk menurunkan investasi. Hal ini merupakan hal yang perlu dipikirkan untuk kelanjutan pembangunan PLTBg di PKS, sebagai dampak dari diberlakukannya Permen ESDM No.12/2017. DAFTAR PUSTAKA

1. Peraturan Presiden, No. 5 tahun 2006, Tentang Kebijakan Energi Nasional, 2006.

2. Mun, Y.W., Production Of Methane From Palm Oil Mill Effluent By Using Ultrasonicated Membrane Anaerobic System (UMAS), Faculty of Chemical and


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 53

Natural Resources Engineering Universiti Malaysia Pahang, 2012.

3. Sihombing, A., and et. al., Analisis Perhitungan Ekonomi dan Potensi Penghematan Energi Listrik pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap di Pabrik Kelapa Sawit PT. X, Jurnal Reka Elkomika (Jurnal On line Institut Teknologi Nasional), 2 (2), 90-96, 2014.

4. Febijanto, I. Tinjauan Komponen Harga Jual Tenaga Listrik dari Pembangkit Listrik Tenaga Biogas denganTeknologi Covered lagoon, Prosiding Seminar Nasional Kimia, 13 Mei 2017, Hotel Grand Quality, Yogyakarta, 72-73, 2017.

5. Pricilia, S.A., Analisis Ekonomi Pemanfaatan Fiber dan Cangkang Kelapa Sawit Menjadi Energi Listrik, Studi Kasus: PT. Bahan Karya Semesta, Kab. Sarolangun, Jambi, Skripsi Sarjana, Dept. Ekonomi Sumber daya dan Lingkungan, Fak. Ekonomi dan Manajemen, Institut Pertanian Bogor, pp.53, 2014.

6. Bakar, N.A., Soon, L.W, Sukiran, M.A., Kheang, L.S., dan Bukhari, N.A., Co-firing of Biogas in Palm Oil Mill Biomass Boilers, PALM OIL ENGINEERING BULLETIN NO. 120, November 2017.

7. Abas, R., Abdullah, R., dan Hawari, Y., Economic Feasibility Study on Establishing an Oil Palm Biogas Plant in Malaysia, Oil Palm Industry Economic Journal Vol. 13 (1), Maret 2013.

8. Liew, W.L., Kassim, M.A., Muda, K., dan Loh, S.K., Feasibility Study on Plam Oil Processing Wastes Towards Achieving Zero Dixcharge, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol. 11, No. 4, February 2016.

9. Maryana, R., Satriyo K.W., dan Kismurtono, M., Proses Pemurnian Metana dari Biogas Menggunakan Larutan NaOH Dan KOH, Seminar Nasional Fundamental Dan Aplikasi Teknik Kimia, Surabaya, 2008.

10. Sugiarto, Oerbandono, T., Widhiyanuriyawan, D., dan Putra, F.S.P., Purifikasi Biogas Sistem Kontinyu Menggunakan Zeolit, Jurnal Rekayasa Mesin Vol.4, No.1 Tahun 2013.

11. Ryckebosch, E., Drouillon, M., dan Vervaeren, H., Techniques for transformation of biogas to biomethane, Biomass and Bioenergy 35, 2011.

12. Zhao, Q., Leonhardt, E., MacConnell, C., Frear, C., dan Chen, S., Purification Technologies for Biogas Generated by Anaerobic Digestion, CSANR Research Report, 2010.

13. Kadam, R., dan Panwar, N.L., Recent advancement in biogas enrichment and its

applications, Renuable and Sustanable Energy Reviews 73, 2017.

14. Rachman, R., Caroko, N., dan Wahyudi, Perancangan, Pembuatan, Dan Pengujian Alat Pemurnian Biogas Dari Pengotor H2O Dengan Metode Pengembun (Kondensasi), Jurnal Teknik Mesin UMY 2017.

15. Budiman, A., Syarief, A., dan Isworo, H., Analisis Perpindahan Panas Dan Efisiensi Efektif High Pressure Heater (HPH) Di PLTU Asam-Asam, Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Unlam Vol. 03, 2014.

16. Demirel, Y., Energy, Production, Conversion, Storage, Conservation and Coupling, Department of Chemical and Bio molecular Engineering University of Nebraska Lincoln N 16th St 820 Lincoln, NE 68588-0643 USA, 2012.

17. Maizirwan, M., Ibrahim, M.M.A., Setyobudi, R.H., Preliminary study of biogas upgrading and purification by pressure swing adsorption, AIP Conference Proceedings, 2016.

18. Nasution, M. A., and et. al., Analysis of Palm Biomass as Electricity from Palm Oil Mills in North Sumatera, Energy Procedia, 47: 166-172, 2014.

19. PT KME (PT Karya Mas Energi). Biogas Bundled Project 2, ver. 12, 12/12/2012, https://cdm.unfccc.int/filestorage/h/n/RPK5SJ0BCO7FEHQ9IXAYL68WNG3V2Z.pdf/9233-20121228-PDD.pdf?t=eFl8b25sZW5qfDDUeCshWhmew6EgRh6a3VSm, diakses 11 Januari 2017.

20. PT KME (PT Karya Mas Energi). Biogas Bundled Project, ver.13.0, 16/11/2012, https://cdm.unfccc.int/filestorage/l/c/0XZT8K1WPODJFUIEV9MHSBQ5Y74CNA.pdf/8944-%20PDD-2012%2012%2020.pdf?t=dlR8b25sZXV1fDD5hwJiSvvAnIei6858Oiin, diakses 11 Januari 2017.

21. PT KME (PT Karya Mas Energi). Biogas Bundled Project 3, ver. 12, https://cdm.unfccc.int/filestorage/3/n/JAO4FR9MLTEU3Z6BC8SXKQ5N2IDWVP.pdf/9234%20PDD.pdf?t=T1R8b25sZXltfDCn8Hd1_5JsFbCQHdhvqF5A, diakses 15 Januari 2017.

22. Keputusan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia No. 1404 K/20/MEM/2017, tentang Besaran Pokok Penyediaan Pembangkitan PT PLN (Persero), 2017.

23. Abdullah, N. A., Mohamed, R., Wan Mahmood, W. M. F., dan Md Saad, M. H., Black smoke elimination via PID controlled co-firing technique at palm oil mill, International Journal of Applied Engineering Research, 12(19), 8050-8056, 2017.

https://reader.elsevier.com/reader/sd/5053E356563D5842F302A0A498FB9B79430EDD37589AF21E76C4A8D6DA972E9F18997D3F17310E52E9830D8AA4F45456#pf1

https://aip.scitation.org/author/Mel%2C+Maizirwan

https://aip.scitation.org/author/Ibrahim%2C+Muhammed+Mubeen+Ahamed

https://aip.scitation.org/author/Setyobudi%2C+Roy+Hendroko

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (43-54)

54 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233


Kajian Eksperimental Peluncuran Kapal Menggunakan Air Bag (Zulis Irawanto, Navik Puryantini, B. Ali, Budi S. Prasodjo)

P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 55

KAJIAN EKSPERIMENTAL PELUNCURAN KAPAL

MENGGUNAKAN AIR BAG

EXPERIMENTAL STUDY ON SHIP LAUNCHING USING AIRBAGS

Zulis Irawantoa, Navik Puryantinia, Baharudin Alia, Budi Setyo Prasodjob

a Balai Teknologi Hidrodinamika

Deputi Teknologi Industri Rancang Bangun dan Rekayasa – BPPT Jl. Hidrodinamika – Kampus ITS Sukolilo, Surabaya – 60112

Telp. 031-5948060, Fax. 031-59480600 E-mail : [email protected], [email protected], [email protected]

b INPEX CORPORATION

Floor TCC Batavia Tower One Lantai 37 Jl. KH Mas Masyur Kav 126 Jakarta Pusat

Telp. 02129700100 E-mail: [email protected]

Abstrak

Makalah ini melaporkan hasil penelitian di Balai Teknologi Hidrodinamika yang mengkaji peluncuran kapal dengan menggunakan air bag. Metode yang digunakan adalah uji model dengan melakukan studi sensitivitas beberapa parameter yang berpengaruh pada peluncuran kapal. Analisis dilakukan pada beberapa kondisi ekstrim yaitu kondisi terjadinya benturan, kondisi pada sudut pitch maksimum, dan kondisi pada freeboard minimum. Melalui uji model, dapat diketahui perilaku gerakan kapal saat diluncurkan dengan menggunakan air bag, serta dapat diketahui tingkat keselamatan peluncuran kapal. Kata kunci: Peluncuran kapal, Air bag, Uji model

Abstract

This paper reports a research in Laboratory for Hydrodynamics Technology that studies ship launching using air bags. The methodology used was model test and sensitivity analysis on parameters influencing ship launching. The Analysis was carried out on the following extreme conditions: collision condition, condition of maximum pitch angle, and condition of minimum freeboard. From the model test, the behaviour of ship motion during launching can be measured, and the safety of the launching can be predicted. Key Words: ship launching, air bag, model test

Diterima (received ) : 14 Desember 2018 , Direvisi (revised ) : 01 Maret 2019 Disetujui (accepted) : 25 Maret 2019

PENDAHULUAN

Dalam sistem produksi galangan, peluncuran merupakan proses yang sangat penting karena tahap peluncuran adalah proses yang memakan waktu dan juga biaya

tinggi1). Proses peluncuran bangunan apung pada umumnya dilakukan dengan sistem

launching (end launching dan side

launching)2). Pada end launching bagian belakang bangunan apung/ kapal akan menghadap ke air, sehingga akan menyentuh air lebih dahulu selama proses peluncuran dengan pertimbangan bahwa bentuk bagian belakang kapal mempunyai gaya apung dan drag force yang lebih besar



M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (55-64)

56 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

dibanding bagian depan. Untuk galangan

menengah dan besar pada proses peluncuran kapal menggunakan fasilitas floating dock, dimana setelah kapal selesai dibangun floating dock dibenamkan sampai kedalaman tertentu sampai kapal bisa terapung dengan sendirinya kemudian kapal ditarik keluar dari floating dock. Sedangkan pada graving dock, dimana bagian depan graving dock yang berhadapan dengan air memiliki pintu kedap air sehingga dalam peluncuran kapalnya air dipompa masuk kedalam graving dock sampai kapal bisa terapung dengan sendirinya, kemudian pintu kedap dibuka dan kapal ditarik ke luar dari graving dock.

Dari ketiga cara peluncuran di atas diperlukan investasi yang tidak murah untuk membangun struktur sepatu luncur / cradle pada kasus peluncuran end dan side launching apalagi jika menggunakan floating dock dan graving dock, akan dibutuhkan investasi yang sangat mahal. Dari keterbatasan ini muncul teknologi inovasi yang praktis dan ekonomis untuk peluncuran kapal yang fleksibel, aman, dapat dipercaya, tidak banyak aset tertanam, tidak banyak

perawatan, yaitu menggunakan air bag 3). Sampai saat ini penelitian tentang

peluncuran kapal menggunakan air bag masih kurang, sehingga informasi ilmiah tentang hal tersebut sangat minim. Beberapa kendala yang ada dalam praktek lapangan antara lain kesulitan memprediksi perilaku kapal saat diluncurkan dengan air bag, kesulitan menginvestigasi kondisi-kondisi kritis peluncuran kapal serta belum tersedia petunjuk operasional keselamatannya.

Kelebihan penggunaan air bag berdasarkan hasil penelitian menyimpulkan bahwa didapat penurunan jam orang sekitar 41% dibandingkan slipway. Sedangkan biaya investasi lebih rendah 37% dibandingkan slipway. Dari hasil analisis jam orang, didapatkan hasil peningkatan produktivitas yang terjadi sebesar 69% dalam penggunaan air bag untuk kegiatan docking dan

undocking 4). Meskipun demikian, peluncuran kapal

dengan menggunakan air bag mempunyai potensi resiko yang besar pada kerusakan

kapal akibat kegagalan peluncuran kapal5). Salah satu contoh kegagalan peluncuran kapal dengan menggunakan air bag adalah meletusnya air bag dan meluncurnya kapal tanpa kontrol sehingga membuat kapal yang

diluncurkan terbalik6). Untuk mengurangi resiko kegagalan peluncuran tersebut

diperlukan adanya perhitungan dan analisis7). Peluncuran dengan menggunakan air

bag ini masih perlu pembuktian dan analisa

yang lebih dalam, terutama dalam hal keberhasilan dalam proses peluncuran dan keselamatan. Dengan mengganti struktur sepatu luncur yang menetap (fixed structure) ke air bag yang bergerak translasi dan rotasi (menggelinding), maka pergerakan air bag dan pergerakan dinamis bangunan laut yang diletakkan diatasnya akan lebih sulit untuk dikontrol. Banyak variabel dinamis yang perlu diketahui, dianalisa dan dipecahkan, sehingga proses peluncuran ini terbukti bisa dilaksanakan dengan sukses dan aman. Selama ini proses peluncuran dengan menggunakan air bag ini hanya didasarkan oleh pengalaman dan trial and error.

Analisa yang serius mengenai peluncuran menggunakan air bag menjadi sangat krusial terutama pada kondisi berikut: - Kapal yang diluncurkan mempunyai rasio

panjang dan lebar (L/B) yang kecil - Kondisi landasan luncur dan kondisi

perairan yang kurang ideal. Kapal yang akan diluncurkan adalah

struktur yang sangat mahal, sehingga pekerjaan peluncuran yang hanya berdasarkan pengalaman dan trial dan error harus diminimalkan, oleh karena itu analisa dan pengkajian yang lebih mendalam mengenai peluncuran kapal dengan menggunakan air bag mutlak harus dilakukan, sehingga resiko kegagalan juga

bisa ditekan seminim mungkin. Sebuah metode analisis tentang

peluncuran kapal menggunakan air bag

dilakukan oleh Volenyuk8) yang menyajikan perhitungan dan diagram peluncuran, baik untuk peluncuran menggunakan air bag maupun peluncuran tradisional, serta analisis komparatif untuk kedua metode peluncuran tersebut. Analisis menunjukkan bahwa selama peluncuran menggunakan air bag, float off dimulai lebih awal dibandingkan pada peluncuran tradisional.

Pendekatan yang lebih dapat diandalkan untuk memprediksi kinerja peluncuran kapal

diteliti oleh Fitriadhy9) dengan simulasi Computational Fluid Dynamic (CFD) untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat. Beberapa parameter seperti sudut dan panjang landasan luncur telah diperhitungkan dalam simulasi yang ditujukan untuk memberikan gambaran tentang pengaruhnya pada kinerja peluncuran melintang, terutama terhadap waktu tipping kapal. Simulasi komputasi mengungkapkan bahwa meningkatkan sudut landasan luncur dan menurunkan rasio d / L dapat menghasilkan waktu tipping yang lebih cepat.

Sebuah studi komparatif yang dilakukan

Rudan10) membandingkan berbagai metode


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 57

analitis perhitungan peluncuran kapal yang dibandingkan dengan pengukuran DGPS dan kamera video. Hasil analisis menunjukkan adanya perbedaan hasil perhitungan yang cukup signifikan terutama untuk estimasi posisi berhenti kapal yang selain disebabkan perbedaan metode perhitungan juga disebabkan ketidakpastian berkaitan dengan tahanan air.

Pada metode analitis matematis, peluncuran kapal menggunakan air bag merupakan masalah yang sangat kompleks, serta terdapat beberapa fenomena yang sulit dirumuskan secara matematis. Adanya ketidakpastian pada hasil perhitungan analitis menjadi latar belakang diperlukannya uji model peluncuran kapal menggunakan air bag. Melalui uji model dapat diperoleh gambaran tentang perilaku gerakan kapal ketika meluncur bersama air bag.

BAHAN DAN METODE

Pada penelitian ini, kapal yang dipelajari adalah sejenis kapal tanker dengan

spesifikasi ukuran utama kapal sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 1, dan lines plan pada Gambar 1.

Pengujian dilakukan dengan studi sensitivitas beberapa parameter yang berpengaruh pada peluncuran kapal. Uji model tersebut dianggap penting dalam rangka melengkapi kajian teknis sekaligus mengetahui fenomena gerakan kapal saat meluncur dengan air bag.

Tabel 1.

Ukuran utama kapal

Uraian Ukuran (m)

Loa (m) 89,78 Lpp (m) 85,50 B (m) 15,00 H (m) 7,00 T (m) 5,00

Gambar 1.

Lines plan kapal tanker

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (55-64)

58 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

Pembuatan Model Kapal

Gambar 2.

Model kapal Tanker

Untuk keperluan uji model kapal dilakukan pembuatan model uji yang merupakan representasi dari kapal yang akan diteliti. Model kapal dibuat dari bahan fiberglass dengan menggunakan skala 1:100 lihat Gambar 2.

Pembuatan Model Air bag

Bentuk dasar dari air bag adalah sebuah balon pneumatic yang berbentuk silinder (Gambar 3). Lapisan karet dari air bag ini dilapisi dengan penguat kawat sintetik seperti halnya ban mobil.

Lapisan karet bagian luar berfungsi melindungi lapisan kabel penguat dari abrasi dan gangguan eksternal lain. Senyawa ini memiliki kekuatan tarik dan sobekan yang cukup untuk menahan kondisi cuaca dan penggunaan ekstrim. Lapisan selanjutnya adalah lapisan sintetis dan kawat penguat, lapisan penguat ini terdiri dari kabel-ban sintetik yang umum dipakai pada ban karet modifikasi. Susunan kawat ini diatur pada sudut ideal untuk menahan tekanan internal dan mendistribusikan stressnya secara merata sehingga memberikan penguatan yang efisien. Pada bagian ujung air bag terdapat end fitting.

Gambar 3. Air bag

Standar spesifikasi air bag ship launching di pasaran: Diameter (D) : 0,8 - 2 m Panjang efektif (EL) : 6 – 18 m Panjang Total (TL) : 7 – 19,5 m Spesifikasi lain dapat dibuat sesuai dengan permintaan klien. Pada penelitian ini, air bag model dibuat mengikuti skala model kapal (1 : 100). Dengan pembuatan secara manual model air bag berbahan plastik dan foam maka tekanan permukaan dan dimensi dapat dibuat sedemikian rupa sehingga menyerupai air bag.

Gambar 4. Air bag model


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 59

Metode Uji

Pengujian peluncuran model dengan air bag yang dilakukan pada model kapal tanker dilakukan dengan berbagai variasi secara studi sensitivitas faktor yang berpengaruh pada peluncuran sehingga diketahui tingkat keselamatan pada peluncuran kapal serta mengetahui faktor yang berpengaruh pada peluncuran tersebut.

Untuk mengetahui tingkat keselamatan peluncuran kapal bisa diamati dari beberapa parameter berikut : a. Terjadinya benturan dasar kapal,

benturan pada bagian dasar kapal bisa terjadi karena peluncuran yang tidak direncanakan dengan baik. Benturan bisa terjadi antara bagian dasar kapal dengan landasan luncur atau dengan dasar air. Daerah yang berpeluang untuk terjadinya benturan adalah bagian ujung depan dan ujung belakang kapal. Di dalam uji model, terjadinya benturan bisa diamati secara visual atau dari evaluasi rekaman video.

b. Sudut pitch () maksimum, di dalam peluncuran kapal menggunakan air bag, salah satu tahapan yang perlu dicermati adalah ketika titik berat kapal melewati air bag paling depan yang masih menumpu kapal. Pada tahap tersebut terjadi percepatan gerakan rotasi yang menyebabkan kapal bergerak menukik ke bawah (pitch). Semakin lama gerakan rotasi semakin cepat sampai akhirnya gerakan tersebut dilawan oleh gaya apung dan gaya dinamik sehingga kapal mencapai kondisi seimbang. Besarnya

sudut pitch () maksimum adalah salah

satu parameter untuk mengetahui tingkat keselamatan peluncuran kapal. Semakin kecil sudut tersebut maka tingkat keselamatan peluncuran kapal adalah semakin baik.

c. Kedalaman maksimum dasar kapal (b) dan freeboard minimum (f), gerakan kapal meluncur merupakan kombinasi dari gerakan translasi vertikal dan horizontal serta gerakan rotasi. Kombinasi dari gerakan tersebut mengakibatkan ujung kapal menjadi bagian yang perlu mendapatkan perhatian keselamatannya. Dasar kapal pada bagian ujung merupakan salah satu bagian kapal yang berpeluang untuk terjadinya benturan dengan dasar air. Maka pengukuran kedalaman dasar kapal pada bagian ujung terhadap permukaan air (b) menjadi salah satu indikator tingkat keselamatan peluncuran kapal. Semakin kecil kedalaman (b) berarti tingkat keselamatan peluncuran adalah semakin baik Selain bagian dasar kapal, geladak kapal

di bagian ujung juga perlu di waspadai terutama apabila di bagian tersebut terdapat peralatan yang perlu dihindarkan dari air atau apabila di bagian tersebut banyak bukaan lubang yang memungkinkan air masuk ke lubang tersebut. Tingkat keselamatan untuk geladak ujung kapal bisa diukur dari jarak freeboard di daerah tersebut terhadap permukaan air (f). Semakin besar jarak tersebut mengindikasikan tingkat keselamatan yang lebih besar.

Gambar 5. Skema kapal meluncur dengan air bag

Pada peluncuran kapal, kondisi pada

nilai b maksimum adalah identik dengan kondisi pada f minimum. Oleh karena itu pada uji model dilakukan pengukuran pada 2 parameter saja yaitu sudut pitch maksimum

() dan freeboard minimum (f).

Metode Analisa Data Analisis pada uji peluncuran model kapal

dilakukan berdasarkan hasil rekaman video yang diambil dari arah samping model kapal. Analisis dilakukan pada setiap frame gambar dari data video untuk menentukan beberapa kondisi ekstrim berikut:

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (55-64)

60 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

a. Kondisi terjadinya benturan b. Kondisi pada sudut pitch maksimum c. Kondisi pada freeboard minimum

Pengaruh sudut peluncuran

Sudut peluncuran () yaitu sudut kemiringan landasan luncur terhadap bidang datar, merupakan salah satu faktor yang berpengaruh pada peluncuran kapal. Sudut

kemiringan yang lebih besar bisa mengurangi gaya gesek dan memperbesar percepatan gerakan luncur pada kapal yang memudahkan kapal meluncur ke air. Namun kecepatan luncur yang tidak terkontrol dikhawatirkan bisa membahayakan keselamatan struktur bangunan kapal. Uji model merupakan salah satu metode untuk mengetahui keamanan peluncuran kapal.

Gambar 6.

Skema sudut peluncuran kapal


Uji peluncuran model kapal dengan arah mundur dilakukan pada beberapa variasi sudut kemiringan dan hasilnya ditampilkan pada Gambar 7 dan 8.

Penentuan besarnya sudut peluncuran berdasarkan pada ketentuan sudut minimum dari persyaratan agar kapal dapat meluncur

dengan gaya beratnya sendiri4), yaitu :

Tgα > fs; Tgα > 0,04; α > 2,29 (1)

Dari persyaratan tersebut diperoleh nilai sudut minimum 2,29º sehingga untuk batas bawah sudut minimum diambil nilai 3º. Untuk nilai sudut terbesar menggunakan ketentuan

Tga = 1 / 1,1.B (lebar kapal) (2)

Dari ketentuan tersebut, didapat nilai 5,01º sehingga untuk sudut terbesar diambil nilai 5º.

Dari hasil uji model menunjukkan bahwa pengaruh sudut landasan luncur tidak terlalu berpengaruh secara signifikan pada gerakan luncur kapal. Pada beberapa variasi sudut tersebut gerakan luncur kapal menunjukkan pola gerakan yang hampir sama dan mempunyai sudut pitch maksimum yang hampir sama yaitu di sekitar nilai 6,2º dan mencapai freeboard minimum di daerah buritan yang hampir sama pula yaitu di sekitar nilai 4,5 m.

Gambar 7. Sudut pitch maksimum pada beberapa sudut peluncuran

Gambar 8. Freeboard minimum pada

beberapa sudut peluncuran.


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 61

Pengaruh jarak memanjang kapal ke air

Jarak kapal ke air merupakan salah satu faktor yang perlu dipertimbangkan pada peluncuran kapal. Pada gerakan meluncur bebas, semakin jauh benda bergerak maka kecepatan luncur akan semakin besar. Selain itu peluncuran yang dilakukan pada jarak yang berbeda menyebabkan awal mulainya gerakan rotasi (pitch) terjadi pada posisi yang berbeda pula. Pada jarak yang

terlalu jauh dikhawatirkan ujung bawah kapal membentur landasan luncur sebelum kapal menyentuh air, atau ujung kapal membentur dasar air sebelum kapal mendapatkan gaya apung dan gaya hidrodinamik yang cukup untuk mengembalikan kapal ke posisi seimbang.

Pada uji model untuk peluncuran kapal menggunakan air bag dilakukan pada beberapa variasi jarak kapal terhadap air (x). Jarak kapal diukur dari ujung kapal ke tepi air

.

Gambar 8.

Skema jarak kapal ke air

Hasil uji peluncuran kapal dengan arah mundur pada beberapa variasi jarak kapal untuk model kapal tanker ditampilkan pada Gambar 9 dan 10.

Uji peluncuran pada beberapa variasi jarak kapal ke air untuk kapal tanker menunjukkan perbedaan nilai yang tidak terlalu signifikan untuk sudut pitch maksimum, sedangkan untuk freeboard minimum menunjukkan kecenderungan semakin berkurangnya freeboard minimum dengan semakin bertambahnya jarak kapal ke air.

Gambar 9. Sudut pitch maksimum pada beberapa

variasi jarak peluncuran

Gambar 10. Freeboard minimum pada

beberapa variasi jarak peluncuran

Pengaruh posisi titik berat kapal (LCG)


variasi titik berat kapal

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (55-64)

62 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

Gambar 12. Freeboard minimum pada beberapa variasi

titik berat kapal

Titik berat kapal diukur terhadap tengah

kapal. Lcg positif ke arah depan kapal dan Lcg negatif ke arah belakang kapal. Pada uji peluncuran untuk mengetahui pengaruh posisi titik berat kapal dengan jalan menggeser pemberat ke arah depan atau ke belakang dari tengah kapal. Hasil uji peluncuran untuk kapal tanker ditampilkan pada Gambar 11 dan Gambar 12 .

Hasil uji peluncuran model kapal pada beberapa variasi titik berat kapal menunjukkan kecenderungan yang sama baik untuk kapal tanker. Semakin ke depan titik berat kapal atau semakin menjauhi air maka semakin kecil sudut pitch maksimum dan semakin besar freeboard minimum. Fenomena tersebut terjadi karena semakin dekat titik berat kapal ke arah air maka semakin cepat titik tersebut terlewati oleh air bag yang berada paling depan (yang paling dekat ke arah air). Dengan demikian gerakan rotasi kapal (pitch) terjadi lebih awal.

Pengaruh tinggi ujung landasan luncur ke

permukaan air

Di dalam peluncuran kapal, kondisi

landasan luncur tidak selamanya ideal. Ada kalanya ujung landasan tidak langsung menerus ke dalam air melainkan berubah secara bertahap mengikuti kontur kedalaman air atau bahkan bisa juga ujung landasan luncur terputus pada ketinggian tertentu di atas permukaan air seperti pada gambar 13.

Gambar 13.

Skema tinggi landasan luncur ke air Hasil uji peluncuran untuk kapal tanker dengan arah mundur pada beberapa variasi tinggi (h) ditampilkan pada Gambar 14 dan 15.


variasi tinggi landasan peluncuran

Gambar 15. Freeboard minimum pada beberapa variasi

tinggi landasan peluncuran


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 63

Semakin tinggi jarak ujung landasan ke permukaan air menyebabkan sudut trim dan gerak rotasi kapal yang lebih besar sebelum kapal mendapatkan gaya perlawanan dari air. Selain itu ketika titik berat kapal melewati ujung landasan luncur maka muncul percepatan gerakan kapal dalam arah vertikal.

Seperti pada hasil percobaan di atas terlihat bahwa dengan semakin bertambahnya jarak ujung landasan luncur ke permukaan air menyebabkan sudut pitch maksimum yang lebih besar dan tinggi freeboard minimum yang semakin kecil.

SIMPULAN

Dari hasil uji peluncuran model kapal Tanker 100 m ini dapat disimpulkan bahwa uji model adalah metode yang tepat untuk mengetahui karakteristik gerakan meluncur kapal serta untuk mengetahui tingkat keselamatan peluncuran kapal. Sudut peluncuran tidak berpengaruh secara signifikan pada peluncuran kapal. Bertambahnya jarak memanjang kapal ke air menyebabkan berkurangnya freeboard minimum, tetapi tidak berpengaruh signifikan terhadap sudut pitch maksimum. Letak titik berat kapal (LCG) berpengaruh besar terhadap karakter gerakan meluncur kapal. Letak titik berat yang semakin menjauh dari air akan memperkecil sudut pitch maksimum dan memperbesar freeboard minimum. Kapal lebih aman diluncurkan pada landasan luncur yang menerus ke dalam air. Peluncuran kapal pada landasan luncur yang tidak menerus tetapi berhenti pada ketinggian tertentu terhadap permukaan air, semakin tinggi jarak tersebut semakin berbahaya bagi keselamatan kapal. Peluncuran kapal dalam arah mundur adalah lebih aman karena bentuk belakang kapal tumpul menyebabkan gaya hambatan air yang lebih besar untuk meredam gerakan kapal .

Hasil kajian tentang peluncuran kapal menggunakan airbag pada kapal tanker di atas bisa saja berbeda untuk tipe-tipe kapal yang lain. Kajian yang lebih luas perlu dilakukan melalui uji model untuk berbagai tipe kapal yang lain.

UCAPAN TERIMA KASIH

Kementrian Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi (Ristekdikti) yang telah mendanai penelitian ini melalui skema insentif Peningkatan Kemampuan Penelitian Perekyasa (PKPP) tahun anggaran 2012.

DAFTAR PUSTAKA 1. Ozkok, M., and Cebi, S., A fuzzy based

assessment method for comparison of

ship launching methods, Journal of Intelligent & Fuzzy Systems, vol. 26, no. 2, p.781-791, 2014.

2. Rawson, K. J., and Tupper, E. C, Basic Ship Theory, Volume I Chapter 8, Fifth edition, Butterworth-Heinemann, 2001.

3. Qingdao Evergreen Maritime Co., Ltd, Evergreen Marine Air bags for Ship Launching and Landing, http://www.evergreen-maritime.com/products/Ship-Launching-Air bags-en3.html, diakses Desember 2018.

4. Haryani, A.O., dan Pribadi, T.W., Analisis Teknis dan Ekonomis Air bag System Untuk Meningkatkan Produktivitas Reparasi Kapal (Studi Kasus : PT. Adiluhung), Jurnal Teknik POMITS Vol. 2, No. 1 2013.

5. Wisnawa, T.S., Pribadi, T.W., dan Baihaqi, I., Analisis Risiko Terjadinya Kerusakan Kapal Pada Proses Penurunan Dengan Metode Air bag, Jurnal Teknik ITS Vol. 6, No.1 2017.

6. Al-Fian, M. F., Riantini, R., dan Subekti, A., Identifikasi Bahaya Proses Launching Kapal Menggunakan Sistem Marine Air bag Ship Pada Slipway Area Galangan Kapal PT Daya Radar Utama Unit Lamongan, Proceeding 1st

Proceeding Conference on Safety Engineering and Its Apllication Vol. 1 Book 2 2 September 2017.

7. Ariany, Z., Analisa Perhitungan Ballast Pada Peluncuran Menyamping (Side Launching) Kapal Sungai 200 GT Di PT DKB (Persero) Cabang Semarang, Gema Teknologi Vol. 19 No. 4 Periode Oktober 2017 – April 2018.

8. Volenyuk, L.S. and Rashkovskyi, A.S., Ship stability analysis during launching from longitudinal sloping slipway by pneumatic air bags, Journal International Shipbuilding Progress, Vol. 64, no 1-2, p.41-50, 2017.

9. Fitriadhy, A., and Malek, A.M.A., Computational Fluid dynamics Analysis of a Ship’s Side Launcing In Restricted Water, Journal of Mechanical Engineering and Sciencies Vol. 11, Issue 4, p.2993-3003, December 2017.

10. Rudan S., J. Urem and Zaninovic, A., Comparison of Ship Launching Evaluation methods, XX Symposium SORTA, 2012.

https://content.iospress.com/journals/journal-of-intelligent-and-fuzzy-systems

https://content.iospress.com/journals/journal-of-intelligent-and-fuzzy-systems

http://www.evergreen-maritime.com/products/Ship-Launching-Airbags-en3.html



M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (55-64)

64 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

11. Sitepu, G., Hamzah dan Firu, L.O.A.R., Kajian Penggunaan Fasilitas Dok Sistem Air bags Di PT DOK dan PERKAPALAN KODJA BAHARI Galangan II, Jakarta, Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan Vol. 10, Nomor 2, Juli – Desember 2012.

12. Putra, I.D., Suwasono, B., dan Munazid, A., Penggunaan Rolling Air bag Slipway Pada Peluncuran Memanjang Periode I, Jurnal Sain dan Teknologi Vol. 9, No. 1 Februari 2011.

13. Tinandri, R.Q., Wahidin, A., dan Imron, A., Analisis Desain Layout Air bags Pada Peluncuran kapal Tanker 17500 LTDW Di PT Daya Radar Utama Unit Lamongan, Conference on Design and Manufacture and Its Aplication Vol. 1, No. 1 2017.

SSiimmuullaassii BBeebbaann JJaallaann DDaann TTrraakkssii RRooddaa PPaaddaa PPeemmiilliihhaann RRoolllliinngg CChhaassssiiss 44WWDD uunnttuukk KKeennddaarraaaann WWaatteerr CCaannnnoonn

((PPrraasseettyyaanniinngg DDiiaahh RRiizzkkyy LLeessttaarrii,, AAgguuss SSaarrttoommoo && TTaauuffiikk YYuuwwoonnoo))

______________________________________________________________________________

P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 65

SIMULASI BEBAN JALAN DAN TRAKSI RODA PADA PEMILIHAN

ROLLING CHASSIS 4WD UNTUK KENDARAAN WATER CANNON

ROAD LOAD AND WHEEL TRACTION SIMULATION OF 4WD ROLLING CHASSIS SELECTION FOR WATER CANNON VEHICLE

Prasetyaning Diah Rizky Lestaria, Agus Sartomoa, Taufik Yuwonoa

a Balai Teknologi Termodinamika, Motor dan Propulsi - BPPT, Gedung 230, Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang Selatan, 15314.

e-mail : [email protected], [email protected], [email protected]

Abstrak Tingkat kandungan dalam negeri (TKDN) pada kendaraan taktis

Water Cannon (WCV) milik Polri yang rendah mendorong adanya kajian yang mengarah pada peningkatan nilai TKDN. Salah satu penguasaan teknologi dalam pengembangan kendaraan taktis yaitu dengan memilih beberapa komponen tertentu dari kendaraan yang mempunyai daya ungkit tinggi dalam meningkatkan TKDN hingga mencapai 25% atau lebih. Dalam kajian ini komponen yang dipilih yaitu berupa rolling chassis kendaraan. Sesuai dengan spesifikasi kendaraan WCV Tactica milik Polri maka pada kajian ini dipilih WCV 4WD dengan tujuan kendaraan dapat digunakan di medan jalan tanah dan lincah dalam bermanuver. Rolling chassis akan dipilih berdasarkan hasil simulasi performanya berdasarkan beban jalan kendaraan dan traksi roda yang dihasilkan. Simulasi perhitungan dilakukan dengan menggunakan 3 macam merek rolling chassis 4WD yaitu A, B dan C yang tersedia di pasaran lokal Indonesia. Tinjauan utama dalam membandingkan 3 merek rolling chassis ini adalah kemampuan tanjaknya serta kecepatan yang dapat dicapai pada kemampuan tanjak tersebut. Dari hasil kajian disimpulkan bahwa secara keseluruhan desain kendaraan WCV dengan menggunakan rolling chassis merek B lebih layak digunakan. Dengan rolling chassis merek B, kendaraan WCV dapat melalui tanjakan hingga 30˚ dengan kecepatan maksimal 9 km/jam. Simulasi beban jalan kendaraan dan traksi roda ini dapat digunakan sebagai salah satu metode acuan pemilihan rolling chassis untuk kendaraan WCV. Kata kunci : Traksi, Beban Jalan Kendaraan, Rolling Chassis, Water Cannon Vehicle

Abstract The low level of domestic content (TKDN) in the Water Cannon Vehicle (WCV) owned by Indonesian Police (Polri) encourages a study that leads to an increase in the value of TKDN. One of the mastery of technology in the development of tactical vehicles is by selecting some particular components of vehicle that have high leverage in increasing TKDN up to 25% or more. In this study, the selected component is in the form of vehicle rolling chassis. In accordance with the specification of WCV Tactica vehicle owned by Polri, 4WD WCV is selected in this study, considering this vehicle can be used on the ground and nimble in maneuvering. Final rolling chassis will be selected based on its performance simulation result based on the vehicle's road loads and wheel traction. Simulation is done by using 3 types of 4WD rolling chassis brand i.e. brand A, B and C which are available in Indonesia local market. The review points in comparing these 3 brands of rolling chassis are its climbing capability and the speed that can be achieved in that climbing


M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (65-74)

66 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

capability. From the results of the study concluded that the overall design of WCV using rolling chassis brand B is more feasible to use. By using rolling chassis brand B, WCV can climb up to 30˚ with a maximum speed of 9 km/h. The simulation of road loads and wheel traction can be used as one of the reference methods for selecting rolling chassis for WCV. Keywords: Traction, Road Load, Rolling Chassis, Water Cannon Vehicle Diterima (received ) : 17 Januari 2019 , Direvisi (revised ) : 28 Februari 2019 Disetujui (accepted) : 08 Maret 2019

PENDAHULUAN

Program Pembangunan di bidang Pertahanan dan Keamanan Nasional merupakan salah satu prioritas Pemerintah dalam menjamin keamanan dan kedaulatan negara. Dalam pembangunan kekuatan Alat dan Peralatan Pertahanan dan Keamanan (Alpalhankam, termasuk Alutsista-TNI dan Almatsus-Polri), salah satu strategi untuk memenuhinya adalah dengan meningkatkan peran industri pertahanan dan keamanan dalam negeri. Oleh karena itu, pemberdayaan industri pertahanan dan keamanan dalam negeri terus perlu diupayakan untuk mencapai kemandirian pemenuhan Alutsista-TNI dan Almatsus-

Polri1). Kendaraan taktis kepolisian adalah

kendaraan yang digunakan untuk mendukung kelancaran dan keamanan personil kepolisian dalam menjalankan tugas dalam menjaga keamanan dan ketertiban masyarakat. Salah satunya adalah kendaraan Water Cannon (WCV). WCV merupakan perangkat/ kendaraan yang dapat menembakkan aliran air dengan kecepatan sangat tinggi. Biasanya air yang ditembakkan dalam volume besar dan bahkan dengan jarak lebih dari puluhan meter dengan tujuan untuk mengendalikan massa. Dengan tujuan tersebut, maka kendaraan taktis WCV haruslah memiliki kemampuan yang dibutuhkan dalam pengoperasiannya di lapangan.

Saat ini kendaraan taktis WCV milik Polri mempunyai tingkat kandungan dalam negeri (TKDN) sebesar 0%, karena seluruhnya masih impor dari luar negeri, salah satunya

dari Korea2). Sedangkan kebutuhan Polri akan kendaraan taktis WCV ini sebanyak 388

unit hingga tahun 20193). Untuk itu diperlukan suatu kajian yang mengarah pada peningkatan nilai TKDN khususnya kendaraan taktis WCV. Penguasaan teknologi dalam pengembangan kendaraan taktis yaitu dengan memilih beberapa komponen dari kendaraan tertentu yang mempunyai daya ungkit tinggi dalam

meningkatkan TKDN hingga mencapai 25% atau lebih. Dalam kajian ini komponen yang diambil yaitu berupa rolling chassis kendaraan.

Kajian ini merupakan bagian dari program BPPT dalam bidang teknologi Rancang Bangun Kendaraan WCV. Hasil kegiatan ini akan digunakan sebagai acuan atau basic design untuk rancang bangun produk kendaraan taktis WCV untuk kebutuhan Polri khususnya untuk rolling chassis.

Data Spesifikasi Kendaraan Taktis WCV

Milik Polri

Data spesifikasi kendaraan taktis WCV milik Polri diperoleh melalui survei lapangan dengan mengunjungi Polda Metro Jaya, Mako Brimob dan Polda Jabar. Dari survei ini diperoleh bahwa Polri telah memiliki beberapa tipe dan merek kendaraan WCV

seperti terangkum dalam Tabel 1.

Tabel 1. Spesifikasi WCV yang dimiliki Polri

Item Tactica Daeji Daewoo P×L×T (mm)

5020×2045

×2320

8155×2490

×2915

6050×2445

×3675

Kapasitas tangki air

(Lt)

4000 6500 6500

Wheel Drive

4×4 4×2 4×2

Jumlah roda

4 6 6

Mesin Perkins Phaser 180 Ti

Doosan DE12TIS

Doosan DE08TIS

Daya Maks.

(kW/RPM)

134 kW/2600

265 kW/2100

176 kW/2300

Torsi Maks.

(N.m/RPM)

618/1400-1600

1421/1260 882/1200

Konfigurasi

Kabin- tangki-pompa

Kabin – tangki – pompa

Kabin-pompa-tangki

Sumber Data : Hasil Survei Lapangan



______________________________________________________________________________

P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 67

Gambar 1. Kendaraan Tactica Water Cannon Milik

BRIMOB

Gambar 2. Kendaraan Daeji Water Cannon Milik

BRIMOB

Gambar 3. Kendaraan Daewoo Water Cannon Milik

POLDA JAWA BARAT

METODOLOGI

Dalam penentuan rolling chassis yang perlu dilakukan adalah penyusunan filosofi rancang bangun kendaraan taktis WCV khususnya pada sistem penggeraknya. Berikut adalah metodologi yang digunakan pada kajian ini.

Eksplorasi Kandidat Rolling Chassis 4WD

di pasaran Indonesia

WCV 4WD merupakan kendaraan taktis yang didesain untuk dapat digunakan di medan jalan tanah dan lincah bermanuver di kondisi jalan yang sempit. Oleh karena itu, sesuai dengan spesifikasi kendaraan WCV Tactica milik Polri maka pada kajian ini dipilih WCV 4WD dengan tujuan agar kendaraan dapat digunakan di medan jalan tanah dan juga lincah dalam bermanuver. Untuk dapat

memenuhi kebutuhan tersebut maka dilakukan eksplorasi kandidat rolling chassis 4WD yang tersedia di pasaran Indonesia. Dari rolling chassis 4WD yang tersedia di pasaran Indonesia, dipilih 3 kandidat rolling chassis yaitu merek A, B dan C dengan

spesifikasi pada Tabel 2.

Tabel 2. Perbandingan Spesifikasi Rolling Chassis

Item Merek A Merek B Merek C P×L×T (mm)

5905×1920 ×2120

5985×2040 ×2455

6026×1884 ×2362

Wheelbase (mm)

3360 3365 3380

Berat kosong

(kg)

2730 2910 2875

GVW (kg) 8250 6000 7500 Nomor seri

mesin 4HG1-T 4HK1-TCN W04D-TR

Stroke volume (Lt)

4,57 5,193 4,009

Daya Maks. (PS/RPM)

91@2900 110@2600 95@2700

Torsi Maks. (kg.m/RPM)

343@1200-2200

401@1500-2600

372@1800

Nomor seri transmisi

MYY5T MYY5T M550

Gear ratio 1 5,315 5,315 4,981 2 3,053 3,053 2,911 3 1,655 1,655 1,556 4 1 1 1 5 0,721 0,721 0,738

Rev 5,068 5,068 4,625 Final gear

ratio 6,5 5,125 5,833

Transfer case

High (4×2) 1,1 1 1 Low (4×4) 2,2 1,842 2,2

Ukuran ban 7.50-16-14PR

7.50-16R-10L

205/70R17,5

Kapasitas tangki (Lt)

100 100 100

Radius putar (m)

6,9 7,1 6,7

Daya tanjakan

(tan θ atau %)

33 30 56

Sumber Data : Berbagai Manual Spesifikasi Engine

Klasifikasi dan Perhitungan Berbagai

Macam Beban Jalan pada WCV

Dalam penyusunan rancang bangun kendaraan taktis WCV dalam hal sistem penggerak (rolling chassis) maka perlu dilakukan klasifikasi terkait berbagai jenis beban jalan pada kendaraan. Pada kendaraan yang akan bergerak, daya mesin digunakan untuk mengatasi running

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (65-74)

68 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

resistence (beban jalan) yang dialami kendaraan. Dari perhitungan beban jalan ini, dapat diketahui kemampuan mesin pada WCV untuk menjadikannya bergerak.

Jenis-jenis beban jalan yang dialami pada kendaraan WCV diilustrasikan dalam gambar berikut.

Gambar 4.

Beban Jalan pada Kendaraan Keterangan: G : Berat kendaraan

Beban Rolling (FRo) Beban rolling memberikan gaya tahanan

pada kendaraan untuk memperlambat gerak kendaraan. Gaya rolling ini merupakan penjumlahan dari komponen-komponen kendaraan yang berotasi. Secara umum, beban rolling ini dihitung dengan persamaan:

Keterangan: FRo : Beban rolling (N) F : Koefisien beban rolling (nilai

besaran ini ditunjukkan Tabel 3.) m : Massa kendaraan (kg) g : Konstanta gravitasi (m/s2)

Tabel 3.

Koefisien Beban Jalan

Permukaan

Jalan

Koefisien

beban rolling

Jalan paving besar

0,015

Jalan paving kecil

0,015

Beton, aspal 0,013 Jalan batu 0,025 Makadam 0,02

Jalan tanah 0,025 Jalan berumput 0,1 – 0,35

Sumber Data : Mashadi dan Crolla (2012)4)

Nilai koefisien f adalah nilai yang ditentukan banyak parameter. Nilai empiris dari koefisien beban jalan pada kondisi jalan yang berbeda-beda ditunjukkan pada Tabel 3. Pada kasus ini dipilih jalan berupa jalan tanah dengan f = 0,025.

Beban Aerodinamis (FL) Beban aerodinamis pada kendaraan

timbul karena adanya gaya yang bekerja dari udara sekitar kendaraan yang bergerak. Beban aerodinamis ini bekerja pada kendaraan dan menyebabkan drag, lift (atau download), gaya lateral, momen dalam bentuk rolling, pitching, dan yawing, serta dapat menimbulkan noise.

Gambar 5. Gaya dan momen aerodinamis yang

bekerja pada kendaraan

Dalam bahasan ini, karena elemen utama yang bekerja adalah searah dengan arah gerak kendaraan, maka yang akan dihitung dalam bahasan disini adalah gaya longitudinal saja. Beban aerodinamis karena drag dihitung dengan persamaan:

Keterangan: FL : Beban aerodinamis (N) ρ : Densitas udara (kg/m3) CD : Koefisien tahanan udara A : Luasan frontal kendaraan (m2) v : Kecepatan kendaraan (km/jam)

Tabel 4. menunjukkan nilai CD untuk persamaan di atas, pada berbagai bentuk kendaraan. Pada kasus ini diasumsikan nilai CD yaitu 0,7.



______________________________________________________________________________

P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 69

Tabel 4. Referensi Koefisien Tahanan Udara CD

Vehicle CD

Motorcycle with rider 0,5 – 0,7 Open convertible 0,5 – 0,7

Limousine 0,22 – 0,4 Coach 0,4 – 0,8

Truck without trailer 0,45 – 0,8 Truck with trailer 0,55 – 1,0

Articulated vehicle 0,5 – 0,9

Sumber Data : M. Ehsani (2005)5)

Beban Tanjakan (FSt) Beban tanjakan merupakan gaya

gravitasi yang bekerja dengan kemiringan tertentu sebesar θ dengan arah berlawanan terhadap gerakan kendaraan naik atau turun dari kendaraan. Berikut adalah ilustrasi dari beban tanjakan yang terjadi pada kendaraan yang melaju pada jalan dengan kemiringan tertentu. Beban tanjakan ditunjukkan oleh gaya dengan besaran W Sin (θ) dimana θ merupakan besarnya sudut tanjakan yang dialami oleh kendaraan.

Gambar 6.

Beban Tanjakan

Dari ilustrasi di atas diperoleh bahwa perhitungan beban tanjakan dengan kemiringan terhadap bidang horizontal sebesar θ adalah:

Keterangan: FSt : Beban tanjakan (N) m : Massa kendaraan (kg) g : Konstanta gravitasi (m/s2)

𝜃 : Sudut tanjakan (°) Tanda postif atau negatif dari beban

tanjakan hanya merupakan penanda apakah gaya bekerja pada kondisi tanjakan atau turunan.

Total Beban Kendaraan (FRo+FL+FSt) Total beban yang dialami kendaraan

merupakan resultan dari ketiga gaya yaitu beban rolling, beban aerodinamis dan beban

tanjakan4,6). Perhatikan Gambar 5., total beban kendaraan merupakan penjumlahan dari FRo, FL dan FSt.

Perhitungan Traksi Roda pada Kendaraan

Taktis WCV

Setiap kendaraan beroda harus mengelola perpindahan daya dari mesin ke bodi kendaraan. Untuk mencapai ini, perangkat yang digunakan yaitu mulai dari mesin di seluruh kopling, gearbox, dan juga roda. Untuk mencapai kecepatan kendaraan maksimum yang tinggi, dengan kombinasi akselerasi yang baik pada seluruh rentang kecepatan, maka diperlukan sistem gearing, yang memungkinkan mesin beroperasi pada kecepatan yang sesuai dengan performa

terbaiknya7). Untuk memvisualisasikan proses ini dan

untuk memperkirakan rasio roda gigi apa yang dibutuhkan, maka plot dari kecepatan kendaraan terhadap traksi dapat digunakan. Untuk menghitung traksi kendaraan terlebih dahulu dilakukan perhitungan kecepatan. Kecepatan kendaraan dapat dihitung

berdasarkan rumus berikut4):

𝑣 (𝑘𝑚/𝑗𝑎𝑚) =𝜔 × 2 × 𝜋 × 𝑟𝑊 × 60

𝑛𝑔 × 𝑛𝑓 × 1000

…(4)

dimana: v : Kecepatan kendaraan (km/jam)

𝜔 : Kecepatan putaran mesin (rpm) rw : Radius roda (m) ng : Gear ratio nf : Wheel axle ratio

Rumus di atas telah disesuaikan dengan satuan yang diharapkan dimana wheel axle ratio adalah data final gear ratio. Selanjutnya traksi roda di masing-masing gear dapat

dihitung berdasarkan rumus berikut4):

𝑇𝑊 =𝑛𝑔 × 𝑛𝑓 × 𝑇𝑒 × 𝜂𝑑

𝑟𝑊 ...(5)

dimana: Tw : Kecepatan kendaraan (km/jam) rw : Radius roda (m) ng : Gear ratio nf : Wheel axle ratio TE : Torsi engine (N.m) ηd : Efisiensi powertrain


Simulasi performa WCV dengan rolling chassis merek A, merek B dan merek C dilakukan dengan asumsi sebagai berikut:

• Berat kendaraan dalam keadaan kapasitas maksimum (GVW) kendaraan tersebut

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (65-74)

70 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

• Efisiensi powertrain adalah 80%. Nilai ini diambil berdasarkan hasil studi

Piechottka, et al, 20188). • Kontak roda – jalan tidak mengalami

slip

Simulasi Performa WCV dengan Rollling

Chassis Merek A

(a)

(b)

Gambar 7. Performa WCV dengan rolling chassis merek A

Performa rolling chassis merek A dilakukan dengan menganalisa performa engine yang diperoleh dari data atau kurva torsi engine 4HG1-T. Namun data engine 4HG1-T ini tidak diperoleh dalam bentuk kurva torsi. Oleh karena itu, analisa dilakukan dalam bentuk perhitungan dari spesifikasi torsi maksimum dan daya maksimum yang dihasilkan mesin dari spesifikasi rolling chassis. Diketahui bahwa torsi maksimum untuk engine 4HG1-T yaitu 343 Nm pada putaran 1200-2200 RPM (lihat Tabel 2). Pada rentang ini kemudian dihitung kecepatan kendaraan menggunakan formula (4). Gambar berikut menunjukkan performa WCV dengan rolling chassis merek A pada

penggunaan transfer case dengan posisi hi-mode dan low-mode.

Peforma WCV dapat diinterpretasikan dari grafik dimana jika traksi yang dihasilkan di masing-masing gear berada di atas total beban yang dialami kendaraan pada tanjakan/ inklinasi tertentu artinya tanjakan tersebut dapat dilewati dengan penggunaan gear yang dimaksud. Pada hi-mode, performa WCV dengan rolling chassis merek A dari gambar 7(a) menunjukkan kemampuan untuk mendaki pada tanjakan lebih dari 8˚ dengan gear 1 atau 2 dengan kecepatan hingga 18,8 km/jam jika menggunakan gear 2. Namun WCV desain ini tidak mampu menanjak pada kemiringan lebih dari 20˚, ditunjukkan dengan nilai traksi yang kurang dari beban jalan kendaraan pada tanjakan lebih dari 20˚. Pada penggunaan di jalan datar, kendaraan WCV desain memiliki kecepatan maksimum sebesar 79,5 km/jam. Dari pengoperasian dengan hi-mode menghasilkan traksi maksimum 25,05 kN.

Pada low-mode (gambar 7(b)) diketahui kemampuan untuk mendaki dapat mencapai tanjakan lebih dari 30˚ dengan kecepatan hingga 5,4 km/jam (gear 1). Traksi maksimum yang dihasilkan dari pengoperasian ini adalah 50,09 kN. Pada penggunaan di jalan datar, kendaraan WCV desain dengan setting ini memiliki kecepatan maksimum sebesar 39,7 km/jam. Pengoperasian low-mode ini memungkinkan kendaraan untuk dioperasikan dengan gear 2 untuk melalui tanjakan dengan kemiringan lebih dari 20˚ dengan kecepatan maksimum sebesar 8 km/jam dan gear 3 untuk tanjakan 8˚ dengan kecepatan maksimum sebesar 17,3 km/jam.


Chassis Merek B

Gambar 8.

Kurva Performa Engine 4HK1-TCN



______________________________________________________________________________

P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 71

Spesifikasi performa engine 4HK1-TCN yang digunakan pada rolling chassis merek B ditunjukkan dalam gambar berikut.

Hasil simulasi performa rolling chassis merek B berdasarkan kurva performa engine di atas adalah sebagai berikut.

(a)

(b)

Gambar 9. Performa WCV dengan rolling chassis merek B

Pada hi-mode, performa WCV dengan rolling chassis merek B di atas menunjukkan kemampuan untuk mendaki pada tanjakan 20˚ dengan kecepatan antara 8,4 hingga 14,5 km/jam. Hal ini ditunjukkan dengan nilai traksi kendaraan yang sedikit melebihi beban jalan kendaraan pada tanjakan 20˚. Pada penggunaan di jalan datar, kendaraan WCV desain memiliki kecepatan maksimum sebesar 95 km/jam. Grafik di atas juga menunjukkan bahwa WCV desain dapat digunakan untuk melalui tanjakan 8˚ dengan kecepatan maksimum 26,2 km/jam pada pengoperasian gear 2. Traksi maksimum yang dihasilkan pada pengoperasian ini adalah sebesar 21,73 kN.

Sedangkan pada penggunaan dengan low-mode menunjukkan kemampuannya untuk digunakan pada tanjakan dengan lebih dari 30˚ dengan kecepatan hingga 8,2 km/jam menggunakan gear 1. Hal ini ditunjukkan dengan nilai traksi yang lebih tinggi dari beban jalan kendaraan pada tanjakan 30˚. Penggunaan low-mode pada WCV desain menghasilkan kecepatan maksimum sebesar 60,2 km/jam (gear 5). Grafik di atas menunjukkan penggunaan WCV desain dengan gear 2 pada low-mode dapat digunakan pada tanjakan 20˚ dengan kecepatan maksimum 14,2 km/jam. Pengoperasian dengan gear 3 dapat digunakan untuk tanjakan 8˚ dengan kecepatan maksimum sebesar 26,2 km/jam. Traksi maksimum yang dihasilkan pada pengoperasian ini adalah sebesar 40,01 kN.


Chassis Merek C

(a)

(b)

Gambar 10. Performa WCV dengan rolling chassis merek C

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (65-74)

72 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

Sama halnya dengan engine 4HG1-T untuk merek A, rolling chassis merek C menggunakan engine W04D-TR yang data kurva torsinya tidak tersedia. Sehingga analisa performa engine dilakukan dalam bentuk perhitungan dari spesifikasi torsi maksimum dan daya maksimum yang dihasilkan mesin dari spesifikasi rolling chassis. Gambar berikut menunjukkan performa WCV dengan rolling chassis merek C pada penggunaan transfer case dengan

posisi hi-mode dan low-mode. Grafik traksi dan beban jalan WCV

dengan rolling chassis merek C pada penggunaan transfer case dengan hi-mode menunjukkan kemampuan untuk mendaki pada tanjakan lebih dari 8˚ dengan kecepatan sekitar 14,1 km/jam dengan gear 1. Hal ini ditunjukkan dengan nilai traksi kendaraan melebihi beban jalan kendaraan pada tanjakan 8˚. Pada penggunaan di jalan datar, kendaraan WCV desain memiliki kecepatan maksimum sebesar 90 km/jam. Grafik di atas juga menunjukkan bahwa WCV desain dapat digunakan untuk melalui tanjakan 8˚ dengan kecepatan maksimum sekitar 19 km/jam pada pengoperasian gear 2. Traksi maksimum yang dihasilkan pada pengoperasian ini adalah sebesar 21,51 kN.

Sedangkan pada penggunaan dengan low-mode menunjukkan kemampuannya untuk digunakan pada tanjakan dengan lebih dari 30˚ dengan kecepatan hingga 6,4 km/jam dengan gear 1. Hal ini ditunjukkan dengan nilai traksi yang lebih tinggi dari beban jalan kendaraan pada tanjakan 30˚. Penggunaan low-mode pada WCV desain menghasilkan kecepatan maksimum sebesar 43,3 km/jam. Grafik di atas menunjukkan penggunaan WCV desain dengan gear 2 pada low-mode dapat digunakan pada tanjakan 20˚ dengan kecepatan maksimum sekitar 8 km/jam. Pengoperasian dengan gear 3 dapat digunakan untuk tanjakan 8˚ dengan kecepatan maksimum sebesar 20,5 km/jam. Traksi maksimum yang dihasilkan pada pengoperasian ini adalah sebesar 47,31 kN.

Perbandingan Performa

3 Kandidat Rolling Chassis

Dari hasil simulasi diatas dapat diperoleh

perbandingan tiga jenis rolling chassis merek A, merek B dan merek C sebagai berikut.

Tabel 5. Tinjauan Utama Perbandingan 3 Rolling Chassis

Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa

merek B mampu hingga tanjakan 30˚ dengan kecepatan paling tinggi yaitu 8,2 km/jam. Untuk pengoperasian hi-mode, hanya merek B yang mampu menanjak hingga 20˚ dengan kecepatan hingga 14,5 km/jam. Secara keseluruhan untuk setiap tanjakan, merek B menunjukkan kecepatan paling unggul.

Dalam hal kecepatan maksimum, merek B juga paling mampu hingga 60,2 km/jam saat low-mode. Traksi yang dihasilkan merek B dan C tidak jauh berbeda. Selain itu, jarak wheel base (lihat Tabel 2.) juga merupakan pertimbangan lainnya. Diketahui bahwa jarak wheel base merek B lebih pendek dari merek C, maka rolling chasis merek B juga lebih layak digunakan, karena dengan jarak wheel base yang lebih pendek, kendaraan WCV akan lebih mudah untuk bermanuver.

Aspek Tinjauan

Rolling Chassis

Merek A Merek B Merek C

Hi-mode

Low-Mode

Hi-mode

Low-Mode

Hi-mode

Low-Mode

Tanjakan 30˚ × √ × √ × √ Tanjakan 25˚ × √ × √ × √ Tanjakan 20˚ × √ √ √ × √ Kecepatan maksimum pada tanjakan 30˚ (km/jam)

5,4 8,2 6,4

Kecepatan maksimum pada tanjakan 25˚ (km/jam)

5,4 8,2 6,4


8 14,5 14,2 8


18,8 17,3 26 26,2 19 20,5

Kecepatan maksimum (km/jam) 79,5 39,7 95 60,2 90 43,3 Traksi maksimum (x103 kN) 25,05 50,09 21,73 40,01 21,51 47,31



______________________________________________________________________________

P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 73

SIMPULAN DAN SARAN

Dari data-data di atas yaitu dengan telah dilakukannya simulasi performa rolling chassis dengan 3 merek A, B dan C maka dapat disimpulkan bahwa secara keseluruhan desain kendaraan WCV dengan menggunakan rolling chassis merek B lebih unggul untuk digunakan jika dibandingkan dengan merek A dan C. Dengan rolling chassis merek B, kendaraan WCV dapat melalui tanjakan hingga 30˚ dengan kecepatan paling tinggi yaitu 8,2 km/jam pada pengoperasian dengan low-mode. Simulasi beban jalan kendaraan dan traksi roda ini dapat digunakan sebagai salah satu metode acuan pemilihan rolling chassis untuk kendaraan WCV. Hasil simulasi yang ditampilkan akan lebih akurat jika data kurva torsi untuk setiap engine yang digunakan pada masing-masing rolling chassis juga tersedia. Dalam hal ini, perhitungan simulasi performa untuk merek A dan C belum mendekati nilai aslinya karena tidak adanya data berupa kurva torsi.

DAFTAR PUSTAKA

1. PTIPK-BPPT, Laporan Akhir Kegiatan

Inovasi dan Layanan Teknologi Kendaraan Tempur, Kendaraan Taktis dan Munisi Kaliber Besar, BPP Teknologi, Indonesia, Desember 2015.

2. Sartomo, A., dan Lestari, P.D.R., Kajian Pemilihan Rolling Chasis Untuk Kendaraan Taktis Water Cannon Berdasarkan Analisa Distribusi Beban Kendaraan, Jurnal Teknik Mesin Untirta, Vol. III No. 2, Flywheel, Indonesia, 2017.

3. Cesar, W., dan Hasrito, E.S.,

Perancangan Model Sistem Kendali Kendaraan Water Cannon Berbasis Microcontroller Raspberry PI, Jurnal Teknik Elektro Untar, Vol. 18 No. 1, TESLA, Indonesia, 2016.

4. Mashadi, B., and Crolla, D., Vehicle Powertrain Systems, John Wiley & Sons, Ltd., UK, 2012.

5. Ehsani, M., Modern Electric, Hybrid Electric and Fuel Cell Vehicles: Fundamentals, Theory and Design, CRC Press, 2005.

6. Gillespie, T.D., Fundamentals of Vehicle Dinamics, Society of Automotive Engineers, Inc., USA, 1992.

7. Repčić, N., Šarić, I., and Avdić, V., Tractive Effort Curves in Gearbox Analyse, 15th International Research/Expert Conference ”Trends in the Development of Machinery and Associated Technology”, 2011.

8. Piechottka, H., Kucukay, F., Kercher, F., and Bargende, M., Optimal Powertrain Design through a Virtual Development Process, World Electric Vehicle Journal 2018, 9, 11; DOI:10.3390/wevj9010011.

9. Sahraeian, A., Shahbakhti, M., Aslani, A. R., Jazayeri, S.A., Azadi, S., and Shamekhi, A. H., Longitudinal Vehicle Dynamics Modeling on the Basis of Engine Modeling, DOI: 10.4271/2004-01-1620, 2004.

10. Hirz, M, Basics of longitudinal vehicle dynamics, Graz University of Technology, 2015.

11. Rill, G., Vehicle Dynamics, Ostbayerische Technische Hochschule (OTH) Regensburg, 2007.

12. Wallentowitz, H., Longitudinal Dynamics of Vehicles, Vervielfältigungsstelle der Hochschule, 2004.

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (65-74)

74 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233


Analisis Keekonomian Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Biogas dari Pome dengan Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) (Agus Sugiyono, Adiarso, Ratna Etie PD, Yudiartono, Agung Wijono, dan Niken Larasati)

P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 75

ANALISIS KEEKONOMIAN PEMBANGUNAN PEMBANGKIT

LISTRIK TENAGA BIOGAS DARI POME DENGAN CONTINUOUS

STIRRED TANK REACTOR (CSTR)

ECONOMIC ANALYSIS FOR THE DEVELOPMENT OF POME BIOGAS POWER PLANT USING CONTINUOUS STIRRED TANK

REACTOR (CSTR)

Agus Sugiyono, Adiarso, Ratna Etie Puspita Dewi, Yudiartono,

Agung Wijono, dan Niken Larasati

Pusat Pengkajian Industri Proses dan Energi, BPPT Kluster Inovasi & Bisnis Teknologi, Gedung 720, Lantai 2

Puspiptek, Kota Tangerang Selatan, Banten 15314 e-mail : [email protected]

Abstrak

Limbah cair kelapa sawit atau dikenal dengan POME (palm oil mill effluent) dapat diproses menjadi biogas sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik. Produksi POME saat ini dapat digunakan untuk pembangkit listrik tenaga biogas (PLTBg) dengan kapasitas mencapai 153,4 MW yang sebagian besar berada di wilayah Sumatera. Salah satu pabrik kelapa sawit (PKS) yang berpotensi untuk pembangunan PLTBg adalah PKS Sei Pagar milik PTPN V Pekanbaru. Studi ini bertujuan untuk melakukan analisis keekonomian pembangunan PLTBg. PLTBg didesain dengan kapasitas 700 kW dengan menggunakan biodigester jenis continuous stirred tank reactor (CSTR). Listrik yang dihasilkan akan dijual ke PLN dengan harga jual sebesar 85% biaya pokok penyediaan (BPP) pembangkitan wilayah Riau sebesar 1.249,5 Rp/kWh. Hasil perhitungan keekonomian menunjukkan bahwa biaya investasi mencapai 26,3 miliar Rupiah dengan skema 70% pinjaman dari bank dan sisanya 30% dengan modal sendiri (equity). Biaya operasi dan perawatan mencapai 2,3 miliar Rupiah setiap tahun. Pembangunan PLTBg layak untuk dilaksanakan dengan nilai IRR sebesar 11,44%, waktu pengembalian modal selama 7 tahun 11 bulan, dan NPV sebesar 1.1 miliar Rupiah.

Kata kunci : POME, CSTR, PLTBg, studi kelayakan.

Abstract

Palm oil mill effluent (POME) can be processed into biogas as fuel for electricity generation. POME production now can be used for biogas power plants with capacities reaching 153.4 MW, most of which are in the Sumatera region. One of the palm oil mills that potential for the development of a biogas power plant is in the Sei Pagar palm oil mills owned by PTPN V Pekanbaru. The objective of the study is to conduct an economical analysis for the development of Biogas power plant. The power plant is designed for a capacity of 700 kW by using a continuous stirred tank reactor (CSTR) biodigester. The electric power produced is targeted to be sold to PLN at a selling price of 85% of the basic cost of electricity production of the Riau region which is 1,249.5 IDR/kWh. The results of study show that the investment costs reach 26.3 billion Rupiah, consisting of 70% bank loan scheme and 30% equity. While, the operating and maintenance costs reach 2.3 billion Rupiah per year. In conclusion, the development of a biogas power plant is feasible to be implemented with an IRR of 11.44%, a payback period of 7 years 11 months, and a NPV of 1.1 billion Rupiah.

Keywords : POME, CSTR, biogas power plant, feasibility study.

Diterima (received ) : 03 Desember 2018 , Direvisi (revised ) : 01 Maret 2019 , Disetujui (accepted) : 05 Maret 2019

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (75-84)

76 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

PENDAHULUAN Sejalan dengan Kebijakan Energi

Nasional, pemerintah terus berupaya untuk meningkatkan pemanfataan energi terbarukan. Salah satu potensi energi terbarukan yang dapat dimanfaatkan adalah penggunaan bahan bakar nabati (BBN) yang berbasis kelapa sawit1,2,3). Perkebunan kelapa sawit di Indonesia masih terus berkembang. Luas areal perkebunan meningkat rata-rata 7,6% per tahun dalam kurun waktu 2013-2017. Hal ini didukung oleh kondisi tanah dan iklim di Indonesia yang terbukti sesuai untuk tanaman kelapa sawit. Pada tahun 2017 luas area perkebunan mencapai 14 juta Ha4).

Indonesia merupakan produsen kelapa sawit terbesar di dunia5). Perkebunan kelapa sawit di Indonesia dapat dikategorikan menjadi perkebunan rakyat, perkebunan negara dan perkebunan swasta. Total produksi sawit mencapai 37,8 juta ton pada tahun 2017, dengan pangsa produksi terbesar dari perkebunan swata sebesar 61%, diikuti oleh perkebunan rakyat (32%) dan perkebunan negera (7%)6). Kelapa sawit dapat diproses di pabrik kelapa sawit (PKS) dan diolah menjadi minyak sawit mentah (crude palm oil/CPO) dan minyak inti sawit (palm kernel oil/PKO) yang sebagian besar sebagai komoditas ekspor. Selain komoditas tersebut, pabrik juga menghasilkan limbah padat dan limbah cair. Limbah padat dapat berupa tandan kosong, serat buah, pelepah, dan cangkang kelapa sawit. Sedangkan limbah cair kelapa sawit atau dikenal dengan POME (palm oil mill effluent) dapat diproses menjadi biogas sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik7).

POME berasal dari proses sterilisasi tandan buah segar, penjernihan CPO dan pemerasan tandan kosong. Sebelum dimanfaatkan menjadi biogas, POME dialirkan ke dalam kolam penampungan untuk diambil sisa minyaknya dan diturunkan suhunya sehingga siap diproses untuk menguraikan zat organik secara anaerob. Proses penguraian zat organik ini akan melepas gas metana (CH4) ke udara yang dapat menimbulkan emisi gas rumah kaca (GRK). Gas metana mempunyai efek GRK 21 kali lebih besar dibandingkan dengan gas CO2

8). Oleh karena itu emisi GRK dapat dikurangi dengan memproses gas metana dari POME dan digunakan sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga biogas (PLTBg). Pemanfaatan gas metana dari POME sebagai bahan bakar untuk PLTBg ini menawarkan alternatif untuk mengurangi dampak lingkungan dalam pengelolaan

perkebunan kelapa sawit dan sekaligus mendapatkan pasokan listrik dengan memanfaatkan energi terbarukan9,10,11).

Pembangunan PLTBg harus mempertimbangkan kelayakan baik secara teknis maupun ekonomi. Beberapa tantangan yang harus dipertimbangkan adalah skala produksi, kontinuitas pasokan POME serta biaya pembangkitan listrik12). Makalah ini membahas keekonomian pembangunan PLTBg dari POME dengan continuous stirred tank reactor (CSTR) secara umum, dan untuk pembahasan secara rinci diambil kasus khusus untuk diterapkan di PKS Sei Pagar di Provinsi Riau.

METODE PENELITIAN

Pendekatan perhitungan keekonomian dalam makalah ini meliputi NPV (net present value), IRR (internal rate of return), PBP (payback period) dan PI (profitability indeks). Rumus-rumus perhitungan secara rinci dibahas dalam BKF10), USAID12), Park13), dan Arum14). NPV menunjukkan nilai keuntungan saat ini dari modal yang diinvestasikan selama umur proyek menggunakan faktor diskon (discount rate) tertentu. IRR merupakan tingkat pengembalian modal pada saat nilai NPV sama dengan nol. Nilai IRR dibandingkan dengan nilai weighted average cost of capital (WACC) untuk menentukan keputusan investasi. PBP digunakan untuk mengevaluasi pada tahun ke berapa investor bisa mendapatkan kembali dana yang telah diinvestasikan dalam proyek tersebut. Sedangkan PI merupakan perbandingan antara nilai kas bersih yang akan datang dengan nilai investasi yang sekarang. Semakin besar nilai PI maka investasi akan semakin layak.

Potensi PLTBg

Jumlah pabrik kelapa sawit di Indonesia pada tahun 2014 tercatat lebih dari 600 pabrik yang tersebar di berbagai wilayah. PKS Sei Pagar merupakan salah satu PKS di bawah kendali PTPN V Pekanbaru. Perkebunan Sei Pagar berlokasi di tiga desa, yaitu: Desa Hang Tuah, Desa Pantai Raja, dan Desa Parit Baru, Kecamatan Perhentian Raja, Kabupaten Kampar dengan luas areal konsensi 2947,2 Ha. Kapasitas terpasang PKS sebesar 30 ton tandan buah segar (TBS) per jam dengan potensi pengolahan kelapa sawit mencapai 225.000 ton TBS per tahun. PKS Sei Pagar mengolah TBS tersebut menjadi CPO dan menghasilkan limbah berupa tandan kosong sawit, cangkang, serat buah, dan POME15).


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 77

Berdasarkan data Kementerian Pertanian kapasitas total PKS di Indonesia mencapai 34.280 ton/jam yang berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai PLTBg dengan kapasitas 1.280 MW9). Namun, berdasarkan Statistik Indonesia (2018)4) ternyata masih banyak kapasitas pabrik yang menganggur dan produksi sawit total hanya sebesar 37,8 juta ton pada tahun 2017 atau sekitar 9,5 ton/jam. Data tersebut berdasarkan asumsi bahwa dalam satu tahun pabrik beroperasi selama 330 hari. Sesuai dengan metodologi perhitungan potensi PLTBg yang dibahas dalam Wibowo7), Winrock9), dan Arum14), potensi PLTBg yang siap untuk dikembangkan sebesar 153,4 MW. Sebaran potensi tersebut per wilayah ditunjukkan pada Gambar 1.

Proses Produksi Biogas

Proses pencernaan anaerob atau disebut juga proses biometanasi dapat memproses POME yang merupakan limbah organik sehingga terurai menjadi biogas. Mikroba dalam proses biometanasi akan mendegradasi senyawa organik menjadi biometana dan karbon dioksida dalam kondisi tanpa oksigen. Dalam aplikasi teknis, proses ini dapat berlangsung pada dua rentang suhu, yaitu mesofilik dengan temperatur berkisar 37 - 43 °C atau termofilik

dengan temperatur sekitar 50 - 60 °C. Pada temperatur termofilik, proses ini menghasilkan perpindahan massa yang lebih baik sehingga tingkat limbah organik lebih tinggi dari pada pada temperatur mesofilik. POME yang baru keluar dari PKS masih mempunyai temperatur yang lebih tinggi sehingga perlu ada proses pendinginan9,16).

Biodigester atau reaktor biogas yang sering digunakan dalam proses biometanasi pada umumnya terdiri dari dua jenis reaktor, yaitu: • Covered lagoon (CL), yang berupa kolam

tertutup tanpa atau dilengkapi dengan peralatan pengadukan. Reaktor ini didesain untuk menangani limbah dengan kandungan padatan yang kurang dari 3% dan beroperasi pada temperatur mesofilik.

• Continuous stirred tank reactor (CSTR),

yang berupa silinder terbuat dari beton atau logam dengan rasio antara tinggi dan diameter yang relatif rendah. Reaktor ini perlu dilengkapi dengan peralatan pengadukan dan dapat beroperasi pada temperatur mesofilik atau termofilik.

CSTR mempunyai produktivitas biogas dan keandalan yang lebih tinggi dari pada CL sehingga dalam makalah ini CSTR dipilih sebagai opsi untuk pembangunan PLTBg di PKS Sei Pagar17). Pengadukan dalam CSTR dapat dilakukan secara mekanik, hidrolik, maupun injeksi gas.

Luas Lahan

Potensi PLTBg

Produksi Sawit8,3 Juta Ha

102 MW

25 Juta Ton4,9 Juta Ha

45,9 MW

11,3 Juta Ton 0,6 Juta Ha

4,4 MW

1,1 Juta Ton

0.1 Juta Ha

0.9 MW

0,2 Juta Ton

0.03 Juta Ha

0.2 MW

0.06 Juta Ton

SUMATERA

JAWA

KALIMANTAN

BALI & NUSA TENGGARA

SULAWESI

MALUKU & PAPUA

Gambar 1. Luas Perkebunan, Produksi Sawit dan Potensi PLTBg dari POME4,9)

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (75-84)

78 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

Secara ringkas diagram PLTBg berbasis POME dengan CSTR ditunjukkan pada Gambar 2. Keseluruhan sistem dibagi menjadi 3 bagian, yaitu sistem produksi biogas atau biodigester, pengolahan biogas, dan pemanfaatan biogas yang berupa gas engine untuk dikonversi ke listrik. PLTBg ini dilengkapi dengan sistem instrumentasi dan kontrol. Dalam sistem biodigester, bahan baku yang berasal dari POME diolah dalam kolam terbuka untuk dikondisikan parameternya sesuai dengan kebutuhan biodigester. Ukuran digester ditentukan berdasarkan laju alir POME, beban COD (chemical oxygen demand), dan waktu retensi hidrolik (hydraulic retention time) supaya menghasilkan biogas yang optimal18,19,20). COD merepresentasikan oksigen total yang diperlukan untuk mengoksidasi zat organik yang bersifat biologis maupun yang tidak bereaksi dengan

karbon dioksida dan air. Keluaran dari bodigester berupa biogas yang akan diolah dan dimurnikan sebelum masuk ke gas engine. Limbah dari biodigester masuk ke dalam kolam sedimentasi yang bisa diproses lebih lanjut menjadi pupuk.

Konsentrasi H2S dari biogas diturunkan menggunakan scrubber H2S sesuai dengan spesifikasi gas engine yang digunakan. Hal ini dimaksudkan untuk mengoptimalkan operasi, dengan mencegah korosi sehingga bisa memperpanjang umur gas engine. Dehumidifier berfungsi untuk mengurangi kadar air dalam biogas sebelum masuk ke gas engine. Sedangkan flare digunakan untuk membakar kelebihan gas sebagai persyaratan keamanan pengoperasian PLTBg.

Kelebihan biogas tidak boleh dibuang langsung ke atmosfir karena mudah terbakar pada konsentrasi yang tinggi dan juga menimbulkan emisi GRK yang lebih tinggi (karena masih berupa CH4).

Biogas yang sudah diolah dan dimurnikan akan menjadi bahan bakar untuk gas engine. Gas engine pada umumnya memerlukan biogas dengan kadar air dibawah 80% dan konsentrasi H2S kurang dari 200 ppm. Gas engine akan membakar biogas dan menghasilkan energi mekanik untuk menggerakkan generator yang akan menghasilkan listrik untuk pengguna akhir.

Tarif Listrik

PLTBg akan menghasilkan listrik untuk keperluan PKS dan kelebihan tenaga listrik dapat dijual ke PLN. Permen ESDM No. 50/2017 mengatur pemanfaatan sumber

energi terbarukan untuk penyediaan tenaga listrik. PLN wajib membeli tenaga listrik dari pembangkit tenaga listrik yang memanfaatkan sumber energi terbarukan. Pemanfaatan sumber energi terbarukan harus mengacu pada Kebijakan Energi Nasional dan Rencana Umum Ketenagalistrikan Nasional21). Harga tertinggi pembelian listrik energi terbarukan ditunjukkan pada Tabel 1. Bila biaya pokok penyediaan (BPP) pembangkitan setempat di atas rata-rata BPP pembangkitan nasional maka harga pembelian tenaga listrik dari PLTBg paling tinggi sebesar 85% dari BPP pembangkitan di sistem ketenagalistrikan setempat. Bila BPP setempat sama atau di bawah rata-rata BPP nasional maka harga pembelian tenaga listrik ditetapkan berdasarkan kesepakatan bersama.

PengolahanAwal

Biodigester

KolamSedimentasi

ScrubberH2S

Flare

DehumidifierGas

EngineListrik

Sistem Instrumentasi dan Kontrol

Produksi Biogas Pengolahan Biogas Pemanfaatan Biogas

CSTR

POME

Gambar 2. Diagram PLTBg POME dengan CSTR 9)


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 79

Tabel 1. Harga Tertinggi Pembelian Listrik Energi Terbarukan2)

Pembangkit Listrik BPP

Setempat > BPP Nasional

BPP Setempat ≤

BPP Nasional

PLTS Fotovoltaik, PLTB, PLTBm,

PLTBg, dan PLT Laut

85% BPP Regional

Kesepakatan

PLTA, PLTSa, dan PLTP

100% BPP Regional

Kesepakatan

Harga pembelian listrik oleh PLN diatur

dalam Kepmen ESDM No. 1772.K/20/MEM/2018 tentang besaran BPP pembangkitan PLN tahun 2017. Berdasarkan Kepmen tersebut BPP pembangkitan terendah sebesar 6,81 sen US$/kWh atau 911 Rp/kWh (sebagian besar Jawa dan Bali) dan yang tertinggi sebesar 20 sen US$/kWh atau 2.677 Rp/kWh (wilayah Indonesia timur dan terpencil) pada nilai tukar 13.385 Rp/US$ (berdasarkan nilai tukar kurs tengah Bank Indonesia rata-rata tahun 2017). BPP pembangkitan PLN pada tahun 2017 per wilayah ditunjukkan pada Gambar 3.

Ketidakpastian dan Risiko

Investasi untuk jangka panjang selalu menghadapi ketidakpastian dan risiko yang mungkin muncul di masa yang akan datang. Parameter biaya investasi, nilai tukar, dan harga listrik sering kali berubah yang dapat

mempengaruhi kelayakan ekonomi pembangunan PLTBg. Salah satu cara untuk mengevaluasi risiko tersebut adalah dengan melakukan analisis sensitivitas. Analisis sensitivitas yang dilakukan dalam studi ini adalah dengan melakukan perubahan dari

tiga parameter, yaitu harga jual listrik, nilai investasi barang modal, dan nilai COD dari limbah POME pada kisaran +5% dan -5%.


Pabrik kelapa sawit di Sei Pagar mempunyai kapasitas pengolahan tandan buah segar sebesar 30 ton per jam. POME yang dihasilkan dari PKS tersebut cukup dapat diandalkan dari sisi kontinuitas pasokan. Kandungan organik dalam limbah POME atau nilai COD dari limbah tersebut adalah sebesar 42.685 mg/liter. Bahan baku POME diperoleh dengan harga Rp 100 per m3. Parameter bahan baku yang penting ditunjukkan pada Tabel 2.

Berdasarkan kapasitas PKS dan COD maka kapasitas PLTBg yang akan dibangun dapat ditentukan, yakni dibulatkan menjadi sebesar 700 kW. Perhitungan kapasitas dan produksi listrik PLTBg ditunjukkan pada Tabel 3. Berdasarkan Winrock9) faktor ketersediaan (availability factor) yang menyatakan potensi penghentian operasi untuk pemeliharaan berkisar antara 90% hingga 98%. Faktor ketersediaan diasumsikan yang pesimis yakni sekitar 90%. PLTBg memproduksi listrik secara efektif selama 330 hari atau 7.920 jam setahun. Dalam masa pemeliharaan, flare digunakan untuk membakar biogas untuk mengurangi emisi GRK. Umur ekonomi proyek diprakirakan 20 tahun sejak proyek mulai

beroperasi. Harga jual listrik diasumsi sebesar 1.249,5 Rp/kWh yang merupakan 85% dari BPP wilayah Riau pada tahun 2017 sesuai dengan Kepmen ESDM No. 1772 K/20/MEM/2018.

6.8 6.8 6.8 6.8 6.8 6.8 7.0 7.2 7.3 7.7 8.3 8.69.8

11.0 11.1 11.1

12.6 12.9

14.515.5 15.5

19.420.0

7.1 7.38.3

9.3 9.4 9.510.711.0

12.313.213.2

16.517.0

0

5

10

15

20

25

sen

US$

/kW

h

BPP 85% BPP

Rata

-Rat

a N

asio

nal

Gambar 3. BPP Pembangkitan PLN Tahun 2017

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (75-84)

80 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

Tabel 2. Parameter Bahan Baku

Keterangan Satuan Nilai

Kapasitas PKS ton TBS/jam 30 Pasokan TBS ton/tahun 180.000 Rata-rata harian TBS yang diproses

ton/hari 600

Jam kerja penggilingan hari/tahun 300 Jam kerja rata-rata per hari jam/hari 20

Produksi POME rata-rata m3 POME/ton TBS

0,6

Produksi POME rata-rata per hari

m3/hari 360

COD (Chemical Oxygen Demand)

mg/liter 42.685

Tabel 3.

Perhitungan Kapasitas dan Produksi Listrik PLTBg

Keterangan Satuan Nilai

Produksi biogas m3 biogas/tahun 2.633.940

m3 biogas/hari 8.780

m3 biogas/jam 366

Produksi metana (CH4) m3 CH4/tahun 1.448.667 Produksi listrik (gross) kWh/tahun 5.794.668 Jam operasi jam/tahun 7.920 Kapasitas pembangkit (max) kWe 732 Pemakaian sendiri (11%) kWh/tahun 637.413 Produksi listrik (nett) kWh/tahun 5.157.254

Biaya Investasi serta Biaya Operasi dan

Perawatan Tabel 4.

Biaya Investasi PLTBg

Item Biaya (Rp)

Perijinan 990.000.000

Sistem Biodigester 17.207.677.245 a. Engineering design 292.198.500 b. Peralatan:

Biogas reactor 3.964.583.250 POME pre-treatment unit

790.877.250

Biogas scrubber 1.783.603.500 Biogas dehumidifier 630.535.500 Blower, flare, biogas holder

1.852.580.250

Instalasi, instrumentasi dan lainnya

7.001.822.145

c. Commissioning 891.476.850

Pembangkit Listrik 8.125.758.300 a. Engineering design 162.331.950 b. Peralatan:

Gas engine 5.270.393.250 Instalasi, instrumentasi dan lainnya

2.306.417,475

c. Commissioning 386.615.625

TOTAL 26.323.435.545

Pembangunan PLTBg direncanakan akan selesai dalam waktu 2 tahun. Secara garis besar perkiraan biaya investasi ditunjukkan pada Tabel 4. Pendanaan investasi diasumsikan sebesar 70% merupakan pinjaman (kredit) dari bank dan sisanya sebesar 30% akan didanai dengan modal sendiri (equity). Tingkat bunga kredit investasi dalam studi ini diasumsi sebesar 10% per tahun dan lama pinjaman dari bank 10 tahun.

Biaya operasi dan perawatan merupakan biaya yang dikeluarkan selama PLTBg beroperasi yang terdiri atas biaya tetap dan biaya variabel. Biaya operasi dan perawatan total selama satu tahun mencapai Rp 2.295.698.710, yang terbagi hampir merata untuk sistem biodigester dan pembangkit listrik. Rangkuman biaya operasi dan perawatan PLTBg ditunjukkan pada Tabel 5

Tabel 5.

Biaya Operasi dan Perawatan PLTBg

Keterangan Biaya (Rp)

Sistem Biodigester 1.286.540.066 a. Biaya tetap:

Gaji dan upah 468.000.000 Biaya administrasi 143.400.000 Perawatan tahunan 480.720.057 Sewa tanah 37.500.000 Asuransi 80.120.009

b. Biaya variabel: Biaya pembelian

POME 10.800.000 Biaya utilitas 66.000.000

Pembangkit Listrik 1.009.158.644 a. Biaya tetap:

Gaji dan upah 351.000.000 Biaya administrasi 113.550.000 Perawatan tahunan 37.884.054 Major overhaul 378.840.536 Asuransi 37.884.054

b. Biaya variabel: Biaya utilitas 90.000.000

TOTAL 2.295.698.710

Analisis Kelayakan

Produksi biometana setiap tahun diperkirakan sebesar 1.448.667 m3 dan akan menghasilkan listrik sebesar 5.794.668 kWh (gross). Kebutuhan listrik untuk pemakaian sendiri sebesar 11% sehingga produksi listrik tahunan sebesar 5.157.254 kWh (nett). Produksi listrik ini dijual ke PLN dengan harga jual pada tahun pertama (2019) sebesar 1.250 Rp/kWh sehinggga potensi pendapatannya sebesar Rp 6.443.988.873. Harga jual listrik diasumsikan ada kenaikan sebesar 1,5% per tahun.

Hasil perhitungan menunjukkan bahwa PLTBg layak untuk dibangun dengan IRR sebesar 11,44% yang lebih tinggi dari pada


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 81

weighted average cost of capital (WACC) yang sebesar 10,86%. Jangka waktu pengembalian modal (PBP) sebesar 7 tahun 11 bulan dengan NPV Rp 1.103.209.098 dan profitability indeks (PI) sebesar 2,64. Secara ringkas hasil analisis finansial ditunjukkan pada Tabel 6.

Analisis Sensitivitas

Hasil analisis sensitivitas menunjukkan bahwa kelayakan pembangunan PLTBg cukup sensitif terhadap perubahan parameter harga jual listrik, biaya investasi dan COD (Lihat Tabel 7). Harga jual listrik

yang berkurang lebih dari 2,5% akan menyebabkan pembangunan tidak layak. Sedangkan kenaikan biaya investasi lebih dari 2,5% juga menyebabkan tidak layak begitu juga bila nilai COD turun lebih dari 2,5%. Nilai COD yang lebih tinggi akan menghasilkan produksi biogas lebih besar, tetapi tidak berarti produksi listriknya lebih besar selama pembangkitnya masih sama kapasitasnya. Produksi biogas yang berlebihan akan dibuang melalui gas flare.

Tabel 6. Analisis Sensitivitas

Harga Jual Listrik

-5% -2,5% Base +2,5% +5%

IRR 10,31% 10,88% 11,44% 11,99% 12,53% NPV @10,86% (Rp) (1.036.548.457) 33.330.320 1.103.209.098 2.173.087.876 3.242.966.653 Payback Period (tahun) 8,54 8,23 7,95 7,68 7,43

Biaya Investasi

-5% -2,5% Base +2,5% +5%

IRR 12,33% 11,88% 11,44% 11,01% 10,60% NPV @10,86% (Rp) 2.708.942.804 1.906.075.951 1.103.209.098 300.342.245 (502.524.609) Payback Period (tahun) 7,52 7,73 7,95 8,16 8,38

COD

-5% -2,5% Base +2,5% +5%

IRR 10,31% 10,88% 11,44% - NPV @10,86% (Rp) (1.036.550.947) 33.333.225 1.103.209.098

Payback Period (tahun) 8,54 8,23 7,95

Tabel 7. Analisis Finansial

Tahun Akumulasi

Investasi (Rp)

Akumulasi

Pendapatan (Rp)

Neraca

Keuangan (Rp)

-2 16.213.513.530 0 -16.213.513.530 -1 28.570.609.926 0 -28.570.609.926 1 28.570.609.926 3.506.147.205 -25.064.462.721 2 28.570.609.926 7.038.788.612 -21.531.821.314 3 28.570.609.926 10.597.514.671 -17.973.095.255 4 28.570.609.926 14.181.877.411 -14.388.732.515 5 28.570.609.926 17.791.388.572 -10.779.221.354 6 28.570.609.926 21.425.517.657 -7.145.092.269 7 28.570.609.926 25.083.689.903 -3.486.920.023 8 28.570.609.926 28.765.284.163 194.674.238 9 28.570.609.926 32.469.630.704 3.899.020.779

10 28.570.609.926 36.196.008.902 7.625.398.977 15 28.570.609.926 54.555.930.372 25.985.320.446 20 28.570.609.926 74.504.833.023 45.934.223.097

Dasar Penilaian NPV & IRR Weighted Average Cost of Capital (WACC) 10,86% Net Present Value (NPV) (Rp) 1.103.209.098 Internal Rate of Return (IRR) 11,44% Payback Period (PBP) 7 tahun 11 bulan Profitability Indeks (PI) 2,64 Kesimpulan LAYAK

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (75-84)

82 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

SIMPULAN

Pemanfaatan POME dari pabrik kelapa sawit menjadi energi listrik dengan menggunakan biodigester CSTR secara keekonomian cukup layak untuk dilaksanakan. Indikator kelayakan finansial ditunjukkan dengan nilai IRR sebesar 11,44% yang lebih tinggi dari pada WACC yang sebesar 10,86%. Sedangkan waktu pengembalian modal selama 7 tahun 11 bulan dengan NPV sebesar Rp 1.103.209.098 serta nilai PI sebesar 2,64. PI hasil perhitungan ini menunjukkan lebih besar dari 1 sehingga dapat disimpulkan bahwa pembangunan PLTBg berpotensi menguntungkan.

Pembiayaan PLTBg perlu mendapatkan dukungan dari dana hibah internasional dalam kerangka pengurangan emisi GRK ataupun melalui kredit dari perbankan nasional. Hal ini terkait dengan perlu adanya pinjaman dengan bunga yang rendah. Kendala lain adalah mengenai penetapan harga pembelian listrik dari PLN berdasarkan BPP pembangkitan. Perubahan harga BPP di kemudian hari bisa sangat mempengaruhi kelayakan sehingga perlu adanya kepastian harga jual istrik selama umur operasi PLTBg.

Pengoperasian PLTBg berbasis POME dapat menimbulkan pencemaran udara, air dan suara. Polusi udara seperti bau, polutan dan debu harus diantisipasi dengan pemasangan peralatan untuk melindungi lingkungan dari efek berbahaya tersebut. Polusi air dapat terjadi karena air limbah yang mengkontaminasi ke air permukaan atau air tanah. Polusi ini dapat dicegah dengan menggunakan sistem drainase yang terpisah. Sedangkan polusi suara terjadi karena ada kebisingan dari gas engine untuk PLTBg. Frekuensi dan intensitas kebisingan yang dihasilkan sebagian besar tergantung pada tata letak PLTBg secara keseluruhan. Oleh karena itu dalam pembangunan PLTBg harus mempertimbangkan adanya peralatan pencegah polusi udara serta memperhatikan desain sistem drainase dan tata letak PLTBg yang dapat mengurangi dampak lingkungan.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penelitian ini didanai oleh Kementerian Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi melalui program Insinas Riset Pratama Kemitraan dengan mitra PTPN V, Pekanbaru.

DAFTAR PUSTAKA 1. KESDM, Peluang Investasi Sektor

ESDM, Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral, 2011.

2. DGNRE&EC, Investment Opportunity of Renewable Power Generation, Directorate General of New Renewable Energy and Energy Conservation, Jakarta, 2017.

3. Ditjen EBTKE, Statistik EBTKE 2016, Kementerian ESDM, 2016.

4. BPS, Statistik Indonesia 2018, Badan Pusat Statistik, 2018.

5. Iskandar, M.J.; Baharum, A.; Anuar, F.H.; Othaman, R., Palm oil industry in South East Asia and the effluent tratment technology – A review, Envi-ronmental Technology & Innovation, No. 9, Elsevier, 2018.

6. Ditjen Perkebunan, Statistik Perke-bunan Indonesia 2015-2017: Komoditas Kelapa Sawit, Kementerian Pertanian, 2016.

7. Wibowo, A., Analisis Potensi Pembang-kit Listrik Biogas Berbasis Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit: Studi Kasus PKS PT Intan Sejati Andalan Riau, Jurnal Teknik, Vol. 5, No. 2, Universitas Janabadra, 2015.

8. IPCC, Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, 2006.

9. Winrock, Konversi POME Menjadi Biogas: Pengembangan Proyek di Indonesia, Winrock International, 2015.

10. BKF, Analisis Biaya dan Manfaat Pembiayaan Investasi Limbah Menjadi Energi Melalui Kredit Program, Badan Kebijakan Fiskal, 2014.

11. Choong, Y.Y.; Chou, K.W.; Norli, I., Strategies for improving biogas production of palm oil mill effluent (POME) anaerobic digestion: A critical review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, No. 82, Elsevier, 2018.

12. USAID, Pembiayaan Pembangkit Listrik Tenaga Biogas, USAID bekerja sama dengan OJK dan UI, 2016.

13. Park, C.S., Fundamentals of Engineering Economics, Pearson Education, Inc., 2004.

14. Arum, A., Seri Panduan Investasi EBT Indonesia: Bioenergi (PLTBg – PLTBm), Lintas EBTKE, KESDM, lintas.ebtke. esdm.go.id, 2018.

15. PTPN V, Laporan Tahunan 2016, PT Perkebunan Nusantara V Pekanbaru, 2016.


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 83

16. Hosseini, S.E.; Wahid, M.A., Feasibility study of biogas production and utilization as asource of renewable energy in Malaysia, Renewable and Sustainable Energy Reviews, No. 19, Elsevier, 2013.

17. Ohimain, E.I.; Izah, S.C., A review of biogas production from palm oil mill effluents using different configurations of bioreactors, Renewable and Sustainable Energy Reviews, No. 70, Elsevier, 2017.

18. Saragih, G.M. dan Hasan, H., Estimasi Potensi Biogas dari Palm Oil Mill Effluent (POME) Pabrik Kelapa Sawit di Provinsi Jambi, Jurnal Civronlit, Vol. 2, No. 2, Universitas Batanghari, 2017.

19. Garritano, A.N.; Faber, M.O.; De Sa, L.R.V.; Ferreira-Leitao, V.S., Palm oil mill effluent (POME) as raw material fo biohydrogen and methane production via dark fermentation, Renewable and Sustainable Energy Reviews, No. 92, Elsevier, 2018

20. JIE, Buku Panduan Biomassa Asia: Panduan untuk Produksi dan Pemanfaatan Biomassa, The Japan Institute of Energy, 2008.

21. Indrawan, N.; Thapaa, S.; Wijaya, M.E.; Ridwan, M.; Park, D., The biogas development in the Indonesian power generation sector, Environmental Development, No. 25, Elsevier, 2018.

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (75-84)

84 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233


Binomial Logit Model untuk Pemilihan Moda Antara Pesawat Udara, Kereta Api Eksekutif dan Kereta Api Ekspres (Djoko Prijo Utomo dan Mulyadi Sinung Harjono)

P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 85

BINOMIAL LOGIT MODEL UNTUK PEMILIHAN MODA

ANTARA PESAWAT UDARA, KERETA API EKSEKUTIF

DAN KERETA API EKSPRES

BINOMIAL LOGIT MODEL FOR SELECTING MODA BETWEEN AIRCRAFT, EXECUTIVE TRAIN AND EXPRESS TRAIN

Djoko Prijo Utomo dan Mulyadi Sinung Harjono

Pusat Teknologi Sistem dan PrasaranaTransportasi Deputi Teknologi Industri Rancang Bangun dan Rekayasa - BPPT

Gedung Teknologi 2 BPPT Lantai 3, Kawasan PUSPIPTEK, Tangerang Selatan 15314 Telp: 021-75875938; Fax. 021-75875946

Email: [email protected]

Abstrak

Penelitian ini dilakukan untuk mengkaji potensi pasar rencana pembangunan kereta api ekspres Jakarta – Semarang. Survei stated preference dan model logit binomial digunakan untuk mengidentifikasi kompetisi antara moda kereta api ekspres dengan pesawat udara maupun kereta api kelas eksekutif yang telah beroperasi. Atribut yang digunakan adalah travel time dan travel cost. Hasil analisis regresi untuk model utility cukup baik dengan indikator R2 sebesar 0,51 untuk penumpang pesawat udara dan 0,56 untuk penumpang kereta api kelas api eksekutif. Hasil temuan menunjukkan bahwa penumpang pesawat udara lebih sensitif terhadap perubahan waktu tempuh dibandingkan penumpang kereta api (KA) eksekutif, dan penumpang pesawat udara juga memiliki kemampuan membeli yang lebih tinggi dibandingkan penumpang KA eksekutif. Jika waktu perjalanan KA ekspres 2,8 jam (kecepatan rata-rata 155,5 km/jam), maka potensi pendapatan terbesar terjadi jika tarif Rp. 360.000,-/penumpang.

Kata kunci : Kereta Api, potensi permintaan, Stated Preference, Binomial Logit Model

Abstract

This research assesses the potential market of the development planned of the Jakarta - Semarang express train. Stated preference surveys and binomial logit models were used to identify competition between the express train and the airplane or the executive class trains that have already operated. The attribute used is travel time and travel cost. The regression analysis results for the utility model are quite good with R2 indicators of 0.51 for airplane passengers and 0.56 for executive class train passengers. The findings show that airplane passengers are more sensitive to the changes of the travel time than executive train passengers, and airplane passengers also have higher purchasing ability than the executive train passengers. If the express train travel time is 2.8 hours (average speed of 155.5 km/h), then the biggest potential revenue will be achieved if the tariff is Rp. 360,000, -/passenger. Key Words : Railroad, potential demand, Stated Preference,

Binomial Logit Model

Diterima (received ) : 04 Maret 2019 , Direvisi (revised ) : 22 Maret 2019 , Disetujui (accepted) : 28 Maret 2019

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (85-92)

86 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Sistem transportasi regional khususnya di pulau Jawa memiliki peran strategis dalam mensinkronkan dan menyelaraskan kemajuan antar sektor ekonomi dan antar wilayah demi terwujudnya pertumbuhan ekonomi yang inklusif, sekaligus menjadi benteng bagi kedaulatan dan ketahanan ekonomi nasional (national economic authority and security). Permasalahan di dalam kegiatan trasportasi regional memiliki dimensi yang cukup luas, antara lain, masalah tingkat penyediaan infrastruktur baik kuantitas maupun kualitas, biaya transaksi, waktu pelayanan, operasional pelayanan di simpul-simpul transportasi, kapasitas dan jaringan pelayanan penyedia jasa transportasi, dan masih banyak aspek lainnya.

Jakarta dan Semarang adalah 2 (dua) kota besar di Indonesia dengan populasi masing-masing 9,59 juta jiwa dan 1,75 juta jiwa, serta menjadi magnet kota-kota sekitar. Hal ini ditunjukkan dari hasil Pra Studi Kelayakan Peningkatan Kecepatan Kereta Api Koridor Jakarta – Surabaya tahun 2017. Koridor Utara Jakarta – Surabaya memiliki kawasan aglomerasi yang sangat potensial, yaitu JABODETABEK, KEDUNGSEPUR dan GERBANGKERTOSUSILA. Saat ini penduduk Jabodetabek berjumlah 32,43 juta jiwa, Kedungsepur 6,37 juta jiwa dan Gerbangkertosusila 9,65 juta jiwa, sehingga secara keseluruhan mencapai 33,03% dari populasi Jawa (BPS, 2016). Potensi ekonomi ketiga wilayah tersebut mencapai 55,62% dari PDRB seluruh Pulau Jawa (PDRB Jawa 47,27% dari PDB Nasional)1).

Keterbatasan kapasitas bandar udara dan tingginya pertumbuhan permintaan perjalanan angkutan udara perlu diantisipiasi dengan mengelola permintaan perjalanan agar pergerakan orang antar kota di Pulau Jawa dapat dilayani dengan baik. Saat ini jumlah penumpang pesawat udara lebih besar dibandingkan kereta api eksekutif, di mana penumpang pesawat udara mencapai 2,85 juta penumpang/tahun dan kereta api eksekutif 0,62 juta penumpang/tahun. Kapasitas bandara Soekarno Hatta dan Ahmad Yani relatif sangat terbatas, sehingga perlu adanya pengelolaan permintaan penumpang pesawat udara. Salah satu usaha pengelolaan permintaan perjalanan adalah dengan menyediakan system angkutan yang bersifat komplementer dan setara dengan pelayanan pesawat udara. Sistem angkutan yang relatif sama adalah

dengan menyediakan pelayanan kereta api ekspres antara Jakarta - Semarang.

Untuk menentukan jenis pelayanan/kriteria kereta api baru (kereta api ekspres) yang mampu menarik penumpang secara maksimal maka perlu dilakukan survei pasar yang diharapkan dapat memberikan informasi tentang perubahan pilihan penumpang pada suatu moda terhadap alternatif kondisi pelayanan yang ditawarkan. Hasil survei pasar adalah sebuah model pemilihan moda yang dapat digunakan untuk memperkirakan probabilitas pelaku perjalanan dalam memilih moda sesuai kondisi pelayanan masing-masing moda.

Maksud dan Tujuan Penelitian

Maksud penelitian ini adalah untuk mendapatkan model pemilihan moda antara pesawat udara dan kereta api dengan kereta api ekspres koridor Jakarta-Semarang dan mengetahui besarnya probabilitas pelaku perjalanan pengguna moda pesawat udara dan kereta api eksekutif bersedia berpindah ke kereta api ekspres.

Tujuan penelitian ini adalah untuk membangun persamaan matematis model Logit Binomial yang dapat memberikan gambaran tentang kecenderungan pelaku perjalanan memilih antara moda peawat udara dengan kereta api ekspres dan kereta api eksekutif dengan kereta api ekspres.

METODE PENELITIAN

Studi Pustaka

Dalam survei preferensi, dikenal dua metode pendekatan. Pendekatan pertama adalah revealed preference (RP). Teknik revealed preference menganalisis pilihan masyarakat berdasarkan laporan yang sudah ada. Dengan menggunakan teknik statistik diidentifikasi faktor-faktor yang mempengauhi pemilihan. Teknik revealed preference memiliki kelemahan antara lain dalam hal memperkirakan respon individu terhadap suatu keadaan pelayanan yang pada saat sekarang belum ada dan bisa jadi keadaan tersebut jauh berbeda dari keadaan yang ada sekarang2).

Dalam kasus-kasus seperti itu, survei stated preference digunakan sebagai gantinya, karena survei ini dapat menilai pergerakan penumpang antar wilayah bahkan ketika beberapa moda transportasi yang saat ini tidak ada dimasukkan sebagai sarana transportasi alternatif, sedangkan survei revealed preference dapat menilai pergerakan penumpang hanya dengan


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 87

alternatif yang ada. Ada banyak penelitian semacam itu di transportasi udara dan transportasi darat, seperti Chang and Sun3), Yulai Wan et al.4), Jiang and Zhang5), Albalate et al.6), Xia and Zhang7) 8), Castillo-Manzano et al.9), Armstrong and Preston10), Bilotkach et al.11) and Jiménez and Betancor12).

Kelemahan pada pendekatan pertama ini dicoba diatasi dengan pendekatan kedua yang disebut teknik stated preference (SP). Teknik SP merupakan pendekatan terhadap responden untuk mengetahui respon mereka terhadap situasi yang berbeda. Pada teknik ini peneliti dapat mengontrol secara penuh faktor-faktor yang ada pada situasi yang dihipotesis. Masing-masing individu ditanya tentang responnya jika mereka dihadapkan pada situasi yang diberikan dalam keadaan yang sebenarnya (Bagaimana preferensinya terhadap pilihan yang ditawarkan).

Kebanyakan stated preference menggunakan perancangan eksperimen untuk menyusun alternatif-alternatif yang disajikan kepada responden. Rancangan ini biasanya dibuat “orthogonal”, artinya kombinasi antara atribut yang disajikan bervariasi secara bebas satu sama lain. Keuntungannya adalah bahwa efek dari setiap atribut yang direspon lebih mudah diidentifikasi13). Suatu moda dipilih jika utilitasnya meningkat dengan beberapa alasan antara lain, pertama utilitas sendiri merupakan fungsi dari efek jaringan, makin banyak pengguna, makin bernilai layanannya, semakin tinggi utilitasnya. Kedua, utilitas meningkat seiring dengan penurunan biaya pengguna. Ketiga, adanya kemajuan teknologi yang terjadi seiring waktu dan seiring bertambahnya jumlah penggunaakan menurunkan biaya relatif14).

Moda dipilih jika utilitasnya meningkat karena beberapa alasan, antara lain, pertama utilitas itu sendiri adalah fungsi dari efek jaringan, semakin banyak pengguna, semakin bernilai layanan, semakin tinggi utilitas. Kedua, pemanfaatan meningkat seiring dengan penurunan biaya pengguna. Ketiga, kemajuan teknologi yang terjadi seiring waktu dan dengan meningkatnya jumlah pengguna akan menurunkan biaya relatif14).

Persamaan utilitas yang digunakan dapat dituliskan sebagai berikut:

(1)

Di mana: = probabilitas pemilihan moda baru;

; = biaya moda baru; biaya moda

eksisting; ; = waktu tempuh moda baru,

waktu tempuh moda eksisting; dan = Utilitas moda baru

Model tersebut dapat diterjemahkan

menjadi:

(2)

Di mana setiap variabel mewakili

karakteristik perjalanan. Nilai β0 disebut konstanta spesifik alternatif. Kebanyakan pemodel mengatakan nilai ini mewakili karakteristik yang tidak dimasukkan dalam persamaan. Menurut Nachrowi15), uji hipotesis berguna untuk menguji signifikansi koefisien regresi yang didapat. Artinya, koefisien regresi yang didapat secara statistik tidak sama dengan nol, karena jika sama dengan nol maka dapat dikatakan bahwa tidak cukup bukti untuk menyatakan variabel bebas mempunyai pengaruh terhadap variabel terikatnya. Untuk kepentingan tersebut, maka semua koefisien regresi harus diuji. Uji-t digunakan untuk menguji koefisien regresi secara individu. Pengujian dilakukan terhadap koefisien regresi populasi, apakah sama dengan nol, yang berarti variabel bebas tidak mempunyai pengaruh signifikan terhadap variabel terikat, atau tidak sama dengan nol, yang berarti variabel bebas mempunyai pengaruh signifikan terhadap variabel terikat.

Model Pemilihan Diskrit

Menurut Tamin16), secara umum model pemilihan diskrit dinyatakan sebagai peluang setiap individu memilih suatu pilihan merupakan fungsi ciri sosioekonomi dan daya tarik pilihan tersebut. Untuk menyatakan daya tarik suatu alternatif, digunakan konsep utilitas dan didefinisikan sebagai sesuatu yang dimaksimumkan oleh setiap individu. Domencich and McFadden,

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (85-92)

88 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

1975 dan Williams, 1977, sebagaimana dikutip dari Tamin16), mengemukakan bahwa setiap set pilihan utilitas Uin untuk setiap individu n. Pemodel yang juga merupakan pengamat sistem tersebut tidak mempunyai informasi yang lengkap tentang semua unsur yang dipertimbangkan oleh setiap individu yang menentukan pilihan. Sehingga dalam membuat model diasumsikan bahwa Uin dapat dinyatakan dalam dua komponen, yaitu : 1. Vin yang terukur sebagai fungsi dari

atribut terukur. 2. Bagian acak ɛin, yang mencerminkan hal

tertentu dari setiap individu, termasuk kesalahan yang dilakukan oleh pemodel.

Secara umum, pengaruh tersebut dapatdiekspresikan menjadi :

(3)

dengan : = utilitas alternatif i bagi pembuat

keputusan n

= fungsi deterministik utilitas moda i

bagi individu n

= kesalahan acak (random error) atau

kompenen stokastik dan fungsi distribusi tertentu

Persamaan tersebut dapat menjelaskan

hal-hal yang tidak rasional. Contohnya, dua individu dengan atribut yang sama dan mempunyai set pilihan yang sama mungkin memilih pilihan yang berbeda dan beberapa individu tidak selalu memilih alternatif yang terbaik. Agar persamaan tersebut benar, dibutuhkan populasi yang homogen. Individu yang berada dalam suatu populasi yang homogen akan bertindak secara rasional dan memiliki informasi yang tepat sehingga biasanya dapat menentukan pilihan yang dapat memaksimumkan utilitas individunya masing-masing sesuai dengan batasan hukum, sosial, fisik, waktu dan uang.

Model Logit Binomial

Pengambilan keputusan pada model

logit binomial ditentukan pada sepasang alternatif diskrit, dimana alternatif yang akan dipilih adalah yang mempunyai utilitas terbesar, utilitas dalam hal ini dipandang sebagai utilitas acak (random utility). Pada penelitian ini akan disurvei kecenderungan penumpang dalam memilih moda antara kereta api (KA) ekspres (moda baru) dengan kereta api (KA) eksekutif saat ini dan antara KA ekspres (moda baru) dengan pesawat udara pada rute Jakarta – Semarang.

Dengan dua alternatif moda maka persamaan tersebut dapat ditulis sebagai berikut.

(4)

(5)

dengan:

: adalah probabilitas untuk memilih KA

Ekspres : adalah probabilitas untuk moda

pesawat,

Pemilihan Moda dan Survei Lapangan

Pelaku perjalanan umumnya menentukan pilihan moda yang akan digunakan dengan melihat utilitas suatu moda yang paling baik. Utilitas moda dalam penelitian ini terdiri dari variabel waktu dan biaya perjalanan. Utilitas suatu moda tertinggi jika memiliki waktu pelayanan dan biaya perjalanan terendah.

Jou et al.17) mensimulasikan inisiasi layanan transportasi berkecepatan tinggi yang terikat ke Bandara Internasional Taoyuan (TIA) di Taiwan dan menganalisis pilihan penumpang internasional ketika berada di bawah pengaruh waktu tempuh di dalam kendaraan, waktu tempuh di luar kendaraan dan biaya bahan bakar.

Jung dan Yoo18) berhipotesis bahwa versi yang lebih cepat dari layanan Korea Train Express (KTX) akan menghubungkan Gimpo (Seoul) dan Gimhae (Busan), dan menganalisis perilaku pilihan mode penumpang bisnis dan rekreasi di antara Full Service Carrier (FSC), Rendah Cost Carrier (LCC) dan KTX melalui studi perbandingan menggunakan model Multinomial Logit (MNL) dan Nested Logit (NL). Tarif, waktu akses, waktu perjalanan, dan frekuensi dianggap sebagai variabel. Hasilnya menunjukkan bahwa penumpang umumnya memberi bobot pada pengurangan waktu akses dalam memilih moda transportasi.

Beberapa studi tentang masalah apakah penyediaan dan permintaan layanan udara dipengaruhi oleh HSR telah dilakukan. Misalnya, Dobruszkes et al.19), melakukan analisis ex-post untuk menemukan bahwa waktu tempuh HSR yang lebih pendek melibatkan lebih sedikit layanan udara di Eropa, dengan dampak yang sama pada kursi dan penerbangan maskapai.

Pada penelitian ini, dalam membentuk model, parameter utilitas yang digunakan adalah beda waktu perjalanan (TD) dan beda biaya perjalanan (CD).


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 89

Oleh karena itu, dalam survei Stated Preference, dilakukan wawancara kepada calon penumpang di bandara dan stasiun kereta api dengan memberikan beberapa pertanyaan yang menggambarkan variasi kondisi alternatif pelayanan atas pemilihan moda yang ditawarkan.

Pemilihan responden pada studi ini mengacu pada metode stratified random sampling, yaitu proses pengambilan sampel melalui proses pembagian populasi ke dalam strata (lokasi asal dan tujuan), memilih sampel acak sederhana dari setiap stratum dan menggabungkannya ke dalam sebuah sampel untuk menaksir parameter populasinya.

Pada dasarnya tidak ada satu rumus pun yang dapat menentukan ukuran sampel secara paling tepat dan tidak ada pula aturan yang dapat menjelaskan dengan tegas antara sampel besar dan sampel kecil20). Pada studi ini digunakan acuan metode Roscoe21) dalam menentukan jumlah sampel. Menurut Roscoe21), untuk kebanyakan penelitian ukuran sampel lebih dari 30 dan kurang dari 500 adalah cukup.

Tabel 1. Jumlah Responden Rute Jakarta – Semarang

Rute Lokasi

Survei SP

Jumlah

Responden

Rasio

Sampel

JKT - SMG

Bandar udara

1317 3%

Stasiun 193 2%

Namun pada praktiknya, besarnya target

sampel memerlukan beberapa penyesuaian tergantung kondisi lapangan dan kompleksitas dari masing-masing lokasi survei. Dalam pelaksanaannya akan terdapat keragaman jumlah sampel yang berhasil dikumpulkan. Jumlah responden dan lokasi survei ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 2.

Format Pilihan Untuk Penumpang Pesawat Udara

Naik Kereta Api Ekspres

Pilihan Responden (beri tanda x)

Beda Waktu

Beda Biaya

1 2 3 4 5

(menit) (Rp) Pes-awat

Pes-awat

KA ekspres

KA ekspres

Keterangan :

1.Tetap 2. Cenderung tetap 3. Netral

4. Cenderung naik 5. Naik

Dalam wawancara, responden diminta memilih kecenderungannya dalam menggunakan suatu moda, apakah tetap menggunakan moda saat ini atau ganti moda baru (kereta api ekspres). Adapun format pilihan untuk responden dari penumpang pesawat udara di bandara ditunjukkan pada Tabel 2.

Penumpang pesawat udara diberi pertanyaan untuk menentukan kecenderungan dalam memilih moda dalam beberapa variasi kondisi, jika naik KA ekspres waktu tempuh sama atau lebih cepat dan biaya sama atau lebih mahal dibandingkan dengan naik pesawat udara. Sedangkan untuk responden penumpang kereta api eksekutif di stasiun kereta api,pilihan jawaban kecenderungan pemilihan moda ditampilkan pada Tabel 3.

Tabel 3. Format Pilihan Untuk

Penumpang KA Eksekutif

Naik Kereta Api Ekspres

Pilihan Responden (beri tanda x)

Beda Waktu

Beda Biaya

1 2 3 4 5

(menit) (Rp) KA

saat ini

KA saat ini

KA ekspres

KA ekspres

Keterangan :

1.Tetap 2. Cenderung tetap 3. Netral

4. Cenderung naik 5. Naik

Penumpang KA Eksekutif diberi pertanyaanuntuk menentukan kecenderungan dalam memilih moda dalam beberapa variasi kondisi, jika naik KA ekspres waktu tempuh sama atau lebih cepat dan biaya sama atau lebih mahal dibandingkan dengan naik KA Eksekutif.

Fungsi utilitas dibangun dengan menghitung pengaruh komponen atribut yang berhubungan dengan pilihan moda menggunakan regresi linear. Utilitas pada dua model kompetisi, pertama, pesawat udara dengan KA ekspres dan kedua KA eksekutif dengan KA ekspres. Kedua model tersebut adalah sebagai berikut: Model 1 (Pesawat udara dengan KA ekspres)

(6)

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (85-92)

90 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

Model 2 (KA eksekutif dengan KA ekspres)

Untuk menghitung probabilitas preferensi

KA ekpres ( ) dibandingkan dengan

pesawat udara digunakan persamaan berikut.

(7)

Sedangkan untuk menghitung

probabilitas preferensi KA ekpres ( )

dibandingkan dengan KA eksekutif digunakan persamaan berikut.

(8)


Kondisi saat ini menunjukkan bahwa

harga tiket pesawat udara relatif lebih mahal dibandingkan harga tiket kereta api. Tabel 4 menunjukkan komparasi waktu tempuh dan harga tiket.

Tabel 4.

Waktu Tempuh dan Harga Tiket Rute Jakarta - Semarang

Keretangan

Pesawat Udara

Kereta Api

JKT-SMG JKT-SMG

Waktu Tempuh Rata-Rata (jam)

4,3 (total) 6 (hanya on

board)

Harga Tiket Rata-Rata

Rp 520.000 Rp 324.000

Kalibrasi adalah proses estimasi nilai

parameter dalam persamaan yang memberikan hasil terbaik atau terdekat dengan pengamatan di lapangan. Analisis dalam persamaan regresi akan menghasilkan nilai numerik konstanta dan koefisien regresi persamaan. Hasil perhitungan regresi untuk fungsi utilitas dapat dilihat pada Tabel 5.

Dari analisis regresi pada Tabel 5 dengan confidence level 95% diperoleh bahwa R2 model utilitas pada penumpang pesawat udara adalah sebesar 0.51 dan penumpang kereta api 0.56. Berarti kedekatan antara model dengan keadaan lapangan relatif masih baik. Ini berarti bahwa pengaruh semua atribut terhadap perubahan utilitas pada model ini adalah 51% dan 56% sisanya dipengaruhi oleh atribut lain yang tidak dipertimbangkan dalam model ini.

Pada fungsi utilitas tersebut, variabel waktu perjalanan memiliki tanda positif (+) pada semua persamaan baik dengan pesawat udara maupun KA eksekutif. Ini berarti bahwa jika perjalanan dengan KA ekspres lebih cepat akan menaikkan utilitas kereta api ekspres, sehingga probabilitas penumpang beralih ke kereta api ekspres meningkat.

Sedangkan variabel biaya perjalanan memiliki tanda negatif (-), ini berarti bahwa jika biaya perjalanan dengan KA ekspres meningkat akan menurunkan utilitas KA ekspres, sehingga probabilitas penumpang beralih ke KA ekspres akan menurun juga. Gambar 1 dan Gambar 2 berturut-turut menunjukkan probabilitas pemilihan moda pada responden penumpang pesawat udara dan kereta api kelas eksekutif

Tabel 5. Hasil Analisis Regresi

Variable

Aircraft Executive

Train

Constants

-0.664179 2.939257

t-stat -5.183419 11.401470

Independen Variable: Time

Different 0.127809 3.790528

t-stat 30.467758 27.131992 Cost Diffrent

-0.000068 -0.000085

t-stat -34.400963 -53.820096

Multiple R2 0.716458 0.746943

R2 0.513313 0.557924


P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233 91

Gambar 1. Probabilitas Pemilihan Moda Penumpang Pesawat Udara

Gambar 2. Probabilitas Pemilihan Moda Penumpang Kereta Api Ekeskutif

Dari Gambar 1, menjelaskan bahwa probabilitas pemilihan moda untuk penumpang pesawat udara dengan kereta api ekspres terlihat apabila waktu tempuh dan biaya perjalanan sama maka probabilitas penumpang pesawat udara yang akan berpindah menggunakan kereta api ekspres sekitar 34%. Sedangkan, Gambar 2, penumpang kereta api kelas eksekutif dengan kereta api ekspres seandainya tiket kereta api ekspres lebih mahal Rp. 151.000,- (menjadi Rp. 475.000,-) dan waktu tempuh lebih cepat 2,5 jam (menjadi 3,5 jam) maka penumpang kereta api eksekutif yang akan berpindah sekitar 40%. Sedangkan penumpang pesawat udara pada kondisi yang sama, jika tiket KA ekspres Rp 475.000,- (lebih murah Rp. 45.000,-) dan waktu tempuh total (termasuk waktu akses) menjadi sekitar 5 jam (lebih lambat sekitar 46 menit) maka penumpang pesawat yang akan berpindah ke KA ekspres sekitar 2,7%.

Dari hasil simulasi menunjukkan bahwa penumpang pesawat udara lebih sensitif terhadap perubahan waktu tempuh dibandingkan penumpang KA eksekutif. Dari persamaan yang ada juga menunjukkan bahwa penumpang pesawat udara memiliki kemampuan membeli yang lebih tinggi dibandingkan penumpang KA eksekutif.

Jika waktu perjalanan KA ekspres 2,8 jam (kecepatan rata-rata 155,5 km/jam), maka potensi pendapatan terbesar jika tarif Rp. 360.000,-/penumpang. Pada kondisi ini KA ekspres waktu perjalanannya sama dengan pesawat udara (waktu access dan egress sekitar 1,5 jam) dan lebih cepat 3,2 jam dibandingkan KA eksekutif. Jumlah penumpang pesawat udara mencapai 2,85 juta penumpang/tahun dan kereta api eksekutif 0,62 juta penumpang/tahun.

SIMPULAN

Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan yang telah dilakukan pada penelitian ini dapat diambil kesimpulan beberapa hal sebagai berikut hasil analisis regresi untuk model utility pemilihan moda antara pesawat udara dengan KA ekspres dan antara KA eksekutif dengan KA ekspres rute Jakarta-Semarang berturut-turut memiliki nilai R2 sebesar 51,33% dan 55,79%. Ini menunjukkan bahwa model tersebut masih cukup bagus untuk digunakan, penumpang pesawat udara lebih sensitif terhadap perubahan waktu tempuh dibandingkan penumpang KA eksekutif, penumpang pesawat udara memiliki kemampuan membeli yang lebih tinggi dibandingkan penumpang

M.I.P.I. Vol.13, No 1, April 2019 - (85-92)

92 P-ISSN 1410-3680 / E-ISSN 2541-1233

KA eksekutif, dengan beroperasinya kereta ekpres Jakarta-Semarang dapat diindikasikan akan adanya perpindahan penumpang baik dari penumpang pesawat udara maupun kereta api kelas eksekutif.

SARAN

Untuk mendapatkan harga tiket yang optimum, selain besarnya permintaan penumpang yang memberikan pendapatan terbesar, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan memasukkan biaya operasi dan perawatan kereta api.

UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada Kementerian Perhubungan, Direktorat Jenderal Perkeretaapian, dan Pusat Pelayanan Teknologi BPPT, yang telah mendukung terlaksananya kegiatan penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

1. Kementerian Perhubungan dan BPPT,

Pra Studi Kelayakan Peningkatan

Kecepatan Kereta Api Koridor Jakarta –

Surabaya, 2017

2. Ortuzar, J.D., and Willumsen, L.G., Modelling Transport 3rd edition, John Wiley and Sons Ltd, England. 2001

3. Chang, L., Sun, P., Stated-choice analysis of willingness to pay for low cost carrier services. J. Air Transp. Manag. 20, 15e17, 2012

4. Yulai Wan, Hun-Koo Ha, Yuichiro

Yoshida, Anming Zhang, Airlines’ reaction to high-speed rail entries: Empirical study of the Northeast Asian market, Transportation Research Part A 94, 532–557, 2016

5. Jiang, C., Zhang, A., Effects of high-speed rail and airline cooperation under hub airport capacity constraint. Transport. Res. Part B: Methodol. 60, 33–49. 2014

6. Albalate, D., Bel, G., Fageda, X.. Competition and cooperation between high-speed rail and air transportation services in Europe. J. Transp. Geogr. 42, 166–174. 2015

7. Xia, W., Zhang, A., High-Speed Rail and Air Transport Competition and Cooperation: A Vertical Integration Approach. Working Paper, Sauder School of Business, University of British Columbia. 2016a

8. Xia, W., Zhang, A., Effects of Air and High-Speed Rail Transport Integration on Profits and Welfare: The Case of Air-Rail Connecting Time. Working Paper, Sauder

School of Business, University of British Columbia. 2016b.

9. Castillo-Manzano, J.I., Pozo-Barajas, R., Trapero, J.R., Measuring the substitution effects between high speed rail and air transport in Spain. J. Transp. Geogr. 43, 59–65. 2015.

10. Armstrong, J., Preston, J., Alternative railway futures: growth and/or specialisation? J. Transp. Geogr. 19 (6), 1570–1579. 2011.

11. Bilotkach, V., Fageda, X., Flores-Fillol, R., Scheduled service versus personal transportation: the role of distance. Reg. Sci. Urban Econ. 40 (1), 60–72. 2010.

12. Jiménez, J.L., Betancor, O., When trains go faster than planes: the strategic reaction of airlines in Spain. Transp. Policy 23, 34–41. 2012.

13. Pearmain, D et al. Stated Preference Techniques: A Guide To Practice. Second edition, Steer Davies Gleave and Hague Consulting Group. 1991.

14. David Levinson, Henry Liu, William Garrison, Adam Danczyk, Michael Corbett, Fundamentals of Transportation, http://code.pediapress.com/, 2009

15. Nachrowi, N. Djalal dan Hardius

Usman. Pendekatan Populer dan Praktis

Ekonometrika untuk Analisis Ekonomi dan

Keuangan, Jakarta: LPFE Universitas

Indonesia. 2006

16. Tamin, Ofyar Z. Perencanaan dan

Permodelan Transportasi. Bandung,

Indonesia: Penerbit ITB. 2008.

17. Jou, R.-C., Hensher, D.A., Hsu, T.-L.,

Airport ground access mode

choicebehavior after the introduction of a

new mode: a case study of Taoyuan

InternationalAirport in Taiwan. Transp.

Res. Part E 47, 371e381, 2011.

18. Jung, S.-Y., Yoo, K.-E., Passenger airline

choice behavior for domestic

shorthaultravel in South Korea. J. Air

Transp. Manag. 38, 43e47, 2014.

19. Dobruszkes, F., Dehon, C., Givoni, M.,

Does European high-speed rail affect the

current level of air services? an EU-wide

analysis. Transp. Res. Part A: Policy

Pract. 69, 461e475, 2014

20. Arsyad, Lincolin, Soeratno, Metodologi Penelitian Untuk Ekonomi dan Bisnis, UPPAMP YKPN, Yogyakarta, 1995.

21. Roscoe, J.T., Fundamental Research tatistics for The Behavioural Sciences, 2nd edition, New York: Holt Rinehart and Winston, 1975.

http://code.pediapress.com/

AAttuurraann PPeennuulliissaann MMaakkaallaahh MM..PP..II..

______________________________________________________________________________

ISSN 1410-3680

JUDUL MAKALAH UNTUK MAJALAH

PENGKAJIAN INDUSTRI (DALAM Bhs. INDONESIA & INGGRIS CENTER, HURUF Arial-14)

Sub Judul Ditulis Disini (Dari sini kebawah gunakan Arial12)

Nama Penulis (center, dari sini ke bawah Arial 10) Tempat & alamat bekerja, telepon/fax, e-mail.

Nabilaa, Farhan b,c a Jurusan Teknik Kimia, Institut Teknologi Kalbar, Jl.Kapuas no.6, Pontianak 78112.

b Laboratorium Teknologi Proses, Deputi Bidang TIRBR, BPPT. c Dosen Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Depok, Depok

e-mail : [email protected], [email protected]

Abstrak

(Dalam bahasa Indonesia dan Inggris) Disini anda diminta untuk menjelaskan hal yang telah dilakukan, hasil utama dan kesimpulan makalah saudara secara jelas dan singkat dalam

bahasa Inggris. Jumlah kata tidak lebih dari 200 kata. (Jarak tulisan kesisi kiri 5 cm dan kesisi kanan 4,5cm, ditulis 1 spasi, italic) Abstrak ditulis dalam bahasa Indonesia & bahasa Inggris. Kata kunci : Zeolit, Sedementasi. Dekantasi, Kalsinasi

Abstract in English

In here You must explain this abstract in English Key Words : Zeolit, Sedimentation. Decantation, Calcination

PENDAHULUAN Format utama terdiri atas 2 kolom. Buka

page set-up dan diset : Top 1,1”, bottom 0,8”, inside 1,2”, outside 1”, gutter 0”, header 0,7” dan footer 0,5”. Serta jarak kolom 1 cm. Tulisan dalam Microsoft Word, 1 spasi. Tuliskanlah latar belakang, penjelasan mengenai penelitian terkait, yang telah lebih dahulu dipublikasikan.

Selain itu jelaskan hal-hal yang spesifik dan khusus dalam penelitian anda. Kutipan dari references atau daftar pustaka dibuat

dengan tanda1), dengan 1 menunjukan nomor dalam daftar pustaka. Istilah dalam bahasa asing dan simbol matematika ditulis dengan huruf miring.

BAHAN DAN METODE

Tabel, gambar dan rumus dibuat seperti contoh dibawah ini disertai dengan penjelasannya

Tabel 1. Data Analisis XRD Sampel Zeolit

2 θ d space (Ǻ) Intensity

21.68 22.00 23.02

4.10 4.04 5.03

846.667 1293.330

11053.330

Sumber Data : Hasil Olahan Data Penelitian

Gambar 4. Foto SEM Zeolit

ax2 +bx +c = 0 (1) Catatan : Tabel dan Gambar dapat juga dibuat memenuhi seluruh lebar halaman.




AAttuurraann PPeennuulliissaann NNaasskkaahh MM..PP..II..

______________________________________________________________________________

ISSN 1410-3680

Judul Bab 3 ini dapat dipisahkan menjadi dua judul pasal, yaitu :

Hasil Penelitian

Pembahasan Dapat juga berisi sub-sub judul yang relevan dengan penelitian yang dilakukan. Sedang format page setupnya adalah sebagai berikut :

PAGE SET UP

Format utama 2 kolom

set up margins : (set custom margins)

Top 1,1 "(2.8 cm)

Bottom 0,8 "(2 cm)

Inside 1,2 "(3 cm)

Outside 1 "(2.5 cm)

Gutter 0"

Multiple pages mirror margins

Apply to this section

set up paper :

Paper A4

Width 8,27"(21 cm)

Height 11,69"(29.7 cm)

Apply to this secrtion

set up layout :

Section start continuous

Headers and Footers different odd & even

Headers 0,7"(1.8 cm)

Footer 0,5"(1.3 cm)

Vertical Alignment Top

Apply to This section

SIMPULAN

Simpulan (conclusion), hasil menyimpulkan berupa pendapat yang diperoleh setelah membahas sesuatu hal dalam bentuk narasi.

UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terimakasih berisi kepada siapa ucapan terimakasih disampaikan (sumber pendanaan) maupun instansi atau institusi yang membantu kelancaran penelitian.

DAFTAR PUSTAKA

Pengacuan pustaka 80% terbitan 10 tahun terakhir dan 80% berasal dari sumber acuan primer (jurnal).minimal 10 referensi. 1. Hens, S., Rosjidi, M., Proses Pemurnian

Zeolit Alam, Majalah Pengkajian Industri, , No. 21, 2003, p23.

2. Grobert P.S, W.S. Mortier, E.F. Vamsart and G. Schulz-Ekloff, Studies in Surface Science and Catalysis, Innovation in zeolite materials science, vol.37, Elsevier, Netherland, 2002.

3. ………, http: // www. mathey. ch/ fileadmin / user - upload / fichetechnique /EN/CuZn28.pdf, diakses Agustus 2009.

http://www.mathey.ch/fileadmin/user-upload/fichetechnique/EN/CuZn28.pdf



MAJALAH ILMIAH PENGKAJIAN INDUSTRI

Alamat Redaksi/Penerbit : Deputi Bidang Teknologi Industri Rancang Bangun dan

Rekayasa Gedung Teknologi II (251) Lantai 3, PUSPIPTEK Serpong,

TangSel (15314) Telepon : (021)75875944, ext. 1112, Fax.(021)75875938

E-mail : [email protected] Home Page : http://ejurnal.bppt.go.id/index.php/MIPI


Volume 13 Nomor 1 : April 2019

Documents

Transcript of Volume 13 Nomor 1 : April 2019