BAB I PENDAHULUAN Teknik perkapalan merupakan ilmu yang mempelajari tentang merencanakan, membangun dan mereparasi kapal. Dalam membuat kapal, perancang harus bisa memaksimalkan segala kebutuhan operasional kapal tersebut, dari segi kebutuhan keamanan kapal, keamanan penumpang, dan kebutuhan yang menyangkut jenis kapal. Salah satu kebutuhan itu adalah harus adanya listrik untuk menjalankan berbagai kebutuhan di kapal seperti untuk menghidupkan mesin pertama kalinya, sebagai penerangan, pompa-pompa dan kebutuhan yang lainnya. International Maritime Organization, (IMO) adalah suatu badan organisasi internasional yang mengkoordinasi industri pelayaran antar negara yang bertujuan untuk meningkatkan keselamatan maritim dan mencegah polusi air laut. IMO ini telah menghasilkan sekumpulan peraturan mengenai standar rancangan kapal, konstruksi dan peralatan keselamatannya yang disebut Safety Of Life At Sea (SOLAS), dimana isi peraturan didalamnya terus dimodifikasi dan dimoderenisasi untuk beradaptasi dengan perubahan teknologi dan peristiwa-peristiwa baru di laut. Salah satu peraturan itu adalah tentang perencanaan instalasi listrik. Pada dasarnya persyaratan tersebut untuk menjamin keamanan, kelayakan, dan pemaksimalan operasi instalasi listrik tersebut. kapal merupakan transportasi yang tak menetap (selalu berlayar dan berpindah tempat), maka kapal tidak bisa memakai listrik dari darat yang tersambung terus menerus. Oleh karena itu instalasi listrik dalam kapal harus memiliki sumber listrik yang mandiri, sumber listrik tersebut di hasilkan dari genset atau generator listrik. Generator adalah mesin listrik yang berfungsi untuk mengubah energi gerak/mekanik menjadi energi listrik. Sedangkan genset atau generator set adalah sebuah mesin listrik yang terdiri dari sebuah generator dan motor yang digunakan untuk menggerakkan motor generator. Dalam perencanaan kapal, merencanakan generator sebagai penyuplai kebutuhan kapal harus diperhatikan, karena dalam pemilihan generator harus mengetahui kebutuhan dari kapal yang akan di bangun sehingga dalam penggunaannya bisa maksimal. Kebutuhan listrik untuk setiap kapal berbeda-beda tergantung dari jenis dan ukuran kapal tersebut. Oleh karena itu, penulis sebagai mahasiswa teknik perkapalan mempelajari tentang perhitungan kelistrikan kapal yang di maksudkan agar pada saat merancang kapal bisa memilih generator yang sesuai untuk kapal yang di rancang tersebut. 1
Daya cadangan harus dimasukkan perhitungan untuk menutup kebutuhan daya pada puncak beben yang terjadi pada periode yang singkat, misalnya bila digunakan untuk mengasut motor – motor besar. Jika dilihat secara regulasi BKI mensyaratkan untuk daya keluar dari generator sekurang-kurangnya diperlukan untuk pelayanan dilaut harus 15% lebih tinggi daripada kebutuhan daya yang ditetapkan dalam balans daya. Selain itu juga harus diperhatikan faktor pertumbuhan beban untuk masa akan datang. Untuk menentukan kapasitas generator di kapal dipergunakan suatu tabel balans daya yang mana seluruh peralatan listrik yang ada kapasitanya atau dayanya tertera dalam tabel tersebut. Sehingga dengan tabel balans daya tersebut dapat diketahui daya
listrik yang
diperlukan untuk masing – masing kondisi operasional kapal. Dalam penentuan electric balans BKI Vol. IV (Bab I, D.I) mengisyaratkan bahwa : a.
Seluruh perlengkapan pemakaian daya yang secara tetap diperlukan untuk memelihara pelayanan normal harus diperhitungkan dengan daya kerja penuh.
b.
Beban terhubung dari seluruh perlengkapan cadangan harus dinyatakan. Dalam hal perlengkapan pemakaian daya nyata yang hanya bekerja bila suatu perlengkapan serupa rusak, kebutuhan dayanya tidak perlu dimasukkan dalam perhitungan.
c.
Daya masuk total harus ditentukan, dari seluruh pemakaian daya yang hanya untuk sementara dimasukkan, dikalikan dengan suatu faktor kesamaan waktu bersama (common simultancity factor) dan ditambahkan kepada daya masuk total dari seluruh perlengkapan pemakaian daya yang terhubung tetap.
d.
Daya masuk total sebagaimana telah ditentukan sesuai a. dan c. Maupun daya yang diperlukan untuk instalasi pendingin yang mungkin ada, harus dipakai sebagai dasar dalam pemberian ukuran instalasi generator.
2
BAB II PEMBAHASAN A. Teori Dasar Listrik Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatanlistrik. Muatan listrik adalah pengukuran muatan dasar yang dimiliki suatu benda. Muatan dasar listrik adalah coulomb. Dalam sistem tenaga listrik kita mengenal peralatan yang dapat mengubah energy listrik, baik dari energi listrik ke energi mekanis, ataupun dari energi mekanis ke energy listrik, serta mengubah energy listrik dari rangkaian yang satu ke rangkaian yang lainnya. Peralatan yang di gunakan secara singkat adalah: 1) Generator, adalah peralatan yang digunakan untuk mengubah energy mekanis menjadi energi listrik. Generator dibagi menjadi dua jenis, yaitu generator AC, dan Generator DC. 2) Motor, adalah peralatan listrik yang digunakan untuk mengubah energi listrik untuk menjadi energy mekanis. Motor juga dibagi menjadi dua, yaitu motor AC dan motor DC. 3) Transformator (Trafo), adalah peralatan yang digunakan untuk mengubah energy listrik menjadi energy listrik lainnya, dimana tegangan keluaran (output) dapat dinaikkan ataupun diturunkan sesuai kebutuhannya. Muatan listrik dapat bernilai positif, negative, dan nol (tidak terdapat muatan atau jumlah satuan muatn positif dan negatif sama). Tanda muatan menentukan apakah garisgaris medan listrik
yang disebabkannya berasar dari atau menuju darinya. Telah
ditentukan (berdasarkan gaya yang dialami oleh muatan uji positif) bahwa: Muatan positif (+) akan menyebabkan garis-garis medan listrik berarah dari padanya
menuju keluar. Muatan negative (-) akan menyebabkan garis-garis medan listrik berarah menuju
masuk padanya. Muatan no; ( ) tidak menyebabkan adanya garis-garis medan listrik. Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu.
Muatan tersebut dapat mengalir melalui penghantar listrik. Dalam fisika, arus listrik (Ampere) dilambangkan dengan A. satu ampere adalah suatu arus listrik yang mengalir. Suatu material yang dapat menghantarkan listrik adalah konduktor, contoh-contoh konduktor salah satunya adalah logam-logam seperti tembaga, perak, besi, dan material lain yang dapat menghantarkan listrik. Sebaliknya, material yang tidak dapat meghantarkan listrik disebut insulator, contohnya seperti plastic, keramikm karet dan lain sebagainya. 3
Pada perkembangannya arus yang dibangkitkan dari suatu pembangkit terdapat dua, yaitu arus bolak-balik (arus AC) dan arus searah (arus DC). Arus AC (alternating current) adalah arus listrik dimana besarnya dan arahnya arus berubah-ubah secara bolakbalik. Bentuk gelombang dari listrik arus bolak-balik biasanya berbentuk gelombang sinusoida, karena ini yang memugkinkan pengaliran energy yang paling efisien. Namun dalam aplikasi –aplikasi spesifik yang lain bentuk gelombang lain pun dapat digunakan. Arus DC (Direct Current) adalah aliran arus listrik yang konstan dari potensial tinggi ke potensial rendah. Pada umumnya ini terjadi dalam sebuah konduktor seperti kabel, namun bias juga terjadi ppada semikonduktor, isolator, atau juga vakum seperti halnya pancaran electron atau pancaran ion. Dalam listrik arus searah, muatan listrik mengalir ke satu arah, berbeda dengan arus AC. Istilah lama yang di gunakan pada arus searah ini adalah Arus Galvanis. B. Motor Induksi di Kapal Motor induksi merupakan aplikasi dari motor-motor elektrik. Motor induksi (asinkron) merupakan aplikasi motor elektrik yang sering digunakan . hal tersebut disebabkan oleh strukturnya yang sederhana, kokoh, dan harganya yang relative murah, mudah dirawat, dan sedikit gangguan dan pengoperasinya. Rotor motor induksi memiliki dua jenis rotor, yaitu: Rotor Belitan Pada rotor ini rotornya berupa belitan kumparan tiga fase sama seperti kuparan pada stator. Motor induksi dengan rotor ini memungkinkan penambahan (pengaturan) tahanan luar. Tahanan luar dapat diatur ini dihubungkan ke rotor melalui cincin. Hal tersebut dimaksudkan untuk membatasi arus start yang besar. Selain itu dengan
merubah sebuah tahanan luar, kecepatan motor dapat di atur. Rotor Sangkar Rotor sangkar berupa batang konduktor yang disusun sedemikian rupa menyerupai sangkar tupai. Pada rotor ini batang konduktor secara permanen terhubung singkat sehingga tidak mungkin memasangkan rangkaian tambahan seperti rotor belitan.
Aplikasi motor induksi di kapal Kecepatan, daya, dan siklus pengoperasian motor induksi dikapal disesuaikan dengan kebutuhan peralatan yang membutuhkan daya. Siklus pengoperasian motor induksi dibagi menjadi siklus kontinyu dan siklus intermittent. Tugas kontinyu jika motor melayani kebutuhan listrik pada interval waktu tertentu yang secara terus menerus. Tugas intermitten jika kapal melayani peralatan yang interval waktu tidak tentu. 4
Motor induksi yang digunakan diatas kapal biasanya mempunyai torsi start normal dan arus start yang rendah serta slip yang rendah. Motor induksi ini biasanya digunakan untuk pompacentrifugal, fan, blower, motor genset, dan kompresor yang belum dibebani saat start awal. Motor listrik jenis kedua yang digunakan mempunyai torsi start yang tinggi, arus start yang rendah dan slip yang kecil. Motor jenis ini biasanya digunakan untuk aplikasi seperti anchor, windlass, dan compressor yang dibebani saat start awal. Jenis motor induksi yang ketiga adalah motor yang mempunyai torsi start yang tinggi, arus start yang moderat, dan slip yang tinggi. Motor jenis ini biasanya digunakan untuk capstan, whinces, katup operator,conveyor, elevator, dan hoist. C. Perhitungan Load Generator Kapal Generator dikapal merupakan auxiliary engine atau alat bantu yang fungsinya adalah sumber pembangkit daya listrik yang ada. Sehingga keberadaannya sangat vital bagi operasional sebuah kapal. Faktor terpenting yang mempengaruhi pemilihan sistem pembangkit listrik di kapal adalah dengan pemilihan kapasitas generator yang sesuai. Biro Klasifikasi Indonesia (BKI) Vol IV Tahun 2004 mesyaratkan bahwa sekurang-kurangnya 2 agregat yang terpisah dari mesin penggerak utama harus disediakan untuk pemberi daya listrik. Daya keluaran harus berukuran sedemikian sehingga keluaran generator sih tersisa dan cukup untuk menutup kebutuhan daya dalam pelayaran dilaut ketika salah satu agregat rusak ataupun dihentikan. Daya cadangan harus dimasukkan dalam perhitngan untuk meutup kebutuhan daya pada puncak beban waktu singkat. Bila tidak ada petunjuk yang terperinci untuk menentukan persediaan daya yang cukup, daya keluar dari generator yang sekurangkurangnya diperlukan untuk pelayanan selama pelayaran di laut harus 15% lebih besar dari kebutuhan daya yang di tentukan dalam balance daya. Dalam penentuan electric balance BKI Vol. IV Tahun 2004 juga mensyaratkan bahwa: 1) Seluruh perlengkapan pemakain daya yang secara tetap diperlukan untuk memelihara pelayanan yang normal harus diperhitungkan dengan daya kerja penuh. 2) Beban terhubung dari seluruh perlengkapan cadangan harus dinyatakan. Dalam hal perlengkapan serupa rusak, kebutuhan dayanya tidak perlu dimasukkan perhitungan. 3) Daya masuk total yang harus ditentukan, dari seluruh pemakaian daya yang hanya dimasukkan, dikalikan dengan suatu faktor kesamaan waktu bersama (common simultancy faktor) dan di tambahkan kepada daya masuk total dari seluruh perlengkapan pemakaian daya yang terhubung tetap. 5
4) Daya masuk total sebagaimana ditentukan sesuai 1) dan 3) maupun kebutuhan daya utuk instalasi pendingin yang mungkin ada, harus dipakai sebagai dasar dalam pemberian ukuran instalasi generator. Sistem pembangkit listrik arus bolak-balik (Generator Arus AC) menjadi standar bagi kebanyakan instalasi listrik dikapal. Pemilihan sistem dengan arus bolak balik memiliki keuntungan yang signifikan daripada menggunakan sistem dengan arus searah (Arus DC). Keuntungan tersebut adalah:
Penghematan dalam biaya, berat peralatan dan kebutuhan ruang. Pemeliharaan yang rendah Ketersediaan peralatan yang tinggi Keandalan yang tinggi
Hubungan antara arus (I), Tegangan (V), dan daya (P) dalam hubungan bintang dan segitiga untuk rangkaian tiga phasa adalah seperti berikut ini :
Bintang Segitiga (delta) Tegangan (V) VL = √3 .Vph VL = Vph Arus (I) IL = Iph IL = √3 . Iph Daya (P) √3 . VL . IL . Cos ᶲ √3 . VL . IL . Cos ᶲ Perencanaan sistem pembangkit listrik pada suatu kapal perlu memperhatikan kapasitas dari generator agar dapat mensuplai kebutuhan listrik pada semua kondisi operasional kapal. Pemilihan kapasitas generator dipengaruhi oleh jenis dan fungsi kapal masing-masing. Kapasitas generator yang dipilih harus lebih besar dari kebutuhan daya listrik pada kondisi beban puncak. Kebutuhan maximum penting diketahui untuk menentukan kapasitas generator yang diperlukan. Sedangkan kebutuhan minimum digunakan untuk menentukan konfigurasi dari sistem pembangkit listrik yang sesuai serta untuk menentukan kapan generator di operasikan. Secara umum terdapat empat kelompok beban di kapal yang harus dilayani oleh generator berdasarkan fungsinya masing-masing: Beban yang terdapat pada geladak lambung (hull part) 6
Beban yang berupa peralatan yang menunjang sistem pendinginan palka Beban berupa electromotor yang menunjang sistem permesinan kapal Beban berupa penerangan, peralatan komunikasi, navigasi, dan sistem tanda bahaya. Berdasarkan aktifitas kapal terkait dengan peralatan-peralatan tersebut diatas
dikelompokkan dalam lima kondisi, yaitu: 1) Persiapan berlayar 2) Berlayar 3) Berlabuh 4) Bongkar muat 5) Manuver Pengelompokkan berdasarkan aktifitas kapal diatas bertujuan untuk memudahkan dalam penentuan faktor beban masing-masing peralatan, karena tidak semua peralatan listrik diatas bekerja secara kontinyu pada kondisi-kondisi pelayaran diatas. Dalam penentuan beban digunakan perhitungan analisa beban listrik (electric load analisis) yang berupa table dan biasanya disebut juga dengan tabel kalkulasi keseimbangan beban listrik (calculation of electric power balance) (sarwito. S, 1993). Faktor beban (Load faktor) peralatan Salah satu faktor yang penting dalam perencanaan kapasitas generator untuk mensuplay seluruh kebutuhan daya listrik di atas kapal adalah faktor beban. Faktor beban didefinisikan sebagai perbandingan antara waktu bekerjanya peralatan pada suatu kondisi dengan total waktu aktifitas suatu kondisi (sardono sawito 1993) dengan demikian: Faktor beban
=
Untuk peralatan yang jarang sekali digunakan nilai faktor bebannya dianggap nol seperti : Fire pump, anchor windlass, capstan, dan boat winches. Perhitungan faktor beban dipengaruhi hal-hal sebagai berikut: - Jenis kapal : berpengaruh terhadap jenis penggunaan suatu peralatan listrik - Rute pelayaran : berpengaruh mengenai jarak pelayaran yang berbeda akan -
diperoleh faktor beban yang berbeda. Karakter pembebanan dari peralatan yang terkait dengan jarak, jenis kapal, rute,
jumlah ABK dan penumpang serta kondisi cuaca. Faktor ketidaksamaan (Diversity Faktor) peralatan listrik diatas kapal memiliki karakteristik pembebanan yang spesifik, dimana peralatan tersebut beroperasi tidak pada waktu penggunaan yang teratur dan secara bersamaan. Yang dimaksud disini ialah peralatan tersebut jarang beroperasi secara kontinyu pada periode tertentu secara bersamaan. Oleh karena itu adalah penting untuk memperhatikan faktor ketidaksamaan ini dalam perencanaan kapasitas generator. Terdapat dua jenis pembebanan dalam pengoperasian peralatan listrik dikapal yaitu : 7
a) Beban yang bekerja terus-menerus (continues load) yaitu peralatan yang beroperasi secara kontinu pada kondisi pelayaran normal, seperti: lampu-lampu navigasi, pompa untuk CPP, dan lain sebagainya. b) Beban terputus-putus (intemiten load), yaitu peralatan yang beroperasi secara terputus-putus (periodic) pada kondisi pelayaran normal dengan periode waktu yang tidak tetap seperti pompa transfer bahan bakar, pompa air tawar, dan lain sebagainya. Deversity Faktor
=
Sesuai peraturan BKI Vol IV, tahun 2004, faktor kesamaan harus ditetapkan dengan dimasukan pertimbangan beban tertinggi yang diharapkan dapat terjadi pada waktu yang sama. Jika penentuan yang tepat tidaklah mungkin faktor kesamaan waktunya yang digunakan tidak boleh lebih kecil dari 0,5.
Sehingga dari faktor beban dan faktor ketidaksamaan, penentuan kapasitas generator dengan berdasarkan data load faktor dari peralatan-peralatan diatas kapal yang tepat akan dapat dijadikan sebagai dasar perencanaan sistem pembangkit listrik yang handal di kapal. Data ini dapat diuji dengan kapasitas generator terpasang telah sesuai untuk kebutuhan operasioal kapal. D. Perhitungan Kapasitas Dalam perhitungan kapasitas selain load faktor dan faktor diversity ada beberapa hal yang harus diperhatikan : a. Kondisi kapal. Kondisi kapal umumnya terdiri dari sandar atau berlabuh, manuver, berlayar, bongkar muat dan Emergency. Berbagai kondisi ini sangat tergantung dari type kapal. b. Data peralatan. Data ini dipergunakan untuk mengetahui jumlah daya atau beban yang diperlukan dan jumlah unit yang tersedia diatas kapal. Data peralatan ini berdasarkan perhitungan dan telah diverifikasi dengan data yang ada dipasaran. c. Penggolongan Peralatan Peralatan digolongkan berdasarkan : 8
Kondisi kapal (Poin a).
Letak atau fungsi (Hull part, Machinery Part dan Electrical part).
Tipe beban (Beban kontinyu atau beban Intermitten).
9
BAB III PERHITUNGAN A. Data Perhitungan Beban Penerangan dan Stop Kontak
10
11
B. Perhitungan Beban Peralatan Navigasi dan Emergency Table.1 Perhitungan Beban Peralatan Navigasi dan Emergency Kapal Tanker 12
C. Perhitungan Daya Tabel 2. Perhitungan Daya pada Kapal Tanker MT. T ALITAN
13
Pada tabel perhitungan daya diatas, maka dapat diambil kebutuhan daya yang terbesar ataupun maksimal, yakni sekitar 143,397 Kw. Hal ini di maksudkan untuk batasan pemilihan dalam memilih generator listriknya. D. Pemilihan Generator Listrik Dari perhitungan daya diatas, maka dapat direncanakan generator listrik untuk memenuhi kebutuhan kelistrikan di kapal MT. T ALITAN dengan memilih generator merek Carterpilar type C4.4 yang berjumlah dua sebagai generator primer di kapal dan generator merek Carterpilar type C6.6 ACERT dengan jumlah 1 buah, sebagai generator cadangan. Generator cadangan ini beroperasi ketika generator primer mengalami masalah, sehingga pada saat kapal beroperasi tidak mengalami gangguan dengan listriknya. Tabel 3 a. Generator set primer pada kapal MT. T ALITAN
Tabel 3 b. Generator set cadangan pada kapal MT. T ALITAN
14
E. Rute Pelayaran Rute pelayaran yang di rencanakan untuk kapal tanker MT. T ALITAN adalah kapal dengan daerah pelayaran nasional, yaitu dari pelabuhan Tanjung emas – Semarang ke daerah Samarinda dengan kecepatan dinas 13 knot. Jarak yang ditempuh dari pelabuhan Tanjung Emas – Semarang ke Samarinda yaitu 637 miles dengan waktu pelayaran sekitar 2 sampai 3 hari.
15
BAB IV PENUTUP A. Kesimpulan Muatan listrik adalah pengukuran muatan dasar yang dimiliki suatu benda. Dalam listrik ada tiga jenis peralatan yang dapat mengubah energi listrik, yaitu Generator (listrik – mekani), Motor (mekanis – listrik), dan Trafo (listrik – listrik). Kecepatan, daya, dan siklus pengoperasian motor induksi dikapal disesuaikan dengan kebutuhan peralatan yang membutuhkan daya. Siklus pengoperasian motor induksi dibagi menjadi siklus kontinyu dan siklus intermittent. Generator dikapal merupakan auxiliary engine atau alat bantu yang fungsinya adalah sumber pembangkit daya listrik yang ada. Sehingga keberadaannya sangat vital bagi operasional sebuah kapal. Pada Perencanaan kapal tanker MT. T ALITAN, perhitungan kebutuhan listrik dihitung dalam tiga jenis beban, yaitu berlabuh, berlayar, maneuver. Pada tiap-tiap beban dibagi menjadi beban siang dan malam. Dari perhitungan tersebut akhirnya di pilih generator primer dengan daya 86 Kw sebanyak 2 buah dengan merek carterpilar marine generator type C4.4, dan ditambah 1 generator cadangan dengan daya 170 Kw dengan merek Carterpilar marine generator type C6.6 ACERT. Rute pelayaran yang diambil untuk kapal ini adalah dari Semarang ke Samarinda dengan waktu dua sampai tiga hari dengan jarak 637 mill dan kecepatan 13 knot. B. Saran Saran yang dapat penulis sampaikan adalah: - Adanya penambahan materi untuk kelistrikan kapal, serta penambahan referensi yang lebih akurat sehingga bisa melengkapi kekurangan-kekurangan yang terdapat dalam -
laporan ini Mengembangkan teori-teori dan teknologi dalam bidang kelistrikan khususnya kelistrikan di kapal.
16
DAFTAR PUSTAKA -
Ariany Zulfaidah; 2012; Teknik Kelistrikan Kapal; Semarang Margudani, A.R; 1991, Dasar-dasar Teori Rangkaian; Airlangga; Jakarta Marine Electric (listrik perkapalan), Pusat Pengembangan dan aktifitas Instruksional
-
(P3AI), Sardono Sarwito, ITS Surabaya Michael Tooley, BA; 2002; Rangkaian Electronik Prinsip dan Aplikasi; Jakarta. Zuhal; 2000; Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Gaya; Jakarta http//:www.sea-distances.org
17
LAMPIRAN – LAMPIRAN
Gambar 1. Generator Set Carterpilar type C4.4
Gambar 2. Generator Set Carterpilar type C6.6 ASERT
18
