0088: Totok Yulianto dkk. TR-87

RANCANG BANGUN KAPAL HYBRID TRIMARAN YANG HANDALDAN EFISIEN

Totok Yulianto1, Suntoyo2, Eddy SetyoKoenhardono3, dan Novie Ayub4

1Staf Teknik Perkapalan FT. Kelautan ITS Surabaya Indonesia2Staf Teknik Kelautan FT. Kelautan ITS Surabaya Indonesia

3Staf Teknik Sistem Perkapalan FT. Kelautan ITS Surabaya Indonesia4Staf Teknik Listrik Industri (Power) Politeknik Elektronika

Negeri Surabaya, Surabaya Indonesia

Disajikan 29-30 Nop 2012

ABSTRAK

Makalah ini bertujuan untuk mempresentasikan sistem propulsi hybrid pada kapal trimaran. Perancangan systempropulsi hybrid dimulai dengan penentuan tahanan kapal trimaran serta stabilitas yang baik untuk kapal trimaran. Penen-tuan tahanan dilakukan dengan percobaan di tangki uji tarik (towing tank). Stabilitas kapal ditentukan berdasarkan metodeintegrator. Optimalisasi sel surya menggunakan metode MPPT(maximum power point tracker). Berdasarkan tahanan, stabili-tas dan optimalisasi sel surya dirancang system propulsi hybrid kapal trimaran tersebut. Perancangan system propulsi hybridmelalui kombinasi sistem tenaga surya, dan mesin berbahan bakar.

Kata Kunci: Kapal trimaran, tahanan, stabilitas, MPPT, system hibrid

I. PENDAHULUANPengembangan sarana transportasi laut yang cepat,

aman dan nyaman menjadi sebuah tuntutan yang tidakbisa dihindari. Tuntutan ini menjadi salah faktor ter-jadinya pengembangan bentuk kapal-kapal yang tidakkonvensional, misalnya kapal trimaran. Awal pengem-bangan kapal trimaran adalah pengembangan bentuklambung yang dibuat ramping (slender body), agar bisacepat dan memiliki hambatan yang rendah. Bentukyang ramping berakibat pada stabilitas yang rendah,sehingga diperlukan lambung tambahan di sampinglambung utama. Keunggulan kapal trimaran diban-dingkan kapal monohull adalah dalam hal kemampuanbermanuver, geladak yang luas, stabilitas yang lebihbaik maupun gerak rolling yang lebih kecil.[1–3]

Kapal trimaran memiliki dua sistem pembangkitdaya, yaitu sistem propulsi dan sistem pembangkitdaya listrik. Sistem propulsi memiliki fungsi un-tuk menghasilkan sejumlah daya yang mampu meng-gerakan kapal pada kecepatan dinasnya. Sedang-kan sistem pembangkit daya listrik berfungsi untukmemenuhi kebutuhan daya listrik yaitu pompa, kom-presor, peralatan navigasi dan komunikasi. GAMBAR 1memperlihatkan diagram alir energi pada kapal hy-brid trimaran yang direncanakan. Sistem propulsi hy-brid adalah sistem propulsi yang menggunakan dua

atau lebih sumber energi atau tenaga penggerak yangberbeda untuk menggerakkan kapal.

Kapal trimaran direncanakan menggunakan dua je-nis penggerak yang berbeda, yaitu mesin/motor dieselpada lambung utama kapal dan dua motor listrik padalambung samping kapal yang saling tidak tergantung.Motor diesel menggunakan sumber energi yang berasaldari energi fosil, sedangkan motor listrik menggunakansumber energy yang bisa berasal dari baterai dan energimatahari. Mode operasional dari sistem propulsi hy-brid adalah :

• Mode mekanis, kapal digerakkan oleh motor

GAMBAR 1: Sistem propulsi hybrid kapal trimaran.

Prosiding InSINas 2012

TR-88 0088: Totok Yulianto dkk.

diesel yang menggerakkan propeller utama dimainhull sedangkan kebutuhan daya listrik diper-oleh dari baterei dan sel surya.

• Mode elektris, kapal digerakkan oleh kedua motorlistrik arus searah, sedangkan motor diesel padaposisi off. Kedua motor listrik dan beban-beban lis-trik memperoleh daya listrik dari batterey dan selsurya.

• Mode generator, kapal digerakkan oleh motordiesel yang juga menghasilkan listrik melalui di-namo yang terkoneksi melalui rantai atau belt.Daya listrik arus searah yang dihasilkan oleh dy-namo dipergunakan untuk memenuhi seluruh ke-butuhan listrik di kapal dan pengisian batterey.

• Mode hybrid, kapal digerakkan oleh propelleryang digerakkan oleh motor diesel dan kedua pro-peller yang digerakkan oleh motor listrik. Kebu-tuhan daya listrik, baik untuk peralatan listrik dikapal dan kedua motor listrik DC, disuplai daribaterei dan sel surya.

Berdasarkan mode operasional di atas, maka peren-canaan sistem propulsi hybrid pada kapal trimaranharus dilaksanakan secara terpadu antara kebutuhandaya untuk sistem propulsi dan kebutuhan daya listrikoleh peralatan-peralatan listrik yang ada di kapal, sertaluas geladak kapal trimaran.

II. METODOLOGIPada GAMBAR 2 berikut ini, merupakan alur peran-

cangan system hybrid pada kapal trimaran, Perancan-gan sistem propulsi hybrid dimulai dengan menen-tukan tahanan kapal. Dari tahanan kapal yang diper-oleh dapat dipakai untuk menentukan daya dorong ka-pal. Daya dorong yang dipakai, digunakan untuk men-dorong kapal dengan kecepatan yang diinginkan. Ke-butuhan daya dorong disediakan oleh mesin diesel, bat-erai dan sel surya. Mesin diesel dioperasikan pada ka-pal trimaran untuk kecepatan sekitar 4-15 knots, se-dangkan baterai yang disuplai dari sel surya dan mesindiesel dipakai untuk mengoperasikan kapal pada ke-cepatan rendah yaitu 0-3 knots.

Berdasarkan mode operasional di atas, maka peren-canaan sistem propulsi hybrid pada kapal trimaranharus dilaksanakan secara terpadu antara kebutuhandaya untuk sistem propulsi dan kebutuhan daya listrikoleh peralatan-peralatan listrik yang ada di kapal, sertaluas geladak kapal trimaran.

Pada makalah ini, dijelaskan data kapal trimaranyang digunakan untuk penerapan system propulsi hy-brid. Tabel 1, menunjukkan dimensi utama kapal tri-maran dan displasemennya. Rasio displasemen demi-hulls dan mainhull berkisar 30%.

GAMBAR 2: Skesta Metodologi Penelitian

Percobaan tahanan kapal trimaran dilakukan untukmengetahui tahanan kapal trimaran yang minimum un-tuk berbagai variasi posisi, baik variasi posisi ke sam-ping (clearance) maupun variasi posisi ke depan (stag-ger). Konfigurasi variasi posisi diperlihatkan padaGAMBAR 3. Variasi Posisi ke samping (clearance) danvariasi posisi ke depan (staggers) ditabulasikan pada

TABEL 1: Data Kapal Trimaran

Prosiding InSINas 2012

0088: Totok Yulianto dkk. TR-89

tabel 2. Posisi ke samping B1 menunjukkan 1 lebarB mainhull, B2 adalah 1.5 lebar B mainhull, sedang-kan posisi ke depan menunjukkan S1 demihulls adalah10%Lwl ke depan, S0 sidehulls adalah 0%Lwl sejajardengan mainhull, S-1 demihulls adalah 10%Lwl di be-lakang mainhull. Pada GAMBAR 4, ditunjukkan rencanaumum kapal trimaran.

GAMBAR 3, menunjukkan rencana umum kapal tri-maran. Berdasarkan gambar ini juga dilakukan analisastabilitas kapal trimaran untuk variasi jarak titik beratkapal terhadap titik tekan kapal.

GAMBAR 3: Rencana Umum Kapal Trimaran

III. HASIL DAN PEMBAHASANA. Tahanan

GAMBAR 4 dan GAMBAR 5, menunjukkan hasil per-cobaan tahanan dan power yang dihasilkan oleh ka-pal trimaran untuk semua variasi posisi. Dari grafiktersebut memperlihatkan bahwa variasi posisi KapalTrimaran B2-S0 memberikan tahanan yang paling ke-cil dibanding variasi posisi yang lain, sehingga poweryang dibutuhkan untuk mendorong kapal lebih efisien.

GAMBAR 6 dan GAMBAR 7, menunjukkan hasil per-cobaan tahanan dan power yang dihasilkan oleh ka-pal trimaran untuk B2-S0, foil 1 dan foil 2. Dari grafiktersebut memperlihatkan bahwa kapal trimaran de-ngan tambahan foil 1 dan foil 2 memberikan tahananyang lebih kecil dibanding tanpa foil, sehingga poweryang dibutuhkan untuk mendorong kapal lebih kecildan efisien. Pada kecepatan 15 knot kapal trimaran de-

TABEL 2: Variasi PosisiPosisi ke samping

Posisi ke depan B1 B2S1 B1-S1 B2-S1S0 B1-S0 B2-S0

S-1 B1-S-1 B2-S-1

GAMBAR 4: Tahanan Kapal Trimaran untuk variasi posisi B1- S0,B2-S0,B1-S1, B2-S1 dan B2-S-1

GAMBAR 5: Tahanan Kapal Trimaran untuk variasi posisi B2-S0,B2-S0 foil 1, B2-S0 foil 2

GAMBAR 6: Power (EHP) Kapal Trimaran untuk variasi posisi B1-S0, B2-S0,B1-S1, B2-S1 dan B2-S-1

ngan foil 2 memberikan tahanan yang cenderung lebihkecil dibanding kapal trimaran dengan foil, seperti ter-lihat pada TABEL 1. Dengan demikian kebutuhan bahanbakar kapal trimaran dengan foil 2, akan lebih kecil di-banding kapal trimaran dengan foil 1.

B. StabilitasDari variasi titik berat yang bekerja pada kapal tri-

maran terlihat bahwa ketinggian KG sampai 400%KB(KB=0,35 m), yaitu 1,75 m, masih memberikan lenganstabilitas kapal yang baik, seperti terlihat pada GAM-

Prosiding InSINas 2012

TR-90 0088: Totok Yulianto dkk.

GAMBAR 7: Power (EHP) Kapal Trimaran untuk variasi posisiB2-S0,B2-S0 foil 1, B2-S0 foil 2

BAR 7 dan TABEL 2. Berdasarkan kriteria yang diberikanoleh HSC (High Small Craft) 2000,[1] pada variasi KG500%KB, stabilitas kapal trimaran dianggap gagal (fail),seperti terlihat pada TABEL 3.

TABEL 3: Data hasil percobaan kapal trimaran dengan foil dantanpa foil

TABEL 4: Lengan stabilitas kapal trimaran

TABEL 5: Kriteria Penentuan stabilitas kapal trimaran berdasarkanHSC 2000[1]

GAMBAR 8: Lengan Stabilitas kapal Trimaran

C. Perhitungan Kebutuhan Daya PropulsiBerdasarkan data hasil percobaan tahanan kapal tri-

maran yang optimal dari variasi posisi ke samping(clearance) dan variasi ke depan (stagger) serta dita-mbahkan foil untuk menambah gaya angkat pada ka-pal trimaran sehingga dapat memperkecil tahanan ka-pal, seperti ditampilkan pada GAMBAR 6 dan GAM-BAR 7. Berdasarkan grafik power-speed di atas, makadapat diperoleh kebutuhan kapasitas daya untuk sis-tem propulsi :

• Kecepatan kapal 3 knot menggunakan sistempropulsi elektris atau transmisi elektris dibutuhkandaya sebesar 6.35kW, sehingga dipilih dua motorDC dengan daya 4 HP.

• Kecepatan kapal 15 knot direncanakan mengguna-kan sistem propulsi mekanis atau transmisi meka-nis dibutuhkan daya 53,56 kW, sehingga dipilihmotor diesel 75 HP.

C-1. Analisa Perencanaan Sel SuryaSel surya dapat difungsikan sebagai sumber energy

penggerak motor DC dan pengisian baterai. Karakter-istik daya keluaran sel surya dipengaruhi oleh radiasisinar matahari dan temperatur permukaan sel surya,diperlukan sebuah algoritma untuk mencari titik dayamaksimum (MPP) dan menjaga pada titik kerja terse-but. Dengan menggunakan algoritma MPPT maka sis-tem dapat menyalurkan daya maksimal dari sel suryake beban.

Hasil pengujian sel surya dengan data parameterpada TABEL 4 pada pukul 10.00 WIB dan 15.30 WIB di-tunjukkan pada GAMBAR 8. Berdasarkan hasil pengu-jian penggunaan algoritma MPPT dan tanpa MPPT, me-nunjukkan bahwa penerapan algoritma MPPT dapatmengoptimalkan daya (daya maksimum) yang dihasil-kan sel surya sesuai besarnya insolasi matahari yangberubah terhadap waktu, seperti terlihat pada GAM-BAR 9.

Berdasarkan hasil percobaan tersebut, maka dayayang dapat dihasilkan oleh sel surya adalah 80

Prosiding InSINas 2012

0088: Totok Yulianto dkk. TR-91

TABEL 6: Parameter panel surya.Maximum Power (PM) 50 WOpen Circuit Voltage 21.6 VShort Circuit Current (Isc) 3.04 AMaksimum Power Voltage (Vmp) 17.6 VMaksimum Power Current (Imp) 2.84 A

GAMBAR 9: Pengujian sel surya[4]

GAMBAR 10: Pengujian MPPT dengan resistansi 36,9 Ohm[4]

Trimaran

watt/m2. Apabila luas permukaan atap kapal trimaran25 m2, maka daya yang bisa dihasilkan adalah 2000watt.

C-2. Analisa Perencanaan System HybridSesuai hasil analisa sel surya di atas, daya yang di-

hasilkan sel surya hanya 2 kW, sedangkan kebutuhandaya untuk motor mencapai 6,35 kW. Kondisi ini mem-buat system hybrid antara sel surya dan baterai seba-gai sumber energy bagi motor listrik tidak memung-kinkan, karena kebutuhan baterai yang besar, sehinggaberdampak pada berat baterai tinggi. Oleh karena itu,hybridisasinya menggunakan dynamo dan sel surya.Daya listrik yang disuplai dari dynamo sebesar 4,35 kWdan sel surya 2 kW untuk menggerakkan motor listrik.

IV. KESIMPULAN• Komponen-komponen sistem propulsi hybrid

pada kapal trimaran terdiri dari :

– Motor penggerak utama adalah motor dieseldengan daya 75 HP, motor ini berada di main-hull. Motor diesel ini dapat menggerakkanpropeller dan dynamo untuk menghasilkandaya listrik.

– Dua motor arus searah yang memiliki dayamasing-masing 4 HP, penempatannya padademihull

– Kapasitas dynamo yang diperlukan adalah 10kVA

DAFTAR PUSTAKA[1] Deakin, B (2005), ”An Experimental Evaluation

of the Stability Criteria of the HSC Code”, Inter-national Conference on Fast Sea Transportation,FAST’2005, June 2005, St Petersburg, Rusia.

[2] Dubrovsky, V (2004),”Ships with Outriggers”,Backbone Publishing Company, Fair Lawn, USA.

[3] Dubrovsky, V. and Lyakhovitsky A. (2001), ”Multi-Hull Ships”, Backbone Publishing Company, FairLawn, USA.

[4] Anizar Rizky dan Dwiky Alif S. ,”MaximumPower Point Tracker untuk Panel Surya StatisDengan Metode Hill Climbing”, Buku LaporanProyek Akhir PENS, 2012.

Prosiding InSINas 2012