CNG (Compressed Natural Gas) potention as an alternative fuel for fishing ship with 11 m length.

(1)

POTENSI CNG (COMPRESSED NATURAL GAS) SEBAGAI

BAHAN BAKAR ALTERNATIF KAPAL PENANGKAP

IKAN BERUKURAN PANJANG 11 M

IMAN ANUGERAH BINTORO

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(2)

INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Potensi CNG (compressed natural gas) Sebagai Bahan Bakar Alternatif Kapal Penangkap Ikan Berukuran Panjang 11 m adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir tesis ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

Bogor, 24 Desember 2013

Iman Anugerah Bintoro

(3)

IMAN ANUGERAH BINTORO. Potensi CNG (Compressed Natural Gas) sebagai Bahan Bakar Alternatif Kapal Penangkap Ikan Berukuran Panjang 11 M. Dibimbing oleh BUDHI HASCARYO ISKANDAR, MOHAMMAD IMRON ,dan YOPI NOVITA

Nelayan dalam melaksanakan operasi penangkapan ikan mengalami tantangan dari faktor eksternal dan faktor internal, terutama dalam hal pemenuhan kebutuhan ekonomi. Faktor eksternal yang menghambat adalah gempuran ikan impor yang menguasai pasar tradisional di sentra kelautan, cuaca buruk, dan gelombang tinggi. Faktor internal yang menghambat adalah tingginya biaya operasional kegiatan penangkapan ikan, terutama biaya bahan bakar yang merupakan variabel dominan dalam biaya operasional.

Mayoritas nelayan di seluruh perairan Indonesia menggunakan kapal kecil dalam kegiatan operasi penangkapan ikan. Kapal kecil yang dimaksud adalah kapal yang menggunakan motor tempel (outboard engine) atau kapal motor dengan nilai GT dibawah lima. Merujuk pada statistik perikanan tangkap perairan laut tahun 2011 (statistik.kkp.go.id), perahu penangkap ikan dengan motor tempel (PMT) di seluruh perairan Indonesia berjumlah 225.786 buah. Jumlah ini menunjukkan bahwa persentase perahu penangkap ikan dengan motor tempel jauh melebihi perahu tanpa motor dan kapal motor. Data statistik secara nasional tahun 2011 pun menunjukkan bahwa jumlah kapal ikan dengan nilai GT dibawah lima sebanyak 128.105 buah, lebih banyak dari seluruh kapal ikan yang memiliki GT

Permasalahan harga bahan bakar bagi nelayan adalah masalah laten. Hal ini disebabkan karena komponen terbesar dari biaya operasional penangkapan ikan bagi nelayan adalah biaya bahan bakar. Kebijakan subsidi dari Pemerintah pun tidak dirasakan merata di seluruh Indonesia

Berdasarkan paparan diatas, perlu adanya upaya untuk mengurangi ketergantungan terhadap ketersediaan bahan bakar minyak, dalam hal ini solar. Salah satu upaya yang dapat dilakukan adalah dengan menerapkan dual fuel

dalam penggunaan bahan bakar kapal. Dual fuel yang dimaksud adalah mengkombinasikan penggunaan bahan bakar solar dengan Compressed Natural Gas (CNG).

CNG kit memiliki dimensi yang cukup besar sehingga hanya cocok dipergunakan pada kapal dengan ukuran lebar diatas 2 m. Penggunaan CNG kit

(4)

Ikan (BBPPI) Kementrian Kelautan dan Perikanan yang bertempat di Semarang. Penelitian dilaksanakan mulai bulan September hingga bulan Desember 2012. Penelitian ini menggunakan metode eksperimental di workshop BBPPI Semarang dan simulasi numerik dengan perangkat lunak terkait. Data hasil percobaan pada penelitian merupakan data yang diperlukan untuk mengkaji potensi operasional mesin menggunakan dual fuel. Simulasi numerik dilakukan pada analisis stabilitas kapal untuk melihat pengaruh instalasi dual fuel pada kualitas stabilitas statis kapal.

Data yang dikumpulkan terdiri atas data utama dan data pendukung. Data utama terdiri dari output daya dan torsi, konsumsi solar, dan dimensi kapal ikan. Hasil penelitian BBPPI (2010) digunakan untuk mengetahui output daya dan torsi serta konsumsi bahan bakar. Data pendukung terdiri dari asumsi berat alat tangkap, volume palka, berat dan dimensi instalasi CNG (termasuk tangki dalam keadaan penuh), dan kebutuhan es. Data dimensi kapal ikan dan lines plan

diambil dari penelitian Nugraha (2004) dan digambar ulang lalu dimodifikasi hingga menjadi tiga gambar desain general arrangement.

Pengolahan data dilakukan dengan mentabulasikan data hasil percobaan pada potensi penggunaan dual fuel dan hasil simulasi numerik dari perhitungan stabilitas. Pada penelitian ini, data yang telah dikumpulkan melalui eksperimen dan simulasi akan dianalisa dengan menggunakan metode multi criteria analysis. Metode multi criteria analysis adalah metode analisis yang menggunakan sistem skoring dan standarisasi (bobot) untuk menemukan kombinasi perlakuan yang terbaik dari semua perlakuan yang ada.

Saat menggunakan dual fuel konsumsi solar dan harga total konsumsi bahan bakar lebih rendah jika dibandingkan saat menggunakan single fuel. Keunggulan penggunaan single fuel ada pada variabel daya yang dihasilkan, yaitu 23 % lebih besar jika dibandingkan dengan penggunaan dual fuel. Keunggulan dual fuel pada konsumsi solar dan harga total konsumsi bahan bakar lebih besar masing–masing 50,52 % dan 17,5 % jika dibandingkan dengan penggunaan single fuel. Pada potensi stabilitas, desain ke-2 lebih unggul dibandingkan dengan desain ke-1 dan desain ke-3 dengan nilai 5,5. Desain ke-3 memiliki nilai 5,08 dan desain ke-1 memiliki nilai 5,03. Dua potensi (operasional mesin dan stabilitas kapal) saat dikombinasikan menunjukkan bahwa keunggulan tertinggi terdapat pada kapal yang menggunakan dual fuel dengan CNG kit diletakkan di atas geladak dengan nilai sebesar 8,51 dari nilai maksimal sebesar 14. Kapal saat menggunakan dual fuel dengan CNG kit diletakkan di bawah ada di posisi kedua dengan nilai sebesar 8,46, sedangkan posisi terakhir adalah kapal yang menggunakan single fuel

dengan nilai sebesar 7,5

(5)

IMAN ANUGERAH BINTORO. CNG (Compressed Natural Gas) potention as an alternative fuel for fishing ship with 11 m length. Supervised by BUDHI HASCARYO ISKANDAR, MOHAMMAD IMRON, dan YOPI NOVITA

Fishermen get challenge from both internal and external when doing fishes catching process, especially at fulfill his economic needs. The external factors are import fishes who lead the markets, bad weather, and high sea waves. The internal factor is high operational cost, especially from fuel costs.

Majority of indonesia‟s fishermen use small ship for catch fishes. Small ship is ship that use outboard engine or non GT ship. According to 2011 fisheries statistics (statistik.kkp.go.id), fishing ship that use outboard engine have amounts of 225 786. these amounts shows that outboard engine fishing ship are dominant. Statistics data also shown that non GT fishing ship are dominant.

Fuel cost problem are latent problem for fishermen because it became biggest component from operational cost. Based on description above, it needs effort to reduce dependency to fuel stock, especially solar stock. One of efforts that can be done is implementation of dual fuel in fishing ship. Dual fuel is combination of solar and Compresed Natural Gas (CNG).

CNG kit only suitable for ship which have breadth more than 2 m. Usage of CNG kit will added mass 80 kg on board. These added mass will affected centre gravity position and ship stability. Purpose from thi research are study about engine operation potention technically and economically when using dual fuel compare with using single fuel, analyze best location for CNG that give best stability result for the ship, study best option for potention combination from engine operational and stability.

Research held at BBPPI workshop in Semarang, Central Java. This research conduct at September until December 2012 and using method experimental and numerical simulation. Data collected from BBPPI (2010) and Nugraha (2004). Data processed with microsoft excel and analyzed with multi criteria analysis. Multi criteria analysisi is analysis method that use scoring and standarization to define best potention combination. When using dual fuel, solar consumption dan total fuel costs is better than use single fuel. Superiority of single fuel locate at its horse power. Horse power from single fuel engine are 23% higher than dual fuel engine. Superiority of dual fuel are from solar consumption an total fuel costs. It superiority are 50,52 % and 17,5 % compared to single fuel. Design 3 has value 5,08 and design 1 has value 5,03. Two potension (engine operational ann ship stability) when combined shows that the best superiority occur when ship use dual fuel with CNG kit located above deck . this combination has value 8,51 from maximum value 14. Ship when using dual fuel with CNG kit located below deck is in second position with value 8,46, and the last position is ship with single fuel which have value 7,5

(6)

© Hak Cipta Milik IPB, tahun 2014

Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang

Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB

(7)

BAHAN BAKAR ALTERNATIF KAPAL PENANGKAP

IKAN BERUKURAN PANJANG 11 M

IMAN ANUGERAH BINTORO

Tesis

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains

Pada

Program Studi Teknologi Perikanan Tangkap

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(8)

(9)

Bahan Bakar Alternatif Kapal Penangkap Ikan Berukuran Panjang 11 m

Nama : Iman Anugerah Bintoro NIM : C 451 11 0031

Disetujui oleh

Komisi Pembimbing

Dr. Ir. Budhi Hascaryo Iskandar, M.Si Ketua

Dr. Ir. Mohammad Imron, M.Si Dr. Yopi Novita S.Pi, M.Si

Anggota Anggota

Diketahui oleh

Ketua Program Studi Dekan Sekolah Pascasarjana Teknologi Perikanan Tangkap

Prof. Dr. Ir. Mulyono S Baskoro, M.Sc Dr. Ir. Dahrul Syah, M.ScAgr

Tanggal Ujian : Tanggal Lulus :

(10)

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini dengan baik. Shalawat dan salam selalu tercurahkan kepada nabi Muhammad SAW. Penelitian ini dilaksanakan pada akhir tahun 2012 dengan judul “Potensi CNG (Compressed Natural Gas) Sebagai Bahan Bakar Alternatif Kapal Penangkap Ikan Berukuran Panjang 11 M”

Pada kesempatan ini saya ingin berterima kasih kepada beberapa pihak yang membantu terlaksananya penelitian ini sehingga dapat terselesaikan, yaitu Dr. Budhi Hascaryo sebagai ketua komisi pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu untuk berdiskusi dan sangat banyak membantu dalam hal teknis maupun non teknis sehingga tesis ini terselesaikan, Dr. Mohammad Imron sebagai pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu untuk berdiskusi dan memberi saran, Dr. Yopi Novita sebagai pembimbing yang telah banyak memberikan masukan dan saran yang berharga terutama dalam hal tata penulisan ilmiah, Bapak Suparman yang telah menginformasikan saya mengenai kegiatan rencana penelitian di Balai Besar Pengembangan Penangkapan Ikan, bapak Oktavian yang telah mendampingi dan membantu selama proses pengambilan data, bapak Hudring yang telah memberikan simulasi perhitungan berat alat tangkap gillnet, mas Sapto dan mbak Siti yang telah memberikan tempat tinggal dan pinjaman kendaraan selama penelitian berlangsung, bapak Bayari Sentono yang telah banyak membantu selama penelitian berlangsung, dan rekan-rekan sesama peneliti (Bagus, Dhimas, Reza).

Semoga penelitian ini dapat bermanfaat.

Bogor, 24 Desember 2013

(11)

DAFTAR TABEL ix

DAFTAR GAMBAR x

DAFTAR LAMPIRAN xi

1 PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Perumusan Masalah 4

Batasan Penelitian 5

Hipotesis 5

Tujuan Penelitian 5

Manfaat Penelitian 6

Kerangka Pemikiran 6

2 METODE 8

Tempat dan Waktu Penelitian 8

Bahan dan Alat 8

Metode Pengambilan Data 13

Metode Pengolahan dan Analisis Data 22

3 HASIL DAN PEMBAHASAN 32

Aspek Teknis pada Potensi Operasional Mesin 32

Aspek Ekonomis pada Potensi Operasional Mesin 34 Analisis Multi Kriteria pada Potensi Operasional Mesin 36 Aspek Teknis pada Potensi Stabilitas Kapal 38 Analisis Multi Kriteria pada Potensi Stabilitas 50

4 KESIMPULAN DAN SARAN 52

Kesimpulan 52

Saran 52

DAFTAR PUSTAKA 53

(12)

1 Dimensi utama kapal uji 3

2 Perbandingan harga mesin kapal 9

3 Spesifikasi mesin Dong Feng ZS 1100 9

4 Spesifikasi tabung CNG 12

5 Spesifikasi katup utama 13

6 Standar stabilitas kapal oleh IMO 15

7 Perlakuan pada tiap potensi 15

8 Tata letak dan berat komponen pada desain ke-1 16 9 Tata letak dan berat komponen pada desain ke-2 18 10 Tata letak dan berat komponen pada desain ke-3 20 11 Form data penggunaan bahan bakar solar (single fuel) 22 12 Form data penggunaan bahan bakar solar+CNG (dual fuel) 23

13 Form data stabilitas 23

14 Skoring untuk output daya 24

15 Skoring untuk konsumsi bahan bakar 24

16 Skoring untuk harga total konsumsi bahan bakar 25 17 Skoring untuk luas area 0° sampai 30° pada kurva stabilitas 25 18 Skoring untuk luas area 0° sampai 40° pada kurva stabilitas 26 19 Skoring untuk luas area 30° sampai 40° pada kurva stabilitas 26

20 Skoring untuk nilai maksimal GZ 27

21 Skoring untuk sudut maksimum GZ 27

22 Skoring untuk nilai GM pada kapal ikan 28

23 Standarisasi pada potensi operasional mesin 29

24 Standarisasi pada potensi stabilitas 30

25 Matriks sebanding secara berpasang 30

26 Penghematan biaya bahan bakar per satu jam pemakaian mesin 36 27 Perhitungan bobot pada potensi operasional mesin 37 28 multi criteria analysis potensi operasional mesin pada penggunaan

single fuel 37

29 multi criteria analysis potensi operasional mesin pada penggunaan dual

fuel 37

30 Perbandingan titik berat pada tiga desain general arrangement 40

31 Kriteria stabilitas kapal uji 47

32 Perhitungan bobot pada potensi stabilitas 51

(13)

1 Komposisi penggerak kapal ikan di Indonesia 1

2 Komposisi ukuran kapal ikan di Indonesia 2

3 Kerangka Pemikiran 7

4 Mesin Dong Feng ZS 1100 8

5 Impeller pada dinamometer tipe magnetic eddy current retarder 10

6 Gelas ukur 11

7 CNG kit 12

8 Lines plan kapal uji 14

9 General arrangement pada desain ke-1 17

12 Tahapan Penelitian 31

13 Sebaran nilai output daya mesin saat menggunakan single fuel dan dual

fuel 32

14 Sebaran nilai konsumsi solar saat menggunakan single fuel dan dual

fuel 34

15 Sebaran harga total konsumsi bahan bakar saat menggunakan single

fuel dan dual fuel 35

16 Ilustrasi LCG-VCG-TCG 39

17 Tipe-tipe stabilitas 42

18 Kriteria stabilitas oleh IMO 43

19 Kapal dengan stabilitas positif 44

20 Kapal dengan stabilitas negatif 45

21 Kapal dengan perpindahan muatan diatas kapal 45

22 Free surface effect diatas kapal 46

(14)

DAFTAR LAMPIRAN

1 Stability calculation for design 1 55

2 Stability calculation for design 2 65

3 Stability calculation for design 3 75

(15)

1 PENDAHULUAN

Latar Belakang

Nelayan dalam melaksanakan operasi penangkapan ikan mengalami tantangan dari faktor eksternal dan faktor internal, terutama dalam hal pemenuhan kebutuhan ekonomi. Faktor eksternal yang menghambat adalah gempuran ikan impor yang menguasai pasar tradisional di sentra kelautan dan cuaca buruk serta gelombang tinggi. Faktor internal yang menghambat adalah tingginya biaya operasional kegiatan penangkapan ikan, terutama biaya bahan bakar yang merupakan variabel dominan dalam biaya operasional.

Mayoritas nelayan di seluruh perairan Indonesia menggunakan kapal kecil dalam kegiatan operasi penangkapan ikan. Kapal kecil yang dimaksud adalah perahu yang menggunakan motor tempel (PMT) atau kapal motor yang memiliki nilai GT dibawah lima. Merujuk pada statistik perikanan tangkap perairan laut tahun 2011 (statistik.kkp.go.id), perahu penangkap ikan dengan motor tempel (PMT) di seluruh perairan Indonesia berjumlah 225.786 buah. Jumlah ini menunjukkan bahwa persentase perahu penangkap ikan dengan motor tempel jauh melebihi perahu tanpa motor dan kapal motor. Data statistik tahun 2011 menunjukkan bahwa secara nasional jumlah kapal ikan dengan nilai GT dibawah lima sebanyak 128.105 buah, lebih banyak dari seluruh kapal ikan yang memiliki nilai GT diatas lima. Gambar 1 menunjukkan komposisi dari tipe penggerak kapal penangkap ikan yang terbagi menjadi kapal dengan penggerak motor tempel;non motor; dan kapal motor. Gambar 2 menunjukkan komposisi ukuran kapal di seluruh perairan Indonesia

Gambar 1 Komposisi penggerak kapal penangkap ikan di Indonesia motor tempel

38%

non motor 29% kapal motor

(16)

Gambar 2 Komposisi ukuran kapal ikan di Indonesia

Permasalahan harga bahan bakar bagi nelayan adalah masalah laten. Hal ini disebabkan karena komponen terbesar dari biaya operasional penangkapan ikan bagi nelayan adalah biaya bahan bakar. Kebijakan subsidi dari Pemerintah pun tidak dirasakan merata di seluruh Indonesia.

Berdasarkan paparan diatas, perlu adanya upaya untuk mengurangi mengurangi ketergantungan terhadap ketersediaan bahan bakar minyak, dalam hal ini solar. Salah satu upaya yang dapat dilakukan adalah dengan menerapkan dual fuel dalam penggunaan bahan bakar kapal. Dual fuel yang dimaksud adalah mengkombinasikan penggunaan bahan bakar solar dengan Compressed Natural Gas (CNG). CNG adalah gas bumi/gas alam yang ditekan atau dimampatkan hingga 200 kg/cm2 atau lebih di dalam suatu tabung atau bejana tekan berbentuk silinder (BBPPI, 2010). CNG diperoleh dari proses penambangan gas alam atau gas bumi (Natural Gas = NG) yang dilanjutkan dengan proses pemurnian. Komposisi kandungan CNG didominasi oleh gas metana (CH4) dalam kisaran

70 % sampai dengan 90 %. CNG memiliki nilai oktan sekitar 120 dan massa jenis 0.6036 kg/m3 sehingga menjadikannya lebih ringan dari udara.

CNG memiliki perbedaan dengan LNG, LPG, dan LGV. LNG adalah Liquid Natural Gas, yaitu gas alam yang telah diproses untuk menghilangkan ketidakmurnian dan hidrokarbon berat dan kemudian dikondensasi menjadi cairan pada tekanan atmosfer dengan mendinginkannya pada suhu sekitar -160° Celcius. LPG adalah Liquid Petroleum Gas, yaitu campuran dari berbagai unsur hidrokarbon yang berasal dari penyulingan minyak mentah dan berbentuk Gas. Gas hasil penyulingan dinaikkan tekanannya hingga diatas 5 kg/cm2 dan diturunkan suhunya sampai gas berubah menjadi cair. LPG merupakan campuran terkompresi dari propana (C3H8) dan butana (C4H10). LGV adalah Liquid Gas for

Vehicle, yaitu LPG yang disesuaikan secara khusus untuk kendaraan dengan komposisi 59 % propana dan 41 % butana (BBPPI, 2010).

66% 20%

7% 4% 1% 1%

1% 0% 0% _0%

< 5 GT 5-10 GT 10-20 GT 20-30 GT 30-50 GT

(17)

Kelebihan CNG dibandingkan dengan LNG, LPG dan LGV adalah :

1. CNG berasal dari gas alam yang cadangannya di Indonesia masih tersedia hingga puluhan tahun kedepan;

2. CNG belum digunakan secara luas oleh masyarakat seperti halnya LPG yang telah digunakan dalam memenuhi kebutuhan rumah tangga dan konsumtif;

3. Harga CNG lebih murah daripada BBM karena teknologi yang digunakan untuk mengolah gas bumi lebih sederhana dan lebih murah dibandingkan minyak bumi;

4. CNG memiliki nilai oktan sebesar 120, lebih tinggi dibandingkan dengan nilai oktan LPG dan LGV sebesar 102;

5. CNG memiliki tekanan yang tinggi sehingga dapat lebih cepat terisi dalam tangki penyimpanan; dan

6. CNG secara ekonomis lebih murah dalam produksi dan penyimpanan dibandingkan LNG yang membutuhkan pendinginan dan tangki kriogenik yang mahal. akan mengakibatkan perubahan posisi titik berat pada kapal yang pada akhirnya akan mempengaruhi kualitas stabilitas kapal. Ukuran utama kapal yang akan diuji stabilitasnya disajikan dalam Tabel 1.

Tabel 1 Dimensi utama kapal uji

Hind (1967) menyatakan, keselamatan pelayaran suatu kapal lebih banyak ditentukan oleh stabilitas. Stabilitas kapal adalah kemampuan kapal tersebut untuk kembali ke posisi semula setelah mengalami gaya dari luar maupun dari dalam kapal yang menyebabkan kapal itu miring (Hind, 1967).

Berdasarkan pemaparan diatas, perlu dilakukan penelitian aspek teknis dan ekonomis terhadap potensi penggunaan dual fuel pada mesin kapal. Aspek teknis meliputi daya mesin dan konsumsi solar pada penggunaan dual fuel, serta kelayakan stabilitasnya setelah instalasi CNG kit ditambahkan pada kapal. Aspek ekonomis meliputi perbandingan biaya total konsumsi bahan bakar saat menggunakan dual fuel dan single fuel.

Dimensi Utama Dimensi

Panjang (L) 11,88 m

Lebar (B) 2,5 m

Tinggi geladak (D) 1 m

(18)

Dalam 10 tahun terakhir, telah banyak penelitian–penelitian yang dilakukan terkait dengan dual fuel dan stabilitas kapal, diantaranya dilakukan oleh :

1. Setiyanto, pada tahun 2002 meneliti efisiensi tekno stabilitas kapal ikan tradisional di Kabupaten Batang dan Demak;

2. Semin et al, pada tahun 2008 melakukan review terhadap penggunaan CNG

sebagai bahan bakar alternatif dan pengaruhnya terhadap daya dan emisi gas buang;

3. Hardjanto, pada tahun 2010 meneliti bahwa kasus kecelakaan - kecelakaan kapal yang terjadi erat kaitannya dengan aspek stabilitas sebuah kapal.;

4. Pangalila, pada tahun 2010 melakukan penelitian mengenai stabilitas statis kapal ikan tipe lambut;

5. Farhum, pada tahun 2010 melakukan kajian stabilitas pada empat tipe kasko kapal pole and line;

6. Susanto et al, pada tahun 2010 melakukan evaluasi desain dan stabilitas kapal penangkap ikan di PalabuhanRatu;

7. Pangalila, pada tahun 2011 melakukan penelitian mengenai stabilitas statis kapal pole and line KM Aldeia;

8. Semin et al, pada tahun 2012 meneliti pengaruh perubahan compression ratio

pada mesin diesel saat menggunakan bahan bakar CNG+solar terhadap output daya mesin; dan

9. Prasetio et al, pada tahun 2013 meneliti bahwa penggunaan solar sebanyak 10 liter dengan nilai Rp. 45 ribu, setelah dilakukan konversi pengunaan BBM setara dengan penggunaan 2 liter solar dan 6 liter CNG sehingga nelayan dapat menghemat sebanyak Rp. 16.500.

Penelitian-penelitian tersebut pada umumnya mengkaji aspek teknis dari penggunaan CNG dan secara terpisah mengkaji stabilitas pada kapal yang berbeda. Berdasarkan hal tersebut, penelitian aspek teknis penggunaan dual fuel

yang meliputi daya, konsumsi solar, dan stabilitas serta aspek ekonomis pada satu kapal yang sama perlu dilakukan. Penelitian ini pada akhirnya melengkapi penelitian-penelitian terdahulu yang belum banyak mengkaji aspek teknis dan ekonomis terhadap potensi penggunaan dual fuel pada kapal penangkap ikan berukuran panjang 11 meter.

Perumusan Masalah

Berdasarkan uraian diatas, permasalahan yang perlu dicarikan solusinya adalah :

1) Apakah penggunaan dual fuel memberikan keunggulan dan keuntungan dari segi teknis dan ekonomis, khususnya dalam hal operasional mesin;

2) Apakah instalasi dual fuel akan memberikan pengaruh pada stabilitas kapal ikan berukuran panjang 11 meter; dan

(19)

Ketiga permasalahan tersebut dirumuskan melalui serangkaian eksperimen dan simulasi. Eksperimen yang dilakukan meliputi uji coba mesin single fuel dan

dual fuel pada berbagai variasi putaran mesin untuk melihat output daya, konsumsi solar, dan biaya total konsumsi bahan bakar. Simulasi yang dilakukan meliputi penilaian kelayakan stabilitas pada satu desain kapal dengan instalasi

single fuel dan dua desain kapal dengan instalasi dual fuel. Analisis teknis dan ekonomis akan menggunakan multi criteria analysis untuk mengkaji keunggulan teknis, ekonomis, dan gabungan dari teknis dan ekonomis. Rangkaian eksperimen, simulasi, dan multi criteria analysis akan menjawab ketiga permasalahan yang ada.

Batasan Penelitian

1) Mesin yang digunakan untuk pengujian adalah mesin Dong Feng ZS1100; 2) Kapal yang digunakan untuk simulasi adalah jenis kapal motor (KM) dibawah

5 GT;

3) Kajian teknis dibatasi pada operasional mesin dan stabilitas statis; dan

4) Kajian ekonomi terbatas pada harga total konsumsi bahan bakar yang ditetapkan tahun 2012.

Hipotesis

Hipotesis dalam penelitian ini adalah penggunaan bahan bakar dual fuel akan meningkatkan keunggulan teknis pada mesin.

Tujuan Tujuan dari dilakukannya penelitian ini adalah :

(1) mengkaji potensi operasional mesin secara teknis dan ekonomis saat menggunakan dual fuel dibandingkan dengan penggunaan single fuel;

(2) Menganalisis penentuan posisi penempatan CNG kit yang menghasilkan stabilitas terbaik pada kapal; dan

(20)

Manfaat

(1) Memberikan informasi desain instalasi bahan bakar CNG yang memberikan kinerja stabilitas terbaik pada kapal ikan berukuran panjang 11 meter;

(2) Memberikan informasi kombinasi penggunaan bahan bakar dan instalasi sistem bahan bakar terbaik pada potensi operasional mesin dan stabilitas;

(3) Memberikan solusi bagi para nelayan untuk mengurangi biaya operasional;

(4) Memberikan masukan bagi pemerintah untuk membuat program konversi bahan bakar bagi para nelayan kecil;

(5) Memberikan wawasan dan pemahaman mengenai pemakaian dual fuel

bagi mesin diesel yang digunakan oleh kapal ikan berukuran panjang 11 meter; dan

(6) Sebagai dasar bagi penelitian lanjutan mengenai aspek teknis dan ekonomis pada kapal ikan berukuran panjang 11 meter.

Kerangka Pemikiran

(21)

Harga bahan bakar adalah

Kelayakan teknis dan ekonomis dual fuel sebagai bahan bakar alternatif bagi

kapal penangkap ikan berukuran 11 meter

(22)

2 METODE PENELITIAN

Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di workshop Balai Besar Pengembangan Penangkapan Ikan (BBPPI) Kementrian Kelautan dan Perikanan yang bertempat di Semarang. Penelitian dilaksanakan mulai bulan September hingga bulan Desember 2012.

Alat dan Bahan

Alat yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah :

1) 1 unit mesin diesel Dong Feng ZS1100;

Mesin Dong Feng ZS 1100 banyak digunakan karena harganya yang sangat ekonomis, yaitu Rp 4.250.000,00. Mesin Dong Feng ZS1100 memiliki harga yang berbeda jauh dengan marine diesel engine, marine gasoline engine, bahkan dengan mesin multiguna Kubota. Gambar 4 menunjukkan bentuk mesin Dong Feng ZS 1100, Tabel 2 menunjukkan perbandingan harga mesin kapal, dan Tabel 3 menunjukkan spesifikasi dari mesin Dong Feng ZS 1100.

(23)

Tabel 2 Perbandingan harga mesin kapal

Engine Maker Tipe Mesin Daya Harga

Dong feng ZS1100 Diesel multiguna 16 HP Rp 4.250.000

Kubota RD 140 Diesel multiguna 14 HP Rp 21.500.000

Yanmar 2YM 15 Marine diesel engine

14 HP Rp 60.880.000

Volvo Penta D1-13 Marine diesel engine

12 HP Rp 108.000.000

Yamaha F15SM Marine engine 15 HP Rp 27.660.000

Tohatsu MFS Marine engine 15 HP Rp 23.499.000

Suzuki DF15 Marine engine 15 HP Rp 22.950.000

Mercury 15M Marine engine 15 HP Rp 23.950.000

Sumber: (www.boats.net/outboard motor)

Tabel 3 Spesifikasi mesin Dong Feng ZS 1100

Model S 1100 A2

Tipe Horisontal, 4 langkah

Sistem pembakaran Swirl combustion chamber

Jumlah silinder 1

Diameter x langkah 100 x 115

Volume total (L) 0.903

Rasio kompresi 19.5:1

1 hr rated output (kW/rpm) 12/2 200

12 hr rated output (kW/rpm) 11/2 200

SFOC (gr/kWh) 250

SLOC (gr/kWh) n/a

Sistem pendingin Hopper

Sistem pelumasan Combined pressure and splashing

Metode starter Hand cracking

(24)

2) 1 unit dinamometer;

Dinamometer berfungsi untuk mengukur torsi dan daya sebagai fungsi kecepatan putar mesin sekaligus. Gambar 5 menunjukkan impeller sebagai bagian dari dinamometer yang digunakan.

Gambar 5 impeller pada Dinamometer tipe Magnetic Eddy Current Retarder

Dinamometer yang digunakan dalam percobaan memiliki spesifikasi

sebagai berikut :

Jenis : Magnetic Eddy Current Retarder;

Merk : Dyno Dynamics;

Maximum Power Steady Speed : 500 HP;

Maximum Torque Steady Speed : 1800 Nm;

(25)

3) Gelas ukur;

Gelas ukur digunakan untuk menampung solar yang akan digunakan untuk menguji mesin. Fungsi lain dari gelas ukur adalah untuk memberi takaran bahan bakar sehingga memudahkan dalam menghitung konsumsi solar. Gambar 6 menunjukkan bentuk gelas ukur yang digunakan.

Gambar 6 Gelas ukur

4) CNG kit;

(26)

Gambar 7 CNG kit

Tabel 4 Spesifikasi tabung CNG

Pembuat Beijing Tianhai Industry Co. Ltd

Lembaga pemberi sertifikasi Bureau veritas (BV)

Jangkauan temperatur gas -40 °C hingga 65 °C

Tekanan maksimal 200 bar

Usia pemakaian 15 tahun

Kapasitas (air) 55 L

Panjang tabung 935 mm±20

Berat kosong 48 kg±5 %

(27)

Tabel 5 Spesifikasi katup utama

Tekanan kerja maksimal 260 bar

Temperatur kerja -40 °C s.d 70 °C atau -40 °C s.d 85 °C

5) Stopwatch;

6) Kamera;

7) Timbangan digital; 8) Termometer digital; dan

9) Software desain kapal.

Bahan yang digunakan adalah bahan bakar jenis solar, dan Compressed Natural Gas.

Metode Pengambilan Data

Penelitian ini menggunakan metode eksperimental di workshop BBPPI Semarang dan simulasi numerik dengan perangkat lunak terkait. Data hasil percobaan pada penelitian merupakan data yang diperlukan untuk mengkaji potensi operasional mesin menggunakan dual fuel. Simulasi numerik dilakukan pada analisis stabilitas kapal untuk melihat pengaruh instalasi dual fuel pada kualitas stabilitas statis kapal.

Data yang dikumpulkan terdiri atas data utama dan data pendukung. Data utama terdiri dari output daya dan torsi, konsumsi solar, dan dimensi kapal ikan. Hasil penelitian BBPPI (2010) digunakan untuk mengetahui output daya dan torsi serta konsumsi bahan bakar. Hasil penelitian ini disampaikan dan dijabarkan pada Bab Hasil dan Pembahasan. Data pendukung terdiri dari asumsi berat alat tangkap, volume palka, berat dan dimensi instalasi CNG (termasuk tangki dalam keadaan penuh), dan kebutuhan es. Berat alat tangkap (gillnet) didapatkan dari simulasi perhitungan yang dikemukakan oleh BBPPI (2012). Volume ruang palka dan kebutuhan es didapatkan berdasarkan rumus dari Shawyer dan Pizzali (2003), yaitu:

FHV = L x B x D x 0,14 ± 10% ...(1)

Mi = (Mf x Tfi) /100. ...(2)

Dimana:

FHV = volume ruang palka L = panjang kapal; B = lebar kapal; D = tinggi geladak; Mi = massa dari es;

Mf = massa ikan yang akan didinginkan; dan

(28)

Merujuk pada Clarke dan Johnston (2002) dan Johnston et al. (1991), suhu tubuh ikan di perairan tropis adalah sebesar 30° C.

Data dimensi kapal ikan dan lines plan diambil dari penelitian Nugraha (2004) dan digambar ulang serta dimodifikasi hingga menjadi tiga Gambar desain

general arrangement. Gambar 8 menunjukkan lines plan kapal uji.

G

a

mb

a

r

8

Li

n

e

s

p

la

n

ka

pa

l

(29)

Berat alat tangkap, volume ruang palka, kebutuhan es, dimensi CNG kit, jumlah nelayan, dan lines plan menjadi variabel pada ketiga desain general arrangement hasil modifikasi. Setiap desain general arrangement diberi simulasi untuk mengetahui kualitas stabilitas statisnya.

Hasil dari eksperimen pada potensi operasional mesin dan simulasi pada potensi stabilitas akan menjadi dasar dalam menilai aspek teknis dan ekonomis. Terdapat beberapa perlakuan yang diberikan dalam penelitian ini. Pada potensi operasional mesin, perlakuan yang diberikan adalah dengan menggunakan sistem bahan bakar tunggal (single fuel) dan bahan bakar ganda (dual fuel).

Adapun perlakuan yang diberikan pada potensi stabilitas adalah dengan membuat tiga desain penempatan sistem bahan bakar. Parameter yang digunakan dalam menilai perlakuan yang diberikan adalah output daya, konsumsi solar, harga total konsumsi bahan bakar, luas area kurva 0° sampai 30°, luas area kurva 0° sampai 40°, luas area 30° sampai °40, nilai GM, nilai maksimal GZ, sudut pada nilai maksimal GZ. Tabel 6 dibawah ini menggambarkan ketentuan yang diatur oleh International Maritime Organization (IMO) mengenai standar minimal stabilitas yang harus dipenuhi oleh kapal, dan Tabel 7 menggambarkan perlakuan yang diberikan pada penelitian ini.

Tabel 6 Standar stabilitas kapal oleh IMO

Sumber :Muckle, 1978.

Tabel 7 Perlakuan pada tiap potensi

Potensi Perlakuan Parameter keterangan

Operasional mesin Single fuel

Sudut pada nilai maksimum GZ 25°

(30)

Pada variabel output daya; konsumsi solar; harga total konsumsi bahan bakar, pengukuran dilakukan pada putaran 1100 rpm, 1400 rpm, 1500 rpm, dan 1800 rpm. Pengukuran ini dilaksanakan di workshop BBPPI Semarang dengan menggunakan mesin Dong Feng ZS 1100 yang dilengkapi dengan dinamometer untuk mengukur daya dan gelas ukur serta timbangan digital untuk menghitung konsumsi solar dan CNG. BBPPI pun melakukan pengukuran pembanding dengan menggunakan kapal nelayan selama dua jam dengan kedua jenis bahan bakar (single fuel dan dual fuel). Nilai yang dibandingkan adalah pada putaran 1500 rpm, karena putaran tersebut merupakan service continous rating yang digunakan oleh nelayan saat operasi penangkapan ikan berlangsung.

Pada penilaian stabilitas, terdapat tiga desain general arrangement. Hal yang membedakan antara ketiga desain ini terutama pada jenis dan peletakan instalasi sistem bahan bakar. Pada desain ke-1, instalasi sistem bahan bakar menggunakan dual fuel dengan peletakan CNG kit dibawah geladak. Pada Desain ke-2, instalasi sistem bahan bakar menggunakan single fuel. Pada desain ke-3, sistem instalasi bahan bakar menggunakan dual fuel dengan peletakan CNG kit

(31)

G

a

m

ba

r

9

G

e

n

e

ral

Ar

ran

g

e

m

e

n

t

pa

d

a

de

sa

in

ke

(32)

Desain ke-1 menunjukkan bahwa terdapat empat orang nelayan yang diasumsikan berada di belakang dan di bagian tengah dengan berat masing-masing 75 kg. Dua orang berada pada posisi di 0,22 m dari titik afterpeak, dan dua orang lainnya berada pada posisi 2,69 m dari titik afterpeak. Gillnet yang digunakan untuk menangkap ikan akan disimpan di dalam net storage setelah operasi penangkapan ikan selesai dilaksanakan. Net storage berada pada posisi 9,30 m dari titik afterpeak dengan berat diasumsikan sebesar 150 kg. Titik

afterpeak adalah titik di bagian buritan kapal yang dijadikan sebagai titik nol atau titik awal perhitungan panjang kapal. Titik ini umumnya berada sejajar dengan poros kemudi.

Ikan yang telah ditangkap akan diletakkan di dalam fish hold yang berada pada posisi 6,53 m dari titik afterpeak dengan asumsi berat ikan sebesar 516 kg. Asumsi berat ikan didapatkan dari volume ruang palka (fish hold) yang terdapat pada General Arrangement setelah dikalikan dengan stowage factor ikan. CNG

kit diletakkan di bawah geladak dan berada pada posisi sejajar dengan mesin utama. Berat CNG kit adalah 80 kg dan berada pada posisi 5,02 m dari titik

afterpeak. Es digunakan untuk mendinginkan ikan hasil tangkapan agar kualitasnya tetap terjaga. Berat es yang terdapat di dalam kapal diasumsikan sebesar 221 kg dan berada pada posisi 1,03 m dari titik afterpeak.

Detail peletakan dan bobot dari komponen – komponen pada desain ke-2 dapat dilihat pada Tabel 9 dan Gambar 10.

Tabel 9 Tata letak dan berat komponen pada desain ke-2

(33)

G

a

mb

a

r

10

G

e

ne

ral

A

rr

an

ge

m

en

t

pa

da

de

sa

in

ke

(34)

Desain ke-2 menunjukkan bahwa terdapat empat orang nelayan yang diasumsikan berada di belakang dan di bagian tengah dengan berat masing-masing 75 kg. Dua orang berada pada posisi di 0,22 m dari titik afterpeak, dan dua orang lainnya berada pada posisi 2,69 m dari titik afterpeak. Gillnet yang digunakan untuk menangkap ikan akan disimpan di dalam net storage setelah operasi penangkapan ikan selesai dilaksanakan. Net storage berada pada posisi 9,30 m dari titik afterpeak dengan berat diasumsikan sebesar 150 kg.

Ikan yang telah ditangkap akan diletakkan di dalam fish hold yang berada pada posisi 5,85 m dari titik afterpeak dengan asumsi berat ikan sebesar 723 kg. CNG kit diletakkan di bawah geladak dan berada pada posisi sejajar dengan mesin utama. Desain ke-2 menggunakan bahan bakar single fuel, sehingga tidak terdapat CNG kit didalam kapal. Berat bersih CNG adalah 17 kg, dan CNG akan habis setelah mesin dinyalakan selama 21 jam pada service continous rating (1 500 rpm).

Nilai ini setara dengan penggunaan 57 liter solar, sehingga diperlukan penambahan 57 liter solar cadangan di atas kapal yang terbagi dalam empat jeriken. Jeriken ini akan diletakkan pada posisi 2,11 m dan 2,53 m dari titik

afterpeak. Es digunakan untuk mendinginkan ikan hasil tangkapan agar kualitasnya tetap terjaga. Berat es yang terdapat di dalam kapal diasumsikan sebesar 310 kg dan berada pada posisi 1,03 m dari titik afterpeak. Hal yang membedakan antara Desain ke-2 dan desain ke-1 adalah penggunaan single fuel. Penggunaan single fuel menjadikan ruang CNG kit dapat dikonversi menjadi fish hold sehingga ikan yang ditangkap 200 kg lebih banyak dibandingkan desain ke-1.

Detail peletakan dan bobot dari komponen – komponen pada desain ke-3 dapat dilihat pada Tabel 10 dan Gambar 11

Tabel 10 Tata letak dan berat komponen pada desain ke-3

(35)

G

a

mba

r

11

G

e

n

e

ra

l

Ar

ra

n

g

e

m

e

n

t

pa

da

de

sa

in

ke

(36)

Desain ke-3 menunjukkan bahwa terdapat empat orang nelayan yang diasumsikan berada di belakang dan di bagian tengah dengan berat masing-masing 75 kg. Dua orang berada pada posisi di 0,22 m dari titik afterpeak, dan dua orang lainnya berada pada posisi 2,69 m dari titik afterpeak. Gillnet yang digunakan untuk menangkap ikan akan disimpan di dalam net storage setelah operasi penangkapan ikan selesai dilaksanakan. Net storage berada pada posisi 9,30 m dari titik afterpeak dengan berat diasumsikan sebesar 150 kg.

Ikan yang telah ditangkap akan diletakkan di dalam fish hold yang berada pada posisi 5,85 m dari titik afterpeak dengan asumsi berat ikan sebesar 723 kg. CNG kit diletakkan di atas geladak. Berat CNG kit adalah 80 kg dan berada pada posisi 2,79 m dari titik afterpeak.

Es digunakan untuk mendinginkan ikan hasil tangkapan agar kualitasnya tetap terjaga. Berat es yang terdapat di dalam kapal diasumsikan sebesar 310 kg dan berada pada posisi 1,03 m dari titik afterpeak. Hal yang membedakan antara desain ke-3 dan desain ke-1 adalah peletakan tabung CNG. Tabung CNG pada desain ke-1 diletakkan di bawah geladak dan sejajar mesin utama, sedangkan pada desain ke-3, tabung CNG diletakkan di atas geladak sehingga ruang muat yang dimiliki oleh desain ke-3 mampu memuat ikan 200 kg lebih banyak jika dibandingkan dengan desain ke-1.

Metode Pengolahan dan Analisis Data

Pengolahan data dilakukan dengan mentabulasikan data hasil percobaan pada potensi penggunaan dual fuel dan hasil simulasi numerik dari perhitungan stabilitas. Metode analisis data merupakan bagian yang sangat penting dalam rangkaian penelitian. Pemilihan metode analisis yang sesuai akan memberikan penyelesaian yang tepat dalam menjawab sebuah permasalahan dan mencapai tujuan penelitian. Pada penelitian ini, data yang telah dikumpulkan melalui eksperimen dan simulasi dianalisa dengan menggunakan metode multi criteria analysis. Form Hasil analisis data disajikan dalam Tabel 11, 12, dan 13

Tabel 11 Form data penggunaan bahan bakar solar (single fuel)

Kriteria Tekno Ekonomi Solar Skor Bobot Jumlah

Daya saat menggunakan solar (HP) Konsumsi solar (cm3/h)

Harga konsumsi solar (Rp)

Jumlah

(37)

Tabel 12 Form data penggunaan bahan bakar solar+CNG (dual fuel)

Kriteria tekno ekonomi Dual

Fuel

Skor Bobot Jumlah

Daya saat menggunakan solar+CNG (HP) Konsumsi solar (cm3/h)

Keterangan : Std adalah standar minimal yang ditetapkan oleh IMO Skr adalah nilai skor pada tiap-tiap loadcase/desain Jml adalah nilai kualitas dari kriteria stabilitas

Metode multi criteria analysis adalah metode analisis yang menggunakan sistem skoring dan standarisasi (bobot) untuk menemukan kombinasi perlakuan yang terbaik dari semua perlakuan yang ada. Pada penelitian ini, perlakuan yang digunakan adalah:

Tabel 14 sampai 22 berisikan skoring pada berbagai variabel. Penetapan skoring 1 sampai 7 didasarkan pada perbedaan persentase kenaikan nilai pada setiap variabel yang akan menunjukkan kualitas dari setiap variabel. Nilai skor yang rendah menunjukkan kualitas suatu variabel kurang baik dan nilai skor yang semakin tinggi skor menunjukkan kualitas suatu variabel semakin baik.

(38)

Tabel 14 Skoring untuk output daya

Skor Keterangan

7 daya meningkat > 100 % dibanding saat menggunakan solar

6 daya meningkat 75 % sampai 100 % dibanding saat menggunakan solar

2 daya meningkat < 10 % dibanding saat menggunakan solar

1 daya lebih rendah dari daya mesin saat menggunakan solar

Tabel 15 Skoring untuk konsumsi bahan bakar

7 konsumsi solar berkurang >100 % dibanding saat menggunakan single fuel

6 konsumsi solar berkurang 75 % sampai 100 % dibanding saat menggunakan single fuel

2 konsumsi solar berkurang < 10 % dibanding saat menggunakan single fuel

(39)

Tabel 16 Skoring untuk harga total konsumsi bahan bakar

7 harga total konsumsi bahan bakar dapat dihemat >100 %

6 harga total konsumsi bahan bakar dapat dihemat 75 % sampai 100 %

2 harga total konsumsi bahan bakar dapat dihemat < 10 %

1 harga total konsumsi bahan bakar lebih boros

Tabel 17 Skoring untuk luas area 0° sampai 30° pada kurva stabilitas

7 luas area >100 % diatas 3,15 m.deg

6 luas area 75 % sampai 100 % diatas 3,15 m.deg,

5 luas area 50 % sampai 75 % diatas 3,15 m.deg

2 luas area < 10 % diatas 3,15 m.deg

(40)

7 luas area >100 % diatas 5,16 m.deg,

2 luas area < 10 % diatas 5,16 m.deg,

1 luas area kurang dari 5,16 m.deg

7 luas area >100 % diatas 1,72 m.deg

2 luas area < 10 % diatas 1,72 m.deg

(41)

Tabel 20 Skoring untuk nilai maksimal GZ

7 panjang GZ >100 % diatas 0,2 m

6 panjang GZ 75 % sampai 100 % diatas 0,2 m

2 panjang GZ < 10 % diatas 0,2 m

1 panjang GZ kurang dari 0,2 m

Tabel 21 Skoring untuk sudut maksimum GZ

7 besar sudut >100 % diatas 25°

6 besar sudut 75 % sampai 100 % diatas 25°

2 besar sudut < 10 % diatas 25°

(42)

Tabel 22 Skoring untuk nilai GM pada kapal ikan

6 panjang GMT 75 % sampai 100 % diatas 0,35 m

2 panjang GMT < 10 % diatas 0,35 m

1 panjang GMT kurang dari 0,35 m

Langkah berikutnya adalah melakukan standarisasi (pembobotan) pada setiap faktor dalam kriteria teknis dan stabilitas. Rumus yang digunakan untuk menentukan bobot adalah dengan metode pertukaran nilai atau dengan fungsi nilai sebagai berikut :

yi‟ = yi– (xn-xi) x (yn-y0) ...(3)

(xn-x0)

Dimana :

yi‟ = nilai yang telah ditukar pada kriteria y dengan penyamaan nilai pada

kriteria x

yi = nilai pada kriteria x yang akan ditukar

yn = nilai terbesar pada kriteria y

y0 = nilai terkecil pada kriteria y

xi = nilai yang akan disamakan pada kriteria x

xn = nilai terbesar pada kriteria x

x0 = nilai terkecil pada kriteria x

v(x) = x-x0 ...(4)

x1-x0 i=n

v(a) = ∑ vi (xi) ...(5) i=1

(43)

i = 1,2,...n

v(x) = fungsi nilai dari variabel x

x = variabel x

x0 = nilai terburuk pada kriteria x

xi = nilai terbaik pada kriteria x

v(a) = fungsi nilai dari alternatif a

vi(xi) = fungsi nilai dari alternatif pada kriteria ke-i

xi = kriteria ke-i

Sumber: Nurani TW (1988)

Standarisasi merupakan faktor penting dalam tahapan penelitian. Data yang diambil pada penelitian ini memiliki satuan yang berbeda-beda. Standarisasi yang dilakukan pada penelitian ini akan memudahkan proses penilaian kualitas sehingga semua variabel berada dalam satu standar yang sama walaupun memiliki satuan-satuan yang berbeda. Tabel 23 dan 24 menggambarkan form dari standarisasi pada potensi operasional mesin dan potensi stabilitas. Dua istilah yang umum digunakan dalam standarisasi adalah matriks dinormalisasi dan Vektor peringkat (VP).

Matriks dinormalisasi adalah hasil akhir dari perbandingan skala prioritas dari setiap variabel/elemen. Variabel–variabel yang ada pada awalnya dinilai prioritasnya dengan menggunakan matriks sebanding secara berpasang. Matriks ini dideskripsikan lebih lanjut dalam Tabel 25. Vektor peringkat adalah nilai rata– rata matriks dari setiap variabel. Nilai yang didapat pada vektor peringkat ini akan menjadi standarisasi dari sebuah variabel/elemen, sehingga semakin semakin tinggi prioritas sebuah variabel akan mendapatkan nilai matriks normalisasi yang semakin besar dan akan mendapatkan nilai standar yang besar.

BB Matriks Dinormalisasi VP

(44)

Tabel 24 Standarisasi pada potensi stabilitas

Dua elemen mempunyai pengaruh yang sama besar terhadap tujuan

3 Elemen yang satu sedikit lebih prioritas dari yang

Pengalaman dan penilaian sangat kuat mendukung satu elemen dibanding elemen lainnya

7 Elemen yang satu jauh lebih prioritas dari elemen

lainnya

(45)

Nilai standar akan dikalikan dengan skoring untuk mendapatkan penilaian akhir mengenai kualitas dari sebuah variabel. Skoring dan standarisasi menjadi dasar penentuan penggunaan jenis bahan bakar apa yang memberikan keunggulan teknis dan keuntungan ekonomis terbaik, desain sistem instalasi bahan bakar seperti apa yang akan memberikan stabilitas terbaik, serta kombinasi pemakaian bahan bakar dan desain sistem instalasi bahan bakar apakah yang terbaik secara teknis dan ekonomis. Gambar 12 menggambarkan tahapan- tahapan dalam melakukan penelitian.

(46)

3 HASIL DAN PEMBAHASAN

Aspek Teknis pada Potensi Operasional Mesin

Pengujian teknis pada potensi operasional mesin yang dilakukan pada mesin Dong Feng ZS 1100 terbagi menjadi dua bagian, yaitu saat menggunakan bahan bakar solar (single fuel) dan bahan bakar CNG+solar (dual fuel). Pengujian yang dilakukan meliputi beberapa aspek, diantaranya adalah outputdaya dan konsumsi solar. Pengujian dilakukan pada berbagai putaran mesin, yaitu 1100 rpm, 1400 rpm, 1500 rpm, 1600 rpm, dan 1800 rpm.

Hasil pengukuran output daya pada seluruh putaran mesin yang diuji disajikan dalam Gambar 13. Gambar ini menunjukkan bahwa terdapat perbedaan output daya yang didapatkan pada mesin diesel Dong Feng ZS1100 saat menggunakan bahan bakar solar (single fuel) dan bahan bakar solar + CNG (dual fuel).

Gambar 13 Sebaran nilai output daya mesin saat menggunakan single fuel dan dual fuel

Gambar 13 menunjukkan bahwa penggunaan bahan bakar yang berbeda akan menyebabkan adanya perubahan output daya. Berdasarkan data yang diperoleh, diketahui adanya perbedaan output daya yang didapatkan pada mesin diesel Dong Feng ZS1100 saat menggunakan single fuel dan dual fuel. Output daya yang dihasilkan saat menggunakan single fuel lebih besar jika dibandingkan dengan saat menggunakan dual fuel. Mesin saat dijalankan pada putaran 1500 rpm mendapatkan daya sebesar 7,51 Hp saat menggunakan single fuel, dan sebesar 5,50 Hp saat menggunakan dual fuel. Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh BBPPI (2010) bahwa didapatkan perbedaan output daya saat mesin kapal nelayan di Pasuruan menggunakan bahan bakar yang berbeda,

1000 1200 1400 1600 1800 2000

D

(47)

dimana output daya yang didapatkan lebih besar saat mesin menggunakan single fuel. Berdasarkan simulasi, pengurangan daya yang terjadi saat menggunakan

dual fuel menyebabkan kecepatan kapal berkurang sebesar 0,32 knots. Saat kapal menggunakan single fuel, kapal berjalan dengan kecepatan 6,92 knots, dan saat kapal menggunakan dual fuel kapal berjalan dengan kecepatan 6,60 knots.

Terdapat suatu hal yang cukup unik, CNG dikenal sebagai bahan bakar dengan octane number yang tinggi sehingga seharusnya cocok pada mesin dengan kompresi tinggi dan dapat meningkatkan daya mesin. Selain itu, berdasarkan hasil percobaan terdapat kenaikan putaran mesin di putaran stasioner saat menggunakan

dual fuel. Berdasarkan rumus perhitungan daya (7 x area of piston x equivalent piston speed/33.000) (Wikipedia.org/horsepower), seharusnya daya akan bertambah bila putaran mesin bertambah. Hasil pengujian menunjukkan fakta yang berbeda, terlihat bahwa terjadi penurunan daya saat menggunakan dual fuel. Merujuk pada Ganesan (1999), dijelaskan bahwa CNG memiliki octane number

yang besar sehingga dapat digunakan pada mesin dengan kompresi tinggi. Kekurangan yang ada pada CNG adalah massa jenis yang rendah sehingga menghasilkan performa mesin yang kurang baik. Merujuk pada laman

www.eere.energy.gov/afdc/altfuel/natural_gas.html, dijelaskan bahwa pemakaian

CNG akan menyebabkan mesin mengalami gejala ngelitik (knocking)saat mendapat beban yang tinggi. Hal ini menjelaskan mengapa pada putaran diatas 1600 Rpm saat menggunakan dual fuel daya mesin akan berkurang, sedangkan saat menggunakan single fuel daya akan terus meningkat dan mencapai puncaknya pada putaran 2096 rpm.

Merujuk pada Semin et al. (2012), dinyatakan bahwa perubahan rasio kompresi akan berpengaruh pada performa mesin diesel. Mesin diesel umumnya memiliki rasio kompresi 20:1 hingga 26:1, sedangkan CNG dengan RON 130 cocok dengan mesin dengan rasio kompresi 16:1. Simulasi yang dilakukan oleh Semin et al. (2012) dengan menggunakan perangkat lunak GT Power

menghasilkan bahwa diperlukan penurunan kompresi hingga 19:1 untuk menghasilkan daya maksimal karena jika rasio kompresi diatas 19:1 akan terjadi

knocking (ngelitik) sehingga daya mesin akan berkurang.

(48)

Gambar 14 Sebaran nilai konsumsi solar saat menggunakan single fuel dan dual fuel

Gambar 14 menunjukkan bahwa terdapat perbedaan yang signifikan pada konsumsi solar di mesin diesel Dong Feng ZS1100 saat menggunakan single fuel

dan dual fuel selama satu jam. Gambar 14 memperlihatkan bahwa sejak putaran 1100 rpm hingga 1800 rpm, konsumsi solar terpaut cukup jauh. Gambar ini pun memperlihatkan bahwa semakin tinggi putaran mesin, maka perbedaan konsumsi solar akan semakin jauh.

Analisis konsumsi solar dilakukan pada putaran service continous rating, yaitu 1500 rpm. Hasil analisis menunjukkan perbedaan konsumsi solar yang cukup jauh antara penggunaan single fuel dan dual fuel pada mesin Dong Feng ZS 1100, yaitu 1.030 cm3/h saat menggunakan dual fuel dan 2.038,30 cm3/h saat menggunakan single fuel. Merujuk pada Prasetio et al. (2013), dinyatakan bahwa dengan adanya campuran CNG pada sistem bahan bakar, konsumsi solar akan berkurang secara signifikan hingga diatas 50 %. Hasil ini tidak berbeda jauh dengan data penelitian ini, yaitu konsumsi solar terkurangi sebesar 50,52 %

Aspek Ekonomis pada Potensi Operasional Mesin

Pengujian pada aspek ekonomis yang dilakukan pada mesin Dong Feng ZS 1100 terbagi menjadi dua bagian, yaitu saat menggunakan bahan bakar solar (single fuel) dan bahan bakar CNG+solar (dual fuel). Aspek ekonomis pada potensi operasional mesin yang diuji adalah harga total konsumsi bahan bakar. Pengujian dilakukan pada berbagai putaran mesin, yaitu 1100 rpm, 1400 rpm, 1500 rpm, 1600 rpm, dan 1800 rpm.

Gambar 15 menggambarkan jumlah total biaya yang harus dikeluarkan untuk keperluan konsumsi bahan bakar. Diagram dalam gambar 15 memperlihatkan bahwa pada putaran 1100 rpm hingga 1400 rpm, selisih biaya total saat menggunakan dual fuel dibandingkan saat menggunakan single fuel

hampir setara.

1000 1200 1400 1600 1800 2000

kon

(49)

Gambar 15 Sebaran harga total konsumsi bahan bakar saat menggunakan single fuel dan dual fuel

Berdasarkan hasil penelitian, penggunaan bahan bakar dual fuel akan memberikan pengaruh terhadap konsumsi solar dan harga total penggunaan bahan bakar. Gambar 15 menunjukkan bahwa pada putaran 1100 rpm hingga 1400 rpm, selisih biaya total yang dikeluarkan untuk konsumsi bahan bakar setara antara menggunakan dual fuel dan single fuel. Gambar 15 memiliki karakteristik yang sama dengan Gambar 14. Gambar-gambar tersebut memperlihatkan bahwa semakin tinggi putaran mesin, maka konsumsi solar antara mesin single fuel dan mesin dual fuel akan semakin jauh. Perhitungan yang dilakukan pada putaran 1500 rpm menunjukkan bahwa terdapat penghematan sebesar Rp 1.370,83 untuk setiap jam pemakaian mesin.

Berdasarkan hasil kajian peneliti, perbedaan harga CNG dan solar hanya terpaut Rp 1.700 per liter. Harga solar adalah Rp 4.500 per liter dan harga CNG adalah Rp 3.800 per Kg. Perbedaan harga yang tidak terlalu jauh menyebabkan penghematan yang didapat tidak terlalu besar. Penghematan yang signifikan akan didapatkan bila selisih harga solar dan CNG sebesar Rp 4.700, yaitu harga solar sebesar Rp 8.500 per liter dan harga CNG sebesar Rp 3.800 per Kg. Tabel 26 menggambarkan penghematan yang akan didapatkan pada setiap tingkatan harga solar saat mesin dijalankan selama satu jam.

1000 1200 1400 1600 1800 2000

h

(50)

Tabel 26 Penghematan biaya bahan bakar per satu jam pemakaian mesin

Merujuk pada Prasetio et al. (2013), dinyatakan bahwa pemakaian dual fuel

yang setara dengan 10 liter solar akan memberikan penghematan hingga Rp 16.500. Perhitungan yang dilakukan oleh peneliti menunjukkan bila harga solar sebesar Rp 6.500 per liter dan harga CNG sebesar Rp 3.800 per kg, maka pemakaian dual fuel yang setara dengan 10 liter solar akan memberikan penghematan sebesar Rp 16.568 pada penggunaan mesin dengan putaran 1.500 rpm. Hal ini menunjukkan bahwa pemakaian bahan bakar dual fuel terbukti dapat mengurangi pengeluaran biaya bahan bakar sehingga akan mengurangi biaya operasional. Penghematan yang signifikan akan sangat dirasakan oleh nelayan jika selisih harga solar dan CNG minimal Rp 4.700, yaitu harga solar sebesar Rp 8.500 per liter dan harga CNG Rp 3.800 per kg.

Analisis Multi Kriteria pada Potensi Operasional Mesin

Berdasarkan pengujian pada mesin Dong Feng ZS 1100 saat menggunakan bahan bakar solar (single fuel) dan bahan bakar CNG+solar (dual fuel), didapatkan beberapa hasil yang terdiri atas outputdaya; konsumsi solar; dan harga total konsumsi bahan bakar.

Pengujian dilakukan pada berbagai putaran mesin, yaitu 1100 rpm hingga 1800 rpm. Nilai hasil yang akan dianalisis adalah pada putaran 1500 rpm sebagai

service continous rating yang digunakan oleh nelayan saat operasi penangkapan ikan. Nilai-nilai ini akan diberi skor dan bobot sesuai dengan hasil yang didapatkan.

(51)

Tabel 27 Perhitungan bobot pada potensi operasional mesin

Variabel Daya

Konsumsi BB

Harga Total

BB Matriks Dinormalisasi VP

Daya 1 0,20 0,13 0,08 0,05 0,09 0,07 Konsumsi

BB

5 1 0,33 0,38 0,24 0,23 0,28

Harga total BB

7 3 1 0,54 0,71 0,69 0,65

Jumlah 15 4,20 1,46 1 1 1 1

Hasil pengujian yang telah dianalisis dengan mengggunakan metode multi criteria analysis akan disajikan dalam Tabel 28 dan Tabel 29.

Tabel 28 Multi criteria analysis potensi operasional mesin pada penggunaan

single fuel Kriteria Teknis dan

Ekonomis

Solar Skor Bobot Jumlah

Daya saat menggunakan solar (HP) 7,51 2 0,07 0,14

Konsumsi solar (cm3/h) 2.038,30 2 0,28 0,56

Harga konsumsi solar (Rp) 9.172,50 2 0,65 1,30

Jumlah 2

Tabel 29 Multi criteria analysis potensi operasional mesin pada penggunaan dual fuel

Kriteria Teknis dan Ekonomis Dual Fuel Skor Bobot Jumlah

Daya menggunakan dual fuel (HP) 5,50 1 0,07 0,07

Konsumsi solar (cm3/h) 1.030 5 0,28 1,42

Harga konsumsi solar+CNG (Rp) 7.801,67 3 0,65 1,94

Jumlah 3,43

Tabel 28 dan Tabel 29 memperlihatkan bahwa saat menggunakan dual fuel, konsumsi solar dan harga total konsumsi bahan bakar lebih unggul dibandingkan saat menggunakan single fuel. Keunggulan penggunaan single fuel

(52)

Keunggulan dual fuel terdapat pada konsumsi solar dan harga total konsumsi bahan bakar masing–masing sebesar 50,52 % dan 17,5 % jika dibandingkan dengan penggunaan single fuel. Berdasarkan analisa diatas dapat disimpulkan bahwa pada potensi operasional mesin, penggunaan dual fuel pada mesin Dongfeng ZS1100 lebih unggul dengan perbandingan nilai sebesar 3.43 dan 2 dari nilai maksimal sebesar 7.

Aspek Teknis pada Potensi Stabilitas Kapal

Menurut Hind (1967), stabilitas kapal adalah kemampuan kapal untuk kembali ke posisi semula setelah mengalami gaya tarik dari luar maupun dari dalam kapal yang menyebabkan kapal miring. Salah satu tipe dari stabilitas kapal adalah stabilitas statis, yaitu kecenderungan kapal kembali ke posisi semula setelah kapal cenderung dimiringkan pada saat kapal dalam keadaan diam. Pengujian stabilitas statis dikenal dengan nama Inclining Experiment. Pengujian ini adalah investigasi stabilitas untuk semua kapal baru dengan ukuran diatas 24 m untuk menentukan LCG, VCG, TCG, dan KG kapal. Ujian pertama bagi stabilitas kapal adalah saat kapal pertama kali diluncurkan ke dalam air. Kapal dengan stabilitas buruk akan lambat kembali ke posisi semula setelah diluncurkan ke dalam air. Kapal dengan stabilitas yang sangat buruk akan tenggelam (capsized) saat diluncurkan ke dalam air. Ujian kedua bagi stabilitas kapal adalah saat dilakukannya sea trial, terutama saat uji manuver. Kapal dengan kualitas stabilitas yang buruk akan sangat membahayakan dan penuh dengan resiko. Stabilitas kapal memiliki kaitan yang erat dengan keselamatan dan menjadi faktor yang sangat penting dalam desain sebuah kapal.

Kapal yang diuji pada penelitian ini adalah kapal nelayan dengan dimensi utama dan coeffcient of fineness sebagai berikut:

Kapal ini dimodifikasi hingga memiliki tiga desain general arrangement. Desain ke-1 menggunakan bahan bakar dual fuel dengan penempatan CNG dibawah geladak dan dalam tempat tertutup (confined area). Desain ke-2 menggunakan bahan bakar single fuel dengan penambahan bahan bakar cadangan sebanyak 48 kg, sedangkan desain ke-3 menggunakan bahan bakar dual fuel

dengan penempatan CNG kit diatas geladak.

Panjang (L) : 11,88 m

Lebar (B) : 2,5 m

Tinggi geladak (H) : 1 m

Tinggi sarat (T) : 0,75 m

Koefisien blok (Cb) : 0,51

Koefisien midship (Cm) : 0,6

(53)

Hal yang membedakan antara desain ke-1 dan desain ke-2 adalah penggunaan single fuel. Penggunaan single fuel menjadikan ruang CNG kit dapat dikonversi menjadi fish hold sehingga ikan yang ditangkap 200 kg lebih banyak dibandingkan desain ke-1. Hal yang membedakan antara desain ke-1 dan desain ke-3 adalah peletakan tabung CNG. Tabung CNG pada desain ke-1 diletakkan di bawah geladak dan sejajar mesin utama, sedangkan pada desain ke-3, tabung CNG diletakkan di atas geladak sehingga ruang muat yang dimiliki oleh desain ke-3 mampu memuat ikan 200 kg lebih banyak jika dibandingkan dengan desain ke-1.

Perbedaan desain general arrangement akan menyebabkan terjadinya perbedaan titik berat pada setiap desain. Titik berat adalah titik tangkap/titik pusat dari semua resultante gaya-gaya yang bekerja di atas kapal. Titik berat terbagi menjadi tiga, yaitu:

1. Titik berat secara memanjang (horizontal);

Titik berat ini dikenal dengan sebutan Longitudinal Center Gravity (LCG), yaitu titik pusat dari resultante gaya-gaya yang bekerja pada bagian buritan kapal hingga bagian haluan kapal secara memanjang. Titik ini dihitung berdasarkan jaraknya dari titik Afterpeak (AP)

2. Titik berat secara meninggi (vertikal); dan

Titik berat ini dikenal dengan sebutan Vertical Center Gravity (VCG), yaitu titik pusat dari resultante gaya-gaya yang bekerja mulai dari titik baseline kapal hingga bagian superstructure kapal. Titik ini dihitung berdasarkan jaraknya dari titik baseline.

3. Titik berat secara melebar (transversal).

Titik berat ini dikenal dengan sebutan Transversal Center Gravity (TCG), yaitu titik pusat dari resultante gaya-gaya yang bekerja pada bagian kiri dan kanan kapal. Titik ini dihitung berdasarkan jaraknya dari titik center line.

Ketiga titik berat ini diilustrasikan pada Gambar 16.

Gambar 16 Ilustrasi LCG-VCG-TCG