DESIGN CONCEPT METHODOLOGY DEVELOPMENT FOR LPG CARRIER/AMMONIA TANKER UP TO 6.000 m3
Hendriyadi1, Wasis Dwi Aryawan2, Hesty Anita Kurniawati2 1
Student of Naval Architecture and Shipbuilding Engineering Department 2
Lecturer of Naval Architecture and Shipbuilding Engineering Department Faculty of Marine Technology,
Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya - 60111 ABSTRACT
Recently, Liquefied Petroleum Gas (LPG) plays an important role to fulfill domestic energy needs. In order to comply it, Small LPG Carrier that can sail on shallow water is needed for supplying LPG to entire region in Indonesia. In the last 5 years, the methodology to design Small LPG Carriers for shallow water had been conducted in Computer Aided Ship Design Laboratory ITS. It has been identified that the methodology has some disadvantages such as Cargo Tank determination and weight estimation. Therefore, this Final Project develops the methodology to determine Principal Dimension using parent ship. The mathematical model has been purposed and coded into spread sheet. The main outputs of this Final Project are the Principal Dimensions, Lines Plan, and General Arrangement which have to fulfill the
requirements both of statutory regulations and class rules. The case study has been carried out on LPG Carrier 5,000 m3
and has resulted in Principal Dimensions with include LPP = 89.653 m, B = 20 m, H = 7.86 m, T = 6.157 m. Keywords: LPG Carrier, Parent Ship, Cargo Tank, Weight Estimation
1. PENDAHULUAN
Konversi minyak tanah menjadi LPG perlu dipertahanan demi kelangsungan ketahanan energi di Indonesia karena lebih menguntungkan dari segi ekonomis dan lingkungan. Namun, masih banyak wilayah di Indonesia yang belum dapat merasakan manfaat penggunaan LPG. Oleh sebab itu, diperlukan alat transportasi guna mendukung distribusi LPG, termasuk distribusi melalui jalur laut yang menggunakan kapal dan mampu menjangkau daerah perairan dangkal (shallow water). Kapal yang dimaksud adalah LPG Carrier.
Pada dasarnya, LPG Carrier dan Ammonia Tanker memiliki karakteristik yang sama kecuali desain massa jenisnya. Ammonia Tanker dengan massa jenis sebesar 0,62 ton/m3 bisa mengangkut semua jenis LPG pada kondisi Standard Suhu and Pressure (STP). Pendistribusian LPG dan Ammonia menggunakan LPG Carrier/Ammonia Tanker dengan mengubah zat dari gas ke cair selama proses pendistribusian baik dengan menaikkan tekanan atau munurunkan suhunya.
Tugas Akhir, yang dirangkum dalam makalah ini, merupakan pengembangan dari Tugas Akhir sebelumnya yaitu Pengembangan Metodologi Pra-Perencanaan dan Konsep Awal LPG Carrier yang telah disusun oleh Kharisma Lazuardi (2009) dan Sukma Maharani (2010). Pengembangan tersebut meliputi metodologi menentukan ukuran utama dan perhitungan berat.
2. TINJAUAN PUSTAKA
a. Jenis Kapal Pengangkut Gas
Berikut ini jenis Kapal Pengangkut Gas dan penjelasannya. 1) Fully Pressurized (FP)
Dapat mengangkut muatan yang memiliki tekanan 17,5 kg/cm2. Keuntungannya yaitu dapat dibangun dengan baja grade biasa, tidak memerlukan insulasi dan reliquefaction plant. Sedangkan, kerugiannya penggunaan space di bawah geladak tidak dapat dioptimalkan, pressure yang tinggi mengakibatkan adanya pertimbangan ketebalan dinding tangki, akibatnya biaya dan berat displasemen meningkat.
2) Semi-pressurized (SP/SR dan SP/FR)
Konstruksinya berlandaskan dalam membawa propana pada tekanan 8,5 kg/cm2 pada suhu 100C. Kapal ini dapat didesain untuk membawa muatan penuh dalam tangki cylindrical dan spherical dengan suhu minimum 480C dan tekanan sekitar 5 – 8 kg/cm2. Keuntungan dari semi–pressurized diantaranya muatan yang diangkut lebih banyak pada tangki berukuran sama, mudah dan murah untuk dibangun.
3) Ethylene and Gas/Chemical Carrier
Memiliki kemampuan mengangkut sebagian besar muatan gas yang dicairkan dan ethylene fully refrigerated.
4) Fully Refrigerated (FR)
Keuntungannya jumlah muatan yang diangkut lebih besar. Tangki didesain bertekanan 0.28 kg/cm2 pada suhu 500C membuatnya applicable untuk butana, butadiana, VCM, amonia, propana, dan propilena.
5) Liquefied Natural Gas (LNG) Carrier
LNG Carrier kapal pengangkut LNG pada boil point -1620 C. LNG Carrier juga mampu mengangkut muatan LPG, sistem pencairan diinstal untuk meng-handle penguapan muatan LPG yang mendidih. LNG dicairkan oleh Liquefaction Plant di Terminal LNG.
b. Jenis Cargo Tank
IGC Code memberikan klasifikasi dari tangki untuk mengangkut gas cair, antara lain : 1) Integral Tank
Terbentuk sepanjang lambung dalam, sekat, dan geladak yang terintegrasi dengan hull. 2) Membrane Tank
Tangki non-self-supporting berupa lembaran tipis yang didukung penyekatan. Membran dirancang agar termal dan kontraksi dikompensasikan tanpa berlebihan menekan membran. 3) Semi-membrane Tank
Pembatas utama lebih tebal dan memiliki sisi datar sertaradius yang besar di sudutnya. 4) Independent Tank
Independent Tank tidak membentuk bagian dari lambung kapal dan tidak berpengaruh pada kekuatan lambung kapal. Terdapat 3 sub - kategori untuk Independent Tank, antara lain : a) Independent Tank Type A, design pressure tidak lebih dari 0.7 kP/cm2.
b) Independent Tanks Type B, design pressure 0,7 kP/cm2.
c) Independent Tanks Type C,(disebut juga pressure tank) untuk kriteria kapal bertekanan dan memiliki desain tekanan minimum.
c. Kategori Cargo Tank
Kategori Cargo Tank dibedakan berdasarkan bentuk Cargo Tank tersebut. Terdapat 4 bentuk utama tangki pada Gas Carrier yaitu spherical, cylindrical, bi-lobe, dan prismatic. Berikut ini penjelasannya.
1) Spherical Tank
Keuntungannya yaitu tegangan dalam kulit tangki tersebar merata, sehingga cukup untuk melawan tekanan, tangki yang ringan dan murah. Kerugian penggunaan jenis tangki ini adalah Cargo Hold tidak dapat dioptimalkan dan kapasitas terbatas pada diameternya.
2) Cylindrical Tank
Keuntungannya adalah bentuk badan kapal lebih ideal, menghasilkan stabilitas kapal yang baik, tidak memerlukan secondary barrier, biaya dan konsumsi bahan bakar lebih rendah. Kekurangannya kapasitas muatan dibatasi oleh tebal maksimum kulit tangki.
3) Bi–lobe Tank
Bi–lobe Tank terdiri atas 2 lingkaran pararel yang sama. Keuntungannya adalah bentuk dari tangki mirip dengan bentuk hull. Di tengah tangki di antara 2 potongan lingkaran, terdapat sekat memanjang yang diletakkan di tengah tangki untuk mengurangi pengaruh permukaan bebas muatan cair. Kekurangannya adalah pembuatan rumit sehingga biaya pembangunan mahal.
4) Prismatic Tank
Dengan menggunakan tangki ini, ruang muat dapat dimanfaatkan secara optimal. Namun, ruang muat harus berada pada tekanan atmosfer, tidak boleh melebihi 0.25 kP/cm², karena bentuk tangki tidak dapat melawan tekanan tinggi. Tangki ini membutuhkan secondary barrier. d. Desain LPG Carrier/Ammonia Tanker ukuran kecil
Mendesain Kapal Pengangkut Gas (Gas Carrier) berbeda dengan mendesain kapal niaga lain, semisal Bulk Carrier, General Cargo, atau Tanker. Hal ini dikarenakan penentuan ukuran utama Gas Carrier dipengaruhi oleh ukuran Cargo Tank.
Pengembangan Konsep Desain LPG Carrier/Ammonia Tanker ukuran kecil dengan sarat rendah yang mampu menjangkau perairan dangkal (shallow water) telah dikembangkan oleh 2 mahasiswa Jurusan Teknik Perkapalan FTK ITS, yaitu Kharisma Lazuardi (2009) dan Sukma Maharani (2010). Namun, terdapat beberapa hal yang perlu dikembangkan oleh penulis, yaitu metodologi penentuan ukuran utama dan perhitungan berat dengan menggunakan Metode Pos per Pos. Dalam pengerjaannya, penulis menggunakan kapal pembanding yang telah beroperasi di Indonesia yaitu LPG Carrier Gas Khao Bo Ya 5.000 m3 milik PT Berlian Laju Tanker Tbk.
3. METODE DESAIN LPG CARRIER/AMMONIA TANKER DI BAWAH 6.000 m3
Berikut ini dijelaskan Metode Desain LPG Carrier/Ammonia Tanker di bawah 6.000 m3 beserta pengaplikasiannya dalam program komputer.
a. Konsep Desain LPG Carrier/Ammonia Tanker di bawah 6.000 m3 1) Penentuan Dimensi Cargo Tank
Jenis Cargo Tank yang akan ditentukan baik ukuran, luas permukaan maupun volume yaitu Longitudinal Cylindrical Tank. Hal ini dikarenakan tangki kapal pembanding LPG Carrier Gas Khao Bo Ya 5.000 m3 yang menjadi acuan adalah jenis Longitudinal Cylindrical Tank.
2) Penentuan Dimensi Cargo Hold
Panjang Cargo Hold tiap 1 tangki merupakan penjumlahan antara panjang Cargo Tank, stiffener, void space, dan insulation.
3) Penentuan Ukuran Utama Kapal a. Panjang Kapal (LPP)
Terdiri atas Panjang Ceruk Buritan dan Ceruk Haluan, Panjang Kamar Mesin, dan Panjang Ruang Muat, Panjang Ceruk Buritan dan Kamar Mesin dipengaruhi oleh daya mesin induk yang terpasang, sedangkan Panjang Ruang Muat dipengaruhi oleh Panjang Cargo Tank. b. Lebar Kapal (Bmld)
Didapatkan dari fungsi diameter Cargo Tank kapal pembanding mengacu pada IGC Code. c. Tinggi Kapal (Hmld)
Didapatkan dari metode regresi kapal pembanding LPG Carrier. d. Sarat Kapal (T)
Didapatkan dari pembagian antara displacement design (DWT + LWT) dan perkalian panjang, lebar, koefisien blok kapal, dan massa jenis air.
4) Perhitungan Berat Kapal
Berat kapal terdiri atas Deadweight (DWT) dan Lightweight (LWT). Berikut ini penjelasan lebih detail mengenai metode penentuan DWT dan LWT.
a. Deadweight (DWT)
Terdiri dari Berat Muatan, Berat Consummable, Berat Provision dan Store. Berat Crew, dan Berat Tambahan. Berat muatan didapat dari hasil perkalian antara volume m3, massa jenis LPG/Ammonia sebesar 0,9 ton/m3, dan batas maksimum pengisian muatan di dalam Cargo Tank yaitu sebesar 98 % dari kapasitas maksimum Cargo Tank.
b. Lightweight (LWT)
Perhitungan berat di lambung kapal dilakukan lebih detail dengan menggunakan metode pos per pos. Sebelum menghitung total berat lambung kapal, ditentukan terlebih dahulu Midship Section Layout yang mana LPG Carrier Gas Khao Bo Ya 5.000 m3sebagai acuan. Layout Midship Section dipengaruhi oleh diameter Cargo Tank dan lebar kapal (Bmld).
Midship Section Layout mencakup jarak antar stiffener dan konstruksi lain baik di bagian alas, lambung, maupun geladak kapal. Metode ini dinamakan Metode Predefined Midship Section. Setelah Midship Section Layout ditentukan, dilakukan pengecekan modulus penampang pendukung kekuatan memanjang dan melintang kapal. Pengecekan modulus penampang berdasarkan peraturan klasifikasi kapal Biro Klasifikasi Indonesia. Setelah mendapatkan rekapitulasi modulus di Midship Section, perhitungan berat total di Midship Section dapat dilakukan. Sedangkan perhitungan berat total di station lain menggunakan bantuan Diagram NSP yang bertujuan mendapatkan perbandingan luas antara Midship Section dan station lain. Untuk penentuan berat pendukung kekuatan memanjang, jarak antar station dikalikan berat per satuan panjang (ton/m) q. Sedangkan penentuan berat pendukung kekuatan melintang dengan cara menghitung volume konstruksi pendukung kekuatan melintang lalu dikalikan massa jenis baja sebesar 7,85 ton/m3. Untuk Berat Permesinan, daya mesin merupakan komponen utama dalam perhitungan berat mesin ini. Untuk Berat Cargo Tank dihitung berdasarkan perkalian antara Luas Permukaan Cargo Tank, tebal tangki, dan massa jenis Cargo Tank. Karena material Cargo Tank adalah Low Carbon Steel ,massa jenis sebesar 0.787 hingga 0.8 ton/m3. Dan, untuk Berat Peralatan dan Perlengkapan menggunakan metode pendekatan.
5) Perhitungan Daya Mesin Induk Kapal
Perhitungan daya mesin induk kapal menggunakan Metode Holtrop dan Mennen. Hasil perhitungan adalah Break Horse Power (BHP), yang kemudian dapat ditentukan spesifikasi teknis Main Engine dan Generator Set berdasarkan Engine Catalogue.
6) Perhitungan Stabilitas
Stabilitas kapal dihitung dengan menggunakan Metode Manning. Komponen yang penting dalam perhitungan stabilitas diantaranya KG, GM, dan GZ.
7) Perhitungan Lambung Timbul
Lambung timbul (freeboard) dihitung dalam nilai actual dan standard yang ditetapkan dalam konvensi garis muat (International Load Lines Convention, 1966). Batasan freeboard memenuhi apabila nilai Freeboard Actual lebih besar daripada nilai Freeboard Standard. 8) Pemeriksaan Hukum Archimedes
Dilakukan dengan membandingkan antara displacement awal kapal dengan displacement hasil perhitungan DWT + LWT dengan margin error ≤ 1% Δawal.
9) Perhitungan Kapasitas Ruang Muat
L Aft Peak L Engine Room L Fore Peak Lpp Predefined Midship Section L Cargo Hold Cargo Tank Configuration Acceptance Criteria: Stability Freeboard Archimedes’s Law Hold Capacity Accepted? Modulus Calculation Predefined Cargo Tank Accepted? Main Dimension L, B, H Midship Section Layout Bmld LPG Carrier Parentship Hmld Weight Calculation Δ = DWT + LWT Payload Weight Calculation (Metode Pendekatan) START Tdesign Main Dimension L, B, H, T
BKI vol. II: Rules for Hull IGC Code
YES
1. IMO Regulation A.749 (18) 2. ILLC 1966 amendment 2002 3. Lecture of Ship Design and Ship Theory
4. Practical Ship Design
Lines Plan YES General Arrangement FINISH Gas Khao Bo Ya 5,000 m3 Gas Khao Bo Ya 5,000 m3 NO Owner Requirement NO
Gambar 1. Diagram Alir Metode Desain LPG Carrier/Ammonia Tanker di bawah 6.000 m3 b. Program Komputer
Model matematis yang telah dibuat akan diselesaikan melalui proses perhitungan dengan pembuatan program komputer. Program komputer yang dibuat menggunakan bantuan Microsoft Excel. Input program komputer ini adalah volume muatan yang diangkut LPG Carrier/Ammonia Tanker. Sedangkan output berupa Principal Dimensions, Weight Estimaton Pos per Pos, dan Acceptance Criteria yang terdiri dari Stability, Freeboard, dan Hold Capacity. Program komputer ini berlaku untuk LPG Carrier/Ammonia Tanker berkapasitas muatan di bawah 6.000 m3.
4. APLIKASI DESAIN LPG CARRIER/AMMONIA TANKER KAPASITAS 5.000 m3
LPG Carrier/Ammonia Tanker yang diaplikasikan pada program komputer ini dinamakan LPG Carrier MV. Spirit-Struggle dengan kapasitas 5.000 m3. Dalam merancang kapal, hal yang harus ditentukan terlebih dahulu adalah Owner Requirement. Owner Requirement adalah permintaan dari pemilik kapal yang terdiri dari jenis kapal, jenis muatan, volume muatan, payload, dan kecepatan dinas. Payload merupakan input yang dibutuhkan untuk menjalankan program komputer yang telah dibuat untuk LPG Carrier/Ammonia Tanker dengan kapasitas di bawah 6.000 m3. Penulis mengaplikasikan pada salah satu payload, yaitu 5.000 m3. Berikut ini Tabel 1. merupakan output pengaplikasian program komputer untuk LPG Carrier/Ammonia Tanker 5.000 m3.
Tabel 1. Output Aplikasi Program Komputer untuk LPG Carrier/Ammonia Tanker 5.000 m3
OUTPUT
Simbol Pengertian Nilai Satuan
PRINCIPAL DIMENSIONS
Loa panjang seluruh kapal 94.135 m
Lwl panjang garis air kapal 91.087 m
Lpp panjang perpendicular kapal 89.653 m
Bmld lebar kapal 20.000 m
Hmld tinggi kapal 7.860 m
T sarat kapal 6.157 m
CB koefisien blok 0.699
DISPLACEMENT
ΔB berat buoyancy 7837 ton
Vdisp. volume displasemen 7714 m3
DEADWEIGHT (DWT)
DWT deadweight 4782 ton
1. Payload berat muatan 4500 ton
2. Fuel Oil berat bahan bakar 54 ton
3. Rest Weight berat lain-lain 228 ton
LIGHTWEIGHT (LWT)
LWT lightweight 3125 ton
1. Hull baja lambung (pendekatan) 936 ton
baja lambung (pos per pos) 894 ton
2.Superstructure,Wheelhouse bangunan atas, rumah geladak 195 ton 3. Cargo Tank tangki ruang muat 1602 ton
4. Machinery permesinan 118 ton
5. Equipment and Outfitting peralatan dan perlengkapan 273 ton
DESIGN DISPLACEMENT
ΔG berat gravity 7906 ton
ERROR MARGIN
ΔB - ΔG selisih antara ΔB dan ΔG (ton) 69 ton selisih antara ΔB dan ΔG (%) 0.886% CARGO TANK PROPERTIES
Category kategori tangki ruang muat Independent C jenis tangki ruang muat Long. Cylindrical
Material material tangki ruang muat Low Carbon Steel
Total Capacity kapasitas total Cargo Tank 5102 m3
POWERING
vs kecepatan 13 m/s
BHP Break Horse Power 1103 kW
S Radius pelayaran 1494 mile
MAIN ENGINE AND GENSET
Merek Tipe
Daya Main Engine Daya Genset Wartsila 6L20 1200 kW 1140 kW PROPULSOR
Single Screw Propeller 4-blade
D diameter propeller 3.387 m
ηp efisiensi propeller 0.642
ACCEPTANCE CRITERIA
Stability cek stabilitas YES
Freeboard cek freeboard Accepted
Archimedes's Law Check cek hukum archimedes Accepted
COMPLEMENT
Crew jumlah ABK 22 persons
CLASSIFICATION
Biro Klasifikasi Indonesia
COST
Total Cost biaya pembangunan $ 26,374,256 US$
Operational Cost biaya operasional $ 192,502 US$ Dapat dilihat dari tabel di atas bahwa Berat Lambung menggunakan metode pendekatan sebesar 936 ton, sedangkan menggunakan Metode Pos per Pos sebesar 894 ton. Dengan demikian, Metode Pos per Pos Predefined Midship Section yang digunakan merupakan salah satu metode yang cukup tepat untuk menentukan Berat Lambung LPG Carrier/Ammonia Tanker di bawah 6.000 m3, termasuk untuk ukuran 5.000 m3 ini.
5. RENCANA GARIS DAN RENCANA UMUM a. Rencana Garis
Pembuatan Lines Plan menggunakan bantuan software desain kapal, Maxsurf, yang kemudian di-export ke software desain lain, AutoCAD. Berikut ini Gambar 1. Rencana Garis LPG Carrier/Ammonia Tanker 5.000 m3.
Gambar 2. Rencana Garis LPG Carrier/Ammonia Tanker 5.000 m3
b. Rencana Umum
Pembuatan General Arrangement menggunakan bantuan software desain, AutoCAD. Rencana Umum yang dihasilkan sesuai dengan aturan-aturan yang disyaratkan, baik peraturan statutori maupun peraturan klasifikasi yang dipilih, yaitu Biro Klasifikasi Indonesia (BKI). Berikut ini Gambar 2. Rencana Umum LPG Carrier/Ammonia Tanker 5.000 m3.
6. KESIMPULAN DAN SARAN c. Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan pada bab – bab sebelumnya maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut.
1. Telah dikembangkan Metodologi Konsep Desain LPG Carrier/Ammonia Tanker untuk kapasitas di bawah 6.000 m3. Pengembangan metodologi tersebut menitik-beratkan pada prosedur penentuan ukuran utama kapal, yang dipengaruhi dimensi Cargo Tank dan perhitungan berat kapal, khususnya berat bagian lambung, yang tidak menggunakan metode pendekatan tetapi menggunakan metode pos per pos dengan menggunakan studi kasus kapal pembanding yang telah beroperasi di Indonesia yaitu LPG Carrier Gas Khao Bo Ya 5.000 m3 milik PT Berlian Laju Tanker Tbk.
2. Telah dibuat program komputer untuk Prosedur Pengembangan Metodologi Konsep Desain LPG Carrier/Ammonia Tanker di bawah 6.000 m3.
3. Telah diaplikasikan program komputer tersebut pada LPG Carrier/Ammonia Tanker untuk kapasitas 5.000 m3.
4. Telah dibuat Rencana Garis LPG Carrier 5.000 m3 menggunakan bantuan software Maxsurf dan AutoCad.
5. Telah dibuat Rencana Umum LPG Carrier 5.000 m3 menggunakan bantuan software AutoCad.
d. Saran
Terdapat beberapa saran untuk mengembangkan kembali Konsep Desain pada LPG Carrier/Ammonia Tanker yaitu sebagai berikut.
1. Diperlukan pre-defined tambahan terutama di Engine Room Section, agar perhitungan berat lambung metode pos per pos lebih detail dan presisi,
2. Diperlukan perhitungan dan pengecekan Longitudinal Strength,
3. Diperlukan pehitungan pembebanan pada Cargo Tank, baik Cargo Tank maupun muatan yang diangkut di dalam Cargo Tank tersebut, misalnya akibat sloshing.
DAFTAR PUSTAKA
International Maritime Organization. 2009. International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquefied Gases In Bulk, IMO: London
International Maritime Organization. 2009. International Convention on Load Lines 1966 amendment 1988, IMO: London
Lazuardi, Kharisma. 2009. Pengembangan Metodologi Praperencanaan Kapal LPG/Amonia Tanker Dibawah 10.000 m3. Tugas Akhir Jurusan Teknik Perkapalan FTK ITS: Surabaya Maharani, Sukma. 2010. Studi Pengembangan Konsep Desain Kapal LPG/Amoniak Tanker untuk
Perairan Nusantara. Tugas Akhir Jurusan Teknik Perkapalan FTK ITS: Surabaya Wijnolst, N, 1995, Design Innovation in Shipping, Delft University Press: Stevinweg
Liquefied Gas Carrier:Safety and Operasional Matters.http://www.liquefiedgascarrier.com/ diakses 10 Juni 2011
Maritime News: Hellenic Shipping Portal. Shipping Business News.
http://www.maritimesun.com/downloads/inspection/1_GasTankersAdvanceCourse.pdf. diakses 20 Oktober 2011
