http://ejournal.undip.ac.id/index.php/kapal
1829-8370 (p) 2301-9069 (e)

## Desain Kapal Keruk Perairan Dangkal Menggunakan Bucket Elevator
I Putu Sindhu Asmara 1)*) , Hartono Yudo 2)
1) Jurusan Teknik Bangunan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya Jl. Teknik Kimia, Kampus ITS, Sukolilo, Indonesia 60111
2) Departemen Teknik Perkapalan, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Soedarto, SH, Kampus Undip Tembalang, Semarang, Indonesia 50275
diajukan pada : 22/08/19          direvisi pada : 05/09/19          diterima pada : 07/10/19

## Abstrak
Pengerukan  sungai  di  kota-kota  besar  biasanya  dilakukan  dengan  menggunakan  excavator  yang  dipasang  di  atas ponton. Metode ini memiliki kelemahan, yaiu: terbatasnya jarak jangkauan excavator untuk membuang material hasil pengerukan ke tepi sungai. Artikel  ini berisikan desain kapal keruk sungai dengan metode pengerukan menggunakan kapal  katamaran  yang  dilengkapi  dengan  kontainer  penampung  lumpur  sehingga    lebar  sungai  tidak  lagi  menjadi batasan.  Kapal  dilengkapi  dengan  bucket  elevator  pada  bagian  buritan  kapal  yang  berfungsi  untuk  melakukan pengerukan  dan  berfungsi  ganda  sebagai  propulsi  kapal  dengan  memanfaatkan  gaya  dorong  yang  diakibatkan  oleh sentakan  antara  bucket  dan  dasar  perairan.  Kebutuhan  displacement  kapal  telah  dihitung  berdasarkan  berat  bucket elevator,  berat  kontainer  dan  berat  konstruksi  kapal.  Perhitungan  hidrostatik  dan  hambatan  kapal  dilakukan menggunakan  Software  MaxSurf  dan  divalidasi  menggunakan  pengujian  tahanan  kapal.  Perhitungan  bucket  elevator divalidasi  dengan  uji  coba  pengerukan  oleh  prototipe  kapal  dengan  skala  1:4.  Kapal  keruk  katamaran  ini  memiliki displacement 6,972 ton dan mampu menampung muatan lumpur sampai dengan 2,668 ton dengan kecepatan laju hanya 1,7  knot  untuk  menjaga  agar  pengerukan  terjadi  secara  merata.    Kapal  ini  sangat  sesuai  digunakan  sebagai  kapal keruk  sungai yang beroperasi secara rutin untuk memelihara tingkat kedalaman sungai.
Copyright © 2019, KAPAL , pISSN:1829-8370, eISSN : 2301-9069
Kata Kunci : Kapal keruk, Katamaran, Perairan dangkal, Bucket elevator

## 1. PENDAHULAN
Sejak  jaman  kerajaan  Majapahit  sampai dengan  masa  pendudukan  Belanda  di  Indonesia, sungai-sungai  di  beberapa  kota  di  Indonesia difungsikan sebagai prasarana transportasi. Sayang sekali, pada saat ini sungai-sungai tersebut menjadi  sangat  dangkal  dan  tidak  lagi  dapat dilalui  kapal.  Pendangkalan  sungai  menyebabkan aliran  sungai  tidak  lancar  dan  daya  tampung  air menjadi  sangat  terbatas.  Hal  ini  merupakan  salah satu  penyebab  terjadinya  banjir  selain  akibat semakin  sempitnya  hutan  yang  berfungsi  untuk
menahan air.
Selama  ini  pengerukan  sungai  di  perkotaan dilakukan  dengan  menggunakan  alat  berat excavator yang  dipasang  di  atas  ponton,  seperti pada Gambar 1 [1]. Excavator dengan karakteristiknya  yang  berat  memerlukan  ponton yang  relatif  besar  untuk  mampu  mendukung beratnya excavator . Selain itu, dalam operasionalnya  olah  gerak excavator di  atas ponton  sangat  sulit  sehingga  jangkauan  keruk sangat terbatas. Hasil kerukan excavator umumnya  dibuang  di  pinggir  sungai.  Banyaknya kandungan air pada buangan hasil kerukan sangat menggangu  lingkungan  di  sekitar  sungai.  Daerah aliran  sungai  yang  dipadati  oleh  pemukiman
*) Penulis Korespondensi : Email : putusindhu@ppns.ac.id

## JURNAL ILMU PENGETAHUAN & TEKNOLOGI KELAUTAN KAPAL
menambah permasalahaan, yaitu: semakin sulitnya  melakukan  pengerukan  yang  selama  ini dilaksanakan dengan menggunakan excavator .
Terbatasnya  kedalaman  sungai  dan  berat jenis  lumpur  yang  relatif  besar  merupakan  dua faktor  utama  yang  merupakan  kendala  dalam perancangan kapal keruk. Kapal keruk menggunakan bucket yang  ada  saat  ini  dibuat untuk  melakukan  pengerukan  dengan  kedalaman 8  m  sampai  30  m  [2],  seperti  ditunjukkan  pada Gambar  2.  Proses  pembongkaran  hasil  kerukan dari  ruang  muat  memerlukan  peralatan  tambahan yang  beratnya  akan  sangat  berpengaruh  pada besarnya  kapal  untuk  menyediakan  gaya  apung yang memadai.
Sejauh  ini  informasi  yang  dihasilkan  masih terbatas  pada  pemilihan  alat  keruk,  alternatif metode bongkar muat dan stabilitas kapal. Banyak informasi  yang  masih  belum  tersedia  untuk mewujudkan  rancangan  kapal  keruk  di  perairan dangkal,  seperti  pemanfaatan  serba  guna  kapal keruk  dengan  rancangan  ruang  muat  dan  alat keruk  yang  dapat  dilepas,  konstruksi  kapal katamaran dengan material ringan, serta pengaruh arus  yang  terjadi  akibat  pengerukan  terhadap gerakan kapal. Kapal keruk Kalimas dengan sarat 0,75  m  dirancang  dengan  menggunakan suction dredger [3].  Hasil  penelitian  ini  hanya  bisa diterapkan  untuk  pengerukan  pada  bagian  muara, karena  kedalaman  sungai  Kalimas  pada  kondisi air surut berkisar antara 0,3 – 0,7 m.
Pada penelitian ini dilakukan desain, pembuatan  dan  uji  coba  prototipe  kapal  keruk untuk mengetahui apakah kapal keruk menggunakan bucket  elevator dapat  dioperasikan pada sungai dangkal.
Gambar 1. Excavator – Ponton

## 2. METODE
Penelitain ini dilaksanakan dengan metodologi sebagai berikut:
a. Merancang  bentuk  kapal  menggunakan software  Maxsurf,    dilanjutkan  dengan perhitungan hambatan dan hidrostatik
b. Perhitungan  hambatan  dan  kajian  teoritis numerik  (dengan  teknik  CFD)  pemilihan bentuk  katamaran  (sebagai  alternatif)  dari bentuk monohull yang ada selama ini, disertai dengan analisis optimasi jarak lambung
c. Membuat  prototipe  kapal  dengan  material GFRP ( glassfiber reinforced plastic )
d. Melakukan  eksperimental  fisik  model  kapal di  kolam  uji  untuk  mengetahui  validasi perhitungan tahanan kapal dan besarnya daya penggerak kapal
e. Merancang bucket elevator sebagai alat keruk dan penggerak prototipe kapal
f. Membuat  dan  memasang bucket  elevator pada prototipe kapal keruk
g. Melakukan  uji  coba  operasional  prototipe kapal  keruk  dengan  melakukan  pengerukan di sungai.
h. Melakukan  pengukuran  kecepatan  kapal selama proses pengerukan.

## 2.1. Prototipe Kapal Keruk
Meskipun  telah  ada  berbagai  jenis  kapal keruk,  prototipe  kapal  keruk  yang  akan  diteliti mempunyai beberapa kekhususan sebagai berikut: a. Rancangan  kapal  katamaran  sebagai  kapal keruk  perairan  dangkal  merupakan  pilihan yang  logis  untuk  mendapatkan  ruang  muat yang maksimal.
b. Penggunaan bucket  elevator sebagai  alat keruk memiliki keuntungan yaitu memberikan  daya  dorong  tambahan  pada gerakan kapal. c. Ruang  muat  yang  ditempatkan  di  antara kedua  lambung  kapal  memiliki  keuntungan yaitu  dapat  dilepas  sehingga  mempercepat proses bongkar muatan.
Lambung  kapal  dirancang  dengan  tipe katamaran sehingga memungkinkan untuk menempatkan  ruang  muat knock  down , bucket elevator dan hopper pada  posisi center  line .  Ada sebuah ruang muat yang bisa dilepas dan dipasang kembali.  Penggunaan  sistem knock  down ini memungkinkan  untuk  menggeser  posisi  ruang muat sehingga kondisi trim kapal dapat dikendalikan  dengan  cara  menggeser  posisi tersebut kearah memanjang kapal. Sistem ini juga memungkinkan  untuk  dilakukan  penggantian
panjang  elevator  yang  disesuaikan  dengan kedalaman sungai tertentu.

## 2.2. Ukuran dan Kecepatan Bucket
Perancangan bucket  elevator dimulai  dari penentuan  kapasitas  pengerukan  (Q).  Kapasitas pengerukan  dapat  ditentukan  dengan  menetapkan berapa  lama  kapal  tersebut  membutuhkan  waktu (t) untuk memenuhi volume ruangan muatnya (V).
𝑄 = 𝜌𝑉 𝑡 (1)
dimana ρ adalah massa jenis lumpur.
Ukuran alat keruk adalah volume bucket (Vb) dan  jarak bucket ( pitch ).  Ukuran  pengeruk tergantung  dari  kapasitas  pengerukan  (Q)  dan kecepatan alat (v).
𝑉 𝑏 = 𝑄𝑝 𝜌𝑣ƞ (2)
dimana:  p  adalah  jarak bucket (m),  ɳ  adalah persentase  pengisian bucket (%),  Q  adalah kapasitas pengerukan (ton/jam), V b adalah volume bucket (m 3 ), ρ adalah massa jenis lumpur (ton/m 3 ) dan v adalah kecepatan rantai (m/jam)
Agar material tidak terlempar tepat pada saat bucket mencapai  ujung  atas elevator maka kecepatan bucket (v)  tidak  boleh  lebih  dari  v 0 , dimana  v 0 adalah  kecepatan  lumpur  pada  saat terlempar dari bucket , yaitu sebagai berikut [4].
𝑣 0 =   √𝑔𝑅 𝑚 (3)
𝑆 =   𝑣 0 𝑡 + 0,5𝑔𝑡 2 (4)
dimana:  R m adalah  radius  putar  rata-rata bucket dalam  meter,  S  adalah  jarak  lemparan  lumpur,  v 0 adalah kecepatan lumpur lepas dari bucket (m/s), t adalah  waktu  untuk  mencapai  penampungan  (s) dan g adalah gravitasi bumi (9,81 m/s 2 ).

## 2.3. Lokasi Penelitian
Prototipe  kapal  keruk  direncanakan  untuk dioperasikan  di  Kalimas  Surabaya.  Prototipe  ini dirancang,  dibuat  dan  diujicobakan  di  Politeknik Perkapalan  Negeri  Surabaya.  Proses  perancangan dilaksanakan di Laboratorium CAD/CAM dengan menggunakan  Software  MaxSurf  dan  Ansys, pembuatan  prototipe  dilalukan  di  Bengkel  Non Metal,  sedangkan  uji  coba prototipe  dilaksanakan di Kolam PPNS.

## 2.4. Metode Pengerukan
Beberapa  metode  pengerukan  yang  ada  pada literatur  umumnya  tidak  digunakan  pada  aliran sungai  dangkal,  seperti  ditunjukkan  Gambar  3 sampai dengan Gambar 7 [2,5]. Kapal keruk pada Gambar 3 sampai dengan Gambar 5 menggunakan mekanisma  hidrolika  dengan  pompa  penyedot material  dasar  perairan,  sedangkan  kapal  keruk pada Gambar 6 dan 7 masing-masing menggunakan mekanisme mekanik dengan backhoe dan grab .  Pada  Gambar  1,  lumpur dihisap dan ditampung pada container , sedangkan pada  Gambar  4  dan  5  material  dihisap  dan dialirkan  melalui discharge .  Pada  Gambar  4 material memerlukan penghancuran menggunakan cutter  head untuk  menghancurkan  material sedangkan  pada  Gambar  5  tidak  memerlukan cutter head .
Gambar 3. Kapal Keruk Pompa dengan Propeler
Gambar 4. Kapal Keruk Pompa dengan Spud
Gambar 5. Kapal Keruk Pompa dengan Tali
Gambar 6. Kapal Keruk Backhoe dengan Spud
Gambar 7. Kapal Keruk Grab dengan Spud
Gambar 8. Kapal Keruk Bucket Elevator
Kelima jenis kapal keruk tersebut juga dapat dibedakan  dari  penggunaan  propeler  dan spud untuk  memindahkan  posisi  lambung  kapal. Metode  pengerukan  yang  disampaiakn  pada artikel  ini  adalah  menggunakan bucket  elevator seperti  ditunjukkan  pada  Gambar  8.  Kapal  ini tidak menggunakan propeler maupun spud karena kapal  sudah  dipastikan  mampu  bergerak  dengan memanfaatkan  gaya  dorong  yang  dihasilkan  oleh sentakan bucket dengan dasar sungai. Kapal keruk menggunakan bucket  elevator bukan  merupakan desain  baru.  Kapal  jenis  ini  sudah  pernah diterapkan  [2].  Pada  artikel  ini  diangkat  kembali dan  disesuaikan  untuk  diterapkan  pada  sungai dangkal. Kapal ini juga sudah dikembangkan dan dipatenkan dengan penambahan sirip pada bucket untuk melakukan gerakan ke arah berlawanan [6].

## 2.5. Alat dan Bahan
Prototipe  kapal  keruk  katamaran  dibuat dengan  skala  ukuran  1:4  dan  panjang  prototipe adalah  1,5  m.  Bahan  yang  digunakan  untuk pembangunan  lambung prototipe kapal ini adalah glassfiber  reinforced  plastic (GFRP). Bucket
terbuat  dari  material  baja  SS  400  yang  terpasang pada rantai dan digerakkan oleh motor bakar 0,32 kW.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Survei  pada  aliran  sungai  dan  muara pelabuhan  dilaksanakan  pada  musim  kemarau  di sungai Kalimas Surabaya. Survei dilakukan untuk mengetahui kedalaman sungai mulai dari dermaga kapal  wisata  sampai  dengan  pelabuhan  pelayaran rakyat di muara sungai. Kondisi sungai terdangkal sebesar  0,3  m  diukur  pada  jembatan  di  sekitar pelabuhan pelayaran rakyat di muara sungai. Pada Gambar 9 terlihat perahu yang sedang mengangkut  air  tawar  untuk  kebutuhan  kapal pelayaran  rakyat  yang  sedang  tambat  di  muara sungai.  Kondisi  sungai  yang  paling  dalam  diukur pada  jembatan  dekat  dermaga  wisata  sebesar  0,7 m.  Pada  Gambar  10  dapat  dilihat  kapal  wisata yang sedang beroperasi di sekitar dermaga wisata. Kondisi sungai seperti tersebut tidak memungkinkan excavator untuk melakukan pengerukan  menggunakan  ponton  di  tengah sungai,  melainkan  hanya  mampu  dilakukan  dari bantaran sungai.
Gambar 9. Kedangkalan di Muara Kali Mas

## Gambar 10. Kapal Wisata Kali Mas

## 3.1. Lambung Katamaran
Dengan  dasar  pemikiran  bahwa  pengerukan direncanakan  berawal  dari  daerah  yang  paling dalam  menuju  daerah  yang  paling  dangkal,  maka kapal keruk direncanakan memiliki sarat maksimum  sebesar  0,7  m.  Untuk  mendapatkan displacement kapal  yang  maksimum  dan  luasan
geladak  yang  besar  sebagai  peletakan  alat  keruk bucket  elevator dan  peletakan  ruang  muat,  maka bentuk  kapal  yang  direncanakan  adalah  kapal katamaran. Melalui perencanaan dengan menggunakan  MaxSurf  [7],  diperoleh  bentuk kapal  katamaran  dengan  ukuran  utama  kapal sebagai  berikut:  panjang  (Lpp)  adalah  6  m,  lebar lambung  (B)  adalah  1,2  m,  lebar  keseluruhan (BOA) adalah 4,2 m, sarat (T) adalah 0,688 m dan koefisien blok (Cb) adalah 0,728.
Gambar 11. Rencana Garis Kapal
Tabel 1. Karakter Hidrostatik No  Item Hidrostatik Nilai 1 Displacement kg 109 2 Heel degrees 0° 3 Draft at FP m 0.172 4 Draft at AP m 0.172 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Draft at LCF m Trim m WL Length m WL Beam m Wetted Area m^2 Waterpl. Area m^2 Prismatic Coeff.
Block Coeff. Midship Area Coeff. Waterpl. Area Coeff. LCB to Amidsh. m
LCF to Amidsh. m KB m KG m BMt m BML m GMt m GML m KMt m KML m TPc Tonne/cm MTc Tonne.m 0.172 0.000 1.475 1.050 1.485 0.812 0.767 0.728 0.950 0.933 0.001 Aft 0.055 Aft 0.097 0.172 1.089 1.174 1.014 1.099 1.186 1.271 0.008 0.001
Pada  Gambar  11  dapat  dilihat  bentuk  garis potongan  melintang  ( body  plan ),  gambar  bentuk irisan  vertikal  kearah  memanjang  ( buttock  lines ) dan gambar garis air ( water lines ) prototipe kapal dengan  ukuran  utama  sebagai  berikut:  LOA=1,5 m,  BOA=1,05  m,  H=0,26m,  dan  Cb=0.728. Displacement  kapal  tersebut  adalah  109  kg dengan  berbagai  karakteristik  hidrostatik  pada sarat  penuh  0,172  m,  seperti  ditunjukkan  pada Tabel 1.
Displacement prototipe  sebesar  109  kg mewakili displacement kapal  yang  sebenarnya sebesar  6,972  ton,  yaitu  sebesar  4 3 atau  64  kali displacement  prototipe.  Sarat  prototipe  sebesar 0,172  m  mewakili  sarat  kapal  sebesar  0,688  m, yaitu  4  kali  sarat  prototipe  dan  luas  garis  air, waterplane  area (WPA)  sebesar  0,812  m 2 mewakili 4 2 atau 16 kali WPA prototipe.

## 3.2. Tahanan Kapal
Hasil  perhitungan  hambatan  dan  daya penggerak kapal menggunakan Hullspeed menunjukkan bahwa prototipe tersebut
membutuhkan  daya  sebesar  0,2  HP  (150  watt) pada  kecepatan  3  knot  (1,5  m/s).  Hasil perhitungan  ini  menunjukkan  nilai  yang  tidak berubah  meskipun  jarak  antar  lambung  kapal divariasikan. Hal ini  menunjukkan bahwa Hullspeed  tidak  memperhitungkan  efek  aliran diantara kedua lambung kapal.
Mengingat  kompleksnya  aliran  disekitar lambung kapal, maka total hambatan kapal sangat sulit untuk diprediksikan hanya dengan menggunakan  metoda  teoritis.  Percobaan  model masih  merupakan  data  yang  paling  akurat  untuk menentukan  performansi  kapal.  Ciri  khas  dari hidrodinamika  kapal  katamaran  adalah  adanya interaksi  aliran  diantara  kedua  lambung.  Total hambatan  kapal  dinyatakan  dalam  persamaan sebagai berikut [8].
𝑅 = 0,5 𝐶 𝑇 𝜌𝑣 𝑚 2 𝑆 𝑤 (5)
dimana:  C T adalah  koefisien  hambatan  total,  ρ adalah    masa  jenis  fluida,  v m adalah  kecepatan kapal  dan  S w adalah  luasan  permukaan  basah kapal.
Untuk  mengetahui  validitas  hasil  hambatan seperti di atas, maka dilakukan pembuatan  model kapal  katamaran  tersebut  yang  selanjutnya  diuji pada towing tank di Laboratorium Hidrodinamika ITS.  Pada  tahap  pengujian  prototipe  ini  kami memvariasikan  nilai  perbandingan  jarak  lambung dengan panjang kapal (S/L), yaitu: 20% , 30% dan 40%.  Model  kapal  ditunjukkan  apda  Gambar  12
dan  data  hasil  pengujian  adalah  seperti  terlihat pada Tabel 2.
Gambar 12. Model Uji Tahanan Kapal
Tabel 2. Hasil Uji Tahanan Kapal S/L Kecepatan, v (m/dt) Tahanan, R (kg) 20% 0.43062 0.0143 0.56108 0.0684 0.68803 0.1779 30% 0.19816 0.0381 0.39801 0.2193 0.61715 0.5219 40% 0.18510 0.0348 0.58098 0.1291 0.84512 0.4080
Dari  ketiga  variasi  S/L  tersebut  diatas  nilai kebutuhan  daya  dorong  yang  paling  mendekati hasil perhitungan menggunakan Hullspeed adalah kebutuhan daya pada S/L=0,2 sebesar 186,48 watt dan  terdapat  perbedaan  hasil  perhitungan  sebesar 19,56%.
Dengan
menggunakan persamaan Dubrovsky,  maka  besarnya  koefisien  hambatan total  model  kapal  tersebut  adalah  2,95E-03, 1.64E-02,  dan  8,67E-03  mading  masing  pada rasio  jarak  lambung  20%,  30%  dan  40%.  Rata- rata  koefisien  hambatan  total  adalah  9,34E-03. Penelitian  mengenai  koefisien  hambatan  total kapal  katamaran  [9],  menunjukkan  nilai  yang mendekati, yaitu 8E-03.
Analisis  CFD  dilakukan  dengan  analisis ditekankan terhadap garis air pada posisi sarat air penuh.  Pemodelan  dilakukan  pada  badan  kapal format  katamaran  (S/L)  =  20%,  030%  dan  40% sesuai  dengan  jarak  pisah  pada  uji  eksperimental model.  Hasil-hasil  analisis  diperlihatkan  pada Tabel 3.
Tabel 3. Hasil Analisis CFD S/L Tahanan Gesek Tahanan Total 20% 0.060 0.096 30% 0.059 0.081 40% 0.058 0.075
Seperti halnya  dengan  uji model  kapal  maka tampak  dengan  jelas  (secara  kualitatif)  telah terjadi  pengurangan  gaya  hambatan  seiring dengan meningkatnya jarak antara lambung kapal.
Jarak  terjauh  (S/L=40%)  memperlihatkan  suatu kondisi  dimana  interaksi  gelombang  antara lambung  praktis  tidak  ada,  seperti  terlihat  pada Gambar 13.
Gambar 13. Distribusi tekanan pada S/L=40%

## 3.3. Bucket Elevator
Massa  jenis  lumpur  diukur  dengan  cara menimbang  lumpur  yang  telah  dimasukkan    ke dalam kemasan. Data berat lumpur tersebut adalah sebagai berikut:
1.  Massa sampel I  : 852 gram
2.  Massa sampel II  : 818 gram
3.  Massa sampel III  : 830 gram
4.  Massa sampel IV : 846 gram
5.  Massa sampel V  : 846 gram
Rata-rata  berat  jenis  lumpur  tesebut  adalah sebagai berikut:
- Massa rata-rata = 0,8384 kg - Volume kemasan  = 0,6 liter - Massa jenis (ρ) =1,39 ton/m 3

## Gambar 14. Model Bucket Elevator
Agar lumpur terlempar tepat pada saat bucket berada pada posisi puncak elevator seperti terlihat pada  Gambar 14, maka besarnya gaya sentrifugal haruslah  sama  dengan  berat  lumpur  pada  bucket, sehingga dapat dituliskan dengan persamaan sbb:
𝑚𝑔 = 𝑚𝑣 1 2 𝑅 𝑚 (6)
Dengan  demikian  maka  kecepatan bucket dapat dihitung dengan persamaan sbb:
𝑣 1 =   √𝑔𝑅 𝑚 (7)
𝑣 2 = 𝑅 𝑠 𝑅 𝑚 𝑣 1 (8)
dimana  :    Rm  adalah  jarak  dari  sumbu  putar  ke pusat  lumpur  ,  g    dalah  percepatan  gravitasi  dan Rs adalah jari-jari sproacket .
Prototipe  ini  direncanakan  menggunakan sproacket dengan  jari-jari  0,065  m,  dengan  lebar bucket adalah b. maka persamaan di atas menjadi, sebagai berikut.
𝑣 1 =   √𝑔(0,065 + 𝑏/2) (9)
𝑣 2 = 0,065 𝑅 𝑚 𝑣 1 (10)
Sehingga  jumlah  putaran sprocket per  menit  (N) adalah sebagai berikut.
𝑁 = 60𝑣 2 2𝑅 𝑠 (11)
Daya  yang  diperlukan  untuk  memutar sproacket dapat  dibedakan  menjadi  2  (dua) keadaan, yaitu: bucket berada pada posisi di dalam air dan pada posisi mengeruk lumpur.
Daya  yang  diperlukan  oleh bucket  elevator pada posisi tidak mengeruk adalah:
𝑃 = 2𝜋𝑁𝑇 60 (12)
dimana: N adalah jumlah putaran per menit sesuai dengan persamaan 11, dan torsi (T adalah sebagai berikut.
𝑇 = {0,065𝑊 1 + (0,065 + 𝑏 2 ) (𝑊 2 + 𝑊 3 )} sin(⍺) (13)
dimana:  W 1 adalah  gaya  akibat  berat  rantai  (N),
W 2 adalah  gaya  akibat  berat bucket (N),  W 3 adalah gaya akibat berat air pada bucket (N) dan α adalah  kemiringan bucket elevator .
Daya  di  atas  dipergunakan  oleh bucket elevator untuk  mengangkat  air  di  dalam bucket . Pada saat bucket masuk ke dalam air akan terjadi momentum sebesar:
𝑀 = 𝑚𝑣 (14)
dimana  :  m  adalah  massa  air  yang  dipindahkan, vadalah  kecepatn  air  saat  terlempar,  seperti dihitung dengan persamaan 3.
Massa  air  yang  dipindahkan  dalam  satu  kali ayunan bucket adalah:
𝑚 =   𝜌 𝑎 𝑏𝑙𝑠 (15)
dimana: b adalah lebar bucket , l  adalah panjang bucket , s=π(0,13+b)/2, yaitu lintasan bucket dalam satu  kali  putaran sproacket dan  ρ a adalah  masa jenis air.
Karena  waktu  yang  diperlukan  untuk  satu putaran sproacket adalah  jarak  lintasan  dibagi kecepatan maka:
𝑡 = 𝜋(0,13+𝑏) 𝑣 (16)
Dengan demikian daya yang digunakan untuk memindahkan  air  di  dalam  n  jumlah bucket adalah:
𝑃 1 = 𝑛𝑚𝑣 2 𝑡 (17)
𝑃 1 = 𝑛𝜌 𝑎 𝑏𝑙𝑣 3 (18)
Jadi  daya  yang  diperlukan  pada  posisi  tidak mengeruk,  yaitu  posisi  dimana bucket  elevator hanya melewati air adalah:
𝑃 2 = 2𝜋𝑁{0,065𝑊 1 +(0,065+ 𝑏 2 )(𝑊 2 +𝑊 3 )} sin(⍺) 60 + 𝑛𝜌 𝑎 𝑏𝑙𝑣 3 (19)
Bucket  elevator direncanakan  mempunyai panjang 0,84 m, sehingga alat ini akan melakukan pengerukan    pada  kemiringan  27 ° sampai  dengan kemiringan 45 ° .
Pada  saat  bucket  elevator  melakukan pengerukan  maka  daya  yang  dibutuhkan  lebih besar  dari  pada  posisi bucket berada  di  dalam  air saja. Daya tambahan yang dibutuhkan adalah daya untuk mengeruk lumpur dan mengangkat lumpur, sehingga Persamaan-13 menjadi sebagai berikut:
𝑃 2 = 2𝜋𝑁{0,065𝑊 1 +(0,065+ 𝑏 2 )(𝑊 2 +𝑊 4 )} sin(⍺) 60 + 𝑛𝜌 𝑙 𝑏𝑙𝑣 3 (20)
dimana:  W 4 adalah  gaya  akibat  berat  yang diangkut dan ρ l adalah berat jenis lumpur (N/m 3 ).
Daya  yang  dihitung  pada  persamaan  20 merupakan  daya  minimal,  sehingga  daya  di  atas perlu  ditambahkan  sebesar  25  %,  sebagai  daya yang diasumsikan hilang pada bearing dan rantai.
Pada  saat  pengerukan bucket  elevator harus dijaga agar selalu berada pada posisi seperti pada Gambar 14.
Seperti  terlihat  pada  Gambar  15,  sudut kontak  antara bucket dengan  lumpur  adalah  90 ° . Dengan  demikian  waktu  yang  dibutuhkan  untuk sekali  pengerukan  (t k )  adalah  seperempat  dari waktu untuk satu putaran sproacket .
Gambar 14. Kemiringan Bucket Saat Pengerukan
Gambar 15. Posisi Bucket Saat Pengerukan
Jarak  horisontal  yang  dikeruk  dalam  satu  kali kerukan adalah:
𝑆 𝑘 = 2(0,65 + 𝑏) sin(45 𝑜 ) (21)
Pada  saat  yang  sama bucket di  dalam  air  juga mengayuh  air.  Daya  ini  juga  memberikan  efek gerakan  kapal  kearah  horisontal,  sehingga  total daya yang  mengakibatkan gerakan kapal kedepan adalah:
𝑃 𝑘 = 0,5𝑛(𝜌 𝑎 + 𝜌 𝑙 )𝑏𝑙𝑣 3 cos (⍺) (22)
Jika kecepatan kapal pada daya dorong Pk adalah c (m/s), maka agar efektifitas pengerukan menjadi optimal  (100%),  maka  kecepatan  c  haruslah sebesar:
𝑐 = 4𝑣𝑆 𝑘 𝜋(0,13+𝑏) (23)
dan jarak antara bucket adalah:
𝑆 𝑏 = 0,13𝜋 4 = 0,102 m
(24)
Panjang bucket elevator , l adalah 0,84 m, panjang keliling rantai adalah 2,5 m dan jumlah bucket , n adalah  12  buah.  Bentuk  penampan  lintang bucket adalah  setengah  lingkaran  degan  diameter  b, sehingga  kapasitas  pengerukan  dari bucket elevator adalah:
𝑄 = 3600 0,25𝑛𝜋𝑏 2 𝑣
2,5 (m 3 /h)         (25)
𝑄 = 360 𝑛𝜋𝑏 2 𝑣 (m 3 /h)         (26) Dari persamaan-persamaan yang telah dijabarkan  diatas,  dapat  disimulasikan  beberapa ukuran bucket .  Untuk  mendapatkan  daya  dorong sebesar 150 watt maka lebar bucket adalah 60 mm dan panjang bucket 250 mm. Bila faktor hambatan pada  bearing  dan  rantai  diperhitungkan  sebesar 25%  maka  daya  yang  dibutuhkan  oleh bucket elevator tersebut  adalah  323  watt.  Jadi  dari  daya pengerukan sebesar 323 watt, 150 watt diantaranya  digunakan  untuk  mendorong  kapal. Kecepatan  pengerukan  kearah  horisontal  pada daya  dorong  150  watt  adalah  1,14  m/s. Berdasarkan  perhitungan  dengan  menggunakan Hullspeed,  dengan  daya  dorong  150  watt,  kapal akan bergerak dengan kecepatan 3 knot (1,5 m/s).
Dengan  menggunakan  persamaan-persamaan tersebut  di  atas,  dapat  dihitung  waktu  yang dibutuhkan  oleh  satu  kali  kerukan  bucket  adalah 0,15  s.  Dengan  kecepatan  1,5  m/s  maka  jarak yang  ditempuh  oleh  kapal  adalah  0,23  m.  Jarak horisontal yang dilalui bucket pada saat mengeruk lumpur  adalah  0,18  m.  Dengan  demikian  dapat disimpulkan  bahwa  efektifitas  alat  keruk  ini adalah  0,18:0,23  =  76%.  Artinya,  kalau  kapal berjalan  100  m  maka  total  bagian  yang  terkeruk sepanjang 76 m. Sedangkan kapasitas pengerukan prototipe bucket  elevator tersebut  adalah  11,79 m 3 /h.

## 3.4. Uji Coba Prototipe
Untuk  mengetahui  validasi  perhitungan  efek daya  dorong  kapal  yang  diakibatkan  oleh  alat keruk  maka  dilakukan  percobaan  pengerukan. Gambar  16  menunjukkan  prototipe  kapal  yang sedang diuji coba.
Hasil  uji  coba  seperti  pada  Tabel  4 menunjukkan  adanya  perbedaan  kecepatan  kapal antara  uji  coba  dengan  perhitungan.  Pada  saat tidak  mengeruk,  kecepatan  uji  coba  hanya  34% dari  kecepatan  perhitungan.  Sedangkan  pada  saat mengeruk  kecepatan  kecepatan  uji  coba  hanya 14% dari kecepatan yang diperhitungkan.
Gambar 16. Uji Coba Pengerukan
Tabel 4. Hasil Uji Coba
RPM Kemiringan Kecepatan Rata-Rata (m/s) 97 15 0 0.49 97 45 0 0.20 50 15 0 0.36
Dengan  demikian  dapat  dinyatakan  bahwa efisensi  penggerak  kapal  menggunakan  kayuhan bucket  pada  saat  tidak  mengeruk  mencapai  34%, sedangkan  pada  saat  mengeruk  hanya  mencapai 14%. Meskipun efisiensi tersebut relatif kecil jika dibandingkan  dengan  efisensi  propeler,  tetapi  hal ini  hanyalah  efek  samping  dari  fungsi  utamanya sebagai alat keruk.
Dari  hasil  perhitungan  dengan  ukuran  kapal yang sebenarnya didapatkan bahwa pada kemiringan  pengerukan  45 ° ,  dibutuhkan  daya untuk pengerukan sekitar 11,29 kW. Dengan daya tersebut  pengerukan  berlangsung  dengan  lintasan keruk  1,93  meter  per  detik.  Sedangkan  efek  daya dorong  kapal  akibat  pengerukan  adalah  sekitar 7,13 kW. Daya dorong tersebut akan menyebabkan  kapal  bergerak  dengan  kecepatan sekitar  5  knots  (2,5  m/s).  Berdasarkan  uji  coba prototipe,  kecepatan  kapal  hanya  34%  dari  2,55 m/s,  yaitu  sebesar  0,85  m/s.      Karena  kecepatan kapal  lebih  kecil  dari  kecepatan  lintasan pengerukan  maka  dapat  disimpulkan  bahwa pengerukan akan berlangsung tanpa adanya lokasi dasar  sungai  yang  tidak  terjangkau  oleh bucket elevator .

## 3.5. Kapasaitas Muatan
Bak lumpur direncanakan dapat dipasang dan dilepas  sehingga  pada  saat  pembuangan  lumpur bak tersebut ikut terangkat ke dalam truk. Hal ini dimaksudkan  untuk  mempercepat  proses  bongkar muat.  Dengan  mempertimbangkan  hal  tersebut maka  bak  tersebut  direncanakan  dibuat  dari material baja, sedangkan badan kapal terbuat dari
fiberglas  agar  dapat  memperkecil  berat  kapal kosong (LWT). Agar kapal tidak mengalami trim yang  berlebih  maka  bak  tersebut  dipasang  pada bagian  depan  kapal  dan  sebagai  pengimbangnya bucket elevator dan kursi operator diletakkan pada bagian  belakang  kapal,  seperti  ditampilkan  pada Gambar 17.
Gambar 17. Rencana Umum Kapal
Berdasarkan Lloyd Register of Shipping [10], bila  rasio  kecepatan  dan  panjang  kapal  adalah 2,04, maka:
- Jarak  gading  adalah  380  mm  (direncanakan jarak gading 300 mm)
- Berat laminasi kulit sisi adalah: 2,15 kg/m 2
- Berat laminasi geladak adalah: 1,85 kg/m 2
- Berat laminasi kulit alas adalah: 2,65 kg/m 2 - Modulus gading adalah 15 cm 3
Balok  geladak  direncanakan  menggunakan profil  baja  dengan  perhitungan  pada  kondisi  bak terpenuhi oleh lumpur adalah sebagai berikut:
- Berat lumpur adalah: 2668,80 kg
- Berat bak lumpur dari pelat adalah: 688 kg
- Momen lentur maksimum yang diterima oleh balok geladak adalah: 302 kg.m
- Momen  lentur  tersebut  ditahan  oleh  pipa kotak  dengan  ukuran  120x60x4  mm,  dengan berat 285 kg dan tegangan 85,6 N/mm 2
Gading  kapal  direncanakan  dengan  ukuran seperti pada Gambar 18. Modulus gading tersebut sebesar 18,92 cm 3 .
Gambar 18. Ukuran Gading
Semua  bagian  konstruksi  tersebut  di  atas direncanakan  menggunakan  lapisan glassfiber reinforced  plastic (GFRP)  seperti  pada  Tabel  5.
Mat  dipilih  karena  sifatnya  yang  lebih  homogen, sedangkan  pemilihan  woven  roving  karena membentuk  ketebalan  laminat  yang  lebih  cepat dan kekuatan serta kekakuan lebih bagus daripada mat [11].
Tabel 5. Layer GFRP Nama Lapisan Berat ( g/m² ) Tebal ( mm ) Choped Strand Mat 450 0,9 Choped Strand Mat 450 0,9 Woven Roving 600 0,734 Woven Roving 600 0,734 Choped Strand Mat 450 0,9 Choped Strand Mat 450 0,9 Total 3000 5,068 Tabel 6. Berat Kapal No. Item Berat (kg) 1 Kulit sisi 181,48 2 Kulit geladak 68,25 3 Gading 128,52 4 Balok geladak 285,16 5 Kursi 20,00 6 Bucket Elevator 1690,09 7 Kemudi 100,00 8 Bak lumpur 687,66 9 Lumpur 2668.80 10 Operator 150,00 11 Ballast 992,04 Total 6.972,00
Berat  kosntruksi  dan  komponen  kapal  keruk adalah  seperti  pada  Tabel  6.  Kapasitas  muatan pada  kapal  tersebut  sekitar  2,7  ton  atau  sekitar 38% dari displacement kapal.

## 4. KESIMPULAN
Bucket  dredger bisa  diaplikasikan  untuk perairan  dangkal.  Desain  kapal  keruk  katamaran menggunakan bucket  elevator dapat  dioperasikan tidak  hanya  untuk  kedalaman  8  m  sampai  30  m, tetapi  dapat  dirancang  khusus  untuk  pengerukan sungai  dengan  kedalaman  0,7  m.  Kapal  keruk katamaran  dengan  panjang  6  m  dan displacement 6,972 ton memiliki kapasitas muatan sebesar 38% dari  displacement  kapal.  Berat  kapal  kosong hanya  4,3  ton  dan  sistem  konstruksi  yang knock down sangat  memungkinkan  bagi  kapal  untuk beroperasi di lingkungan sungai perkotaan. Selain itu,  kapal  keruk  katamaran  lebih  mudah  untuk dimobilisasi bila dibandingkan dengan penggunaan excavator dan ponton.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada DIKTI  atas  dukungan  dana  penelitian,  mulai  dari program  Hibah  Bersaing,  Hi-Link  dan  CPPBT
sampai dengan dikeluarkannya Paten Kapal Keruk Katamaran Menggunakan Bucket Elevator Bersirip oleh Kemenkumham.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] https://news.detik.com/berita-jawa-timur/d- 3663897/lumpur-hasil-pengerukan-sungai- dan-saluran-digunakan-nguruk- fasum/komentar . [Diakses 19 Agustus 2019]
[2] W.J.Vlasblom,  Design  Dredging  Equipment, Chapter 6 Bucket (Ladder) Dredger, 2004.
[3] Herijono, B dan Prayitno M.M.E., “Perencanaan Dredger Ship untuk
Normalisasi  Hilir  Sungai Kalimas,” Seminar Master, PPNS, 2017.
[4] Renold, Conveyor Chain, Chapter 4 Conveyor Chain Designer Guide, 2014.
[5] US  Army  Corps  of  Engineers,  Engineering and  Design;  Dredging  and  Dredged  Material Management,  EM  1110-2-5025,  Department of the Army, 2015.
[6] Asmara,  I.P.S.  dan  Utama,  I.K.A.P.,  2017. Kapal  Keruk  Katamaran  yang  Dilengkapi dengan Bucket Elevator Bersirip. Kementerian Hukum dan Hak Asasi Manusia Republik Indonesia. Paten. Nomor
IDP000045824.
[7] Maxsurf,  Maxsurf  Pro  7.16  User  Manual, Formating Design Pty Ltd, 2002.
[8] V.  Dubrovsky  and  A.  Lyakhovitsky,  Multi- Hull  Ships,  Backbone  Publishing  Company, USA, 2001.
[9] M. Haase, G. Thomas, G. Davidson, and J. R. Binns,  “  Apractical  Design  Approach including  Resistace  Prediction  for  medium Speed  Catamarans”,  Ship  Technology Research, 2013 [Online]. DOI:10.1179/str.2013.60.1.001  [Diakses  19 Agustus 2019]
[10] Lloyd Register of Shiping, (1983), Rules and Regulation  for  Classification  of  Yatchs  and Small Craft, London.
[11] Scott,  Robert  M.,  (1996),  Fiberglass  Boat Design  and  Construction,  2nd  edition, SNAME,  New  Jersey.O.  M.  Faltinsen, Hydrodynamics of High-Speed Marine Vehicle,  Cambridge:  Cambridge  University Press, 2005.