Abstrak —  Tugboat  adalah  salah  satu  jenis  kapal  yang berfungsi  untuk  membantu  menarik  kapal  besar  di  area pelabuhan.  Dalam  menjalankan  kerjanya,  tugboat  beroperasi pada  mode  operasi  yang  berbeda  –  beda.  Mode  operasi  kerja tugboat  tersebut  adalah  sebagai  berikut  mode standby ,  mode cruising ,  dan  mode assisting .  Mode  operasi  tugboat  yang berbeda  –  beda  mengakibatkan  konsumsi  bahan  bakar  tidak optimal.  Salah  satu  alternative  untuk  mengatasi  hal  tersebut adalah  dengan  menggunakan system tenaga penggerak hybrid atau Hybrid propulsion system . Hybrid propulsion system adalah konfigurasi  permesinan  dengan  dua  sistem  tenaga  penggerak. Sistem  tenaga  penggerak  hybrid  bekerja  pada  setiap  mode operasi  dari  tugboat  untuk  mengoptimalkan  kerja  dan konsumsi  bahan  bakar  penggerak  utama. Hybrid  propulsion system tersusun dari 2 mesin diesel dan 2 motor listrik. Dengan menggunakan  system  tenaga  penggerak  hybrid  dapat menghemat  bahan  bakar  hingga  50  %  dari  permesinan konvensional.
Kata  Kunci — Hybrid  propulsion  system,  konfigurasi permesinan, konsumsi bahan bakar. .

## I. PENDAHULUAN
arbour tug adalah kapal jenis tug boat yang beroperasi di  pelabuhan  yang  bertugas  untuk  membantu  kapal- kapal  yang  akan  berlabuh  ke  dermaga  untuk melaksanakan  kegiatan  bongkar  muat.  Mode  operasi  dari tugboat dapat terdiri dari standby, assist, cruising atau free running. Dalam  setiap  moda  operasinya  tugboat  tersebut memerlukan  daya  yang  berbeda.  Dalam  kondisi  assist  daya yang  diperlukan  adalah  100  %  dari  daya  seluruh  mesin karena  kondisi  ini sedang menarik kapal. Sedangkan dalam kondisi cruising atau  keadaan free  running tugboat menggunakan  daya  sekitar  10-30  %  dari  daya  total  mesin penggerak utama. Dan dalam kondisi standby menggunakan daya  10  –  20  %  dari  daya  untuk  menjaga  posisi  tugboat tersebut. Dalam waktu satu bulan kerja operasi tugboat tidak selalu dalam kondisi 100 % daya mesin utama.
Karakteristik dari mesin adalah jika mesin sering bekerja pada  daya  kurang  dari  75  %  daya  keseluruhan, Time Between  Overhaul (TBO)  akan  semakin  cepat.  Semakin cepat dan pendeknya TBO dari suatu mesin akan merugikan dari pemilik kapal karena akan mengurangi dari operasional dari kapal.
Dari operasional  cycle pada  setiap  mode  operasional tugboat  tersebut,  perlu  di  desain  sebuah  propulsi  system yang  menghasilkan  kerja  kapal  pada  kondisi  yang  optimal. Konfigurasi  propulsi  yang  umum  pada  tugboat  adalah menggunakan  mesin  diesel  untuk  menggerakan  propeller.
Konfigurasi  ini  memiliki  kelemahan  yaitu  pada  pemakaian dari  daya  mesin  yang  bekerja  pada  mode  operasi standby dan cruising karena  dalam  mode  operasi  tersebut  tugboat bekerja pada daya 10 – 30 % daya. Alternative desain yang bisa  digunakan  untuk  saat  ini  adalah  system  hybrid propulsion.
Dalam  kondisi  Hybrid,  mode  operasi cruising dan standby pada kapal akan menggunakan system propulsi lain dari  mesin  diesel  yaitu  motor  listrik.  System  hybrid  yang dibicarakan  adalah hybrid  propulsi yang  dimana  ketika dalam  mode  operasi  tugboat cruising dan standby menggunakan motor listrik karena tidak membutuhkan daya yang tidak besar, dan tugboat bekerja pada kondisi assisting tugboat membutuhkan kinerja daya yang besar menggunakan daya  yang  berasal  dari  mesin  penggerak  utama.  Sehingga daya yang digunakan pada setiap mode operasi tugboat akan lebih optimal dalam kondisi kerjanya.

## II. TINJAUAN PUSTAKA

## A. Karakteristik Kapal Jenis Tugboat.
Tugboat  adalah  jenis  kapal  yang  digunakan  untuk membantu  menarik  ataupun  mendorong  kapal  lain.  Baik kapal  –  kapal  besar  yang  akan  bersandar  kepelabuhan maupun  kapal  –  kapal  yang  tidak mempunyai  penggerak sampai  bangunan  lepas  pantai.  Sesuai  dengan  tenaga pendorongnya, fungsi tugboat pada umumnya adalah a) Menarik  atau  mendorong  kapal  –  kapal  yang  berukuran besar  yang  kesulitan  bersandar  di  dermaga.  Contoh tanker,  kapal  induk  maupun  kapal  –  kapal  yang  tidak memiliki  penggerak  sendiri.  Contoh  kapal  tongkang, Serta memindahkan bangunan lepas pantai.
b) Membantu melaksanakan mooring dan unmooring kapal – kapal niaga.
c) Membantu  memadamkan  api  jika  terjadi  kebakaran dipelabuhan  maupun  dikapal  karena  tugboat  yang dilengkapi dengan pompa air.

## B. Mode Operasi Tugboat Pelabuhan ( Harbour Tug)
Mode  Operasi  tugboat  dalam  kondisi  kerjanya memiliki berbagai macam kondisi kerja dan berbagai macam daya yang digunakan dalam setiap mode operasinya. Macam – macam mode operasi tugboat sebagai berikut :
a) Mode operasi standby

## Desain Konseptual
Hybrid Propulsion Mesin Diesel dengan Motor Listrik pada Tugboat 70 Ton Bollard Pull Untuk Aplikasi di Pelabuhan
Imron Noor Ardiwijaya, Indrajaya Gerianto, I Made Ariana Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
Email: igrianto@its.ac.id, ariana@its.ac.id
H
Mode operasi standby adalah mode operasi tugboat yang berada  di  laut  lepas  kondisi  dimana  kapal  menggunakan daya dari penggerak untuk mempertahankan posisinya disaat tugboat  sudah  dekat  dengan  kapal  yang  akan  ditarik  dan menunggu perintah untuk menarik tali dari kapal yang akan dipandu.  Mesin  bekerja  pada  10-15%  daya  total  mesin utama. Kondisi ini tugboat bekerja pada kecepatan 1-2 knot dalam menjaga posisinya.
b) Mode operasi freerunning
Mode  operasi  ini  adalah  kondisi  kerja  dimana  tugboat bekerja  tanpa  ada  beban  atau  bekerja  saat  tugboat  berlayar dari  pelabuhan  ke  laut  lepas  untuk  menjemput  kapal  yang akan ditarik menuju ke pelabuhan. Pada kondisi ini tugboat bekerja  pada  kecepatan  7-12  knot.  Daya  mesin  yang digunakan  pada  mode  ini  25-35  %  dari  daya  total  mesin utama yang ada di tugboat.
c) Mode operasi menarik atau assisting
Kondisi  dimana  tugboat  sedang  menarik  kapal  besar yang  akan  merapat  kepelabuhan  dimana  kondisi  tugboat bekerja pada kecepatan 2-5 knot. Kondisi ini tugboat bekerja pada keadaan mesin full throthlle atau kondisi mesin bekerja penuh.
C. Bollard Pull
Bollard  Pull adalah  kemampuan  dari  daya  tarik beban  statis    tugboat  menarik  suatu  beban. Bollard  pull dihasilkan  dari  daya  mesin  yang  dikombinasikan  dengan thrust  propeller sehingga  menghasilkan  daya  dorong  pada tugboat. Bollard  pull di  dapatkan  pada  saat  pengujian tugboat yang dikaitkan dengan tali pada towing hook tugboat di  ikatkan pada  bollard yang tertanam pada  dermaga. Daya Tarik  tugboat  di  uji  sampai  berapa  ton  kemampuan  daya tariknya. Bollard  pull di  hasilkan  oleh  daya  mesin  yang  di salurkan  melalui thrust  propeller sehingga  mendapatkan torsi yang diinginkan.
D. Karakteristik  motor listrik
Motor  listrik  adalah  motor  yang  bekerja  berdasarkan induksi  elektromagnetik  dari  kumparan  stator  kepada kumparan rotornya, dimana arus rotor motor yang terinduksi sebagai  akibat  adanya  perbedaan  relative  antara  putaran rotor  dengan  medan  putar  yang  dihasilkan  oleh  arus  rotor. Motor  induksi  yang  umum  dipakai  adalah  motor  induksi  3 fase  dan  motor  induksi  1  fase.  Motor  induksi  3  fase dioperasikan  pada  system  tenaga  3  fase  dan  banyak digunakan    di  dalam  berbagai  bidang  industry  dengan kapasitas yang besar.

## E. System Propulsi Hybrid
Memperhatikan  tentang  kelangsungan  bahan  bakar  fosil yang  digunakan  pada  system  tenaga  penggerak  kapal menyebabkan  mendorong  pemerintah  untuk  menegakan peraturan  yang  lebih  ketat  untuk  tentang  emisi.  Peraturan yang  lebih  ketat  ini  memaksa  pemilik  kapal  dan  desainer kapal untuk mengevaluasi kembali desain dari propulsi kapal dan  system  powering.  Salah  satunya  solusi  yang  bisa dilakukan  adalah  menerapkan  teknologi  hybrid  system penggerak.
Metode  penelitian  mengenai  teknologi  Hybrid  yang menggabungkan  penggerak  utama  (  diesel  engine  )  dan penyimpanan  (  baterai  )  telah  berhasil  digunakan  dalam kendaraan industry otomotif dan telah terbukti pengurangan emisi CO2 [1].
Berbagai  konfigurasi  rancangan  kamar  mesin  dari tugboat  yang  menjadi  penelitian  dari  Klien  Woud.  Dimana menunjukan  tugboat  yang  mempunyai  2  propeller  yang digerakkan  langsung  oleh  2  mesin  diesel.  Sedangkan konsumsi  beban  elektrikal  di supply 2  generator  yang dirangkai  secara  parallel.  Dengan  konfigurasi  seperti  ini kurang efektif dimana kebutuhan bahan bakar menjadi besar. Sehingga  pada  laju  kebutuhan  bahan  bakar  menjadi  besar dan  emisi  yang  besar  dapat  mengakibatkan  pencemaran lingkungan.
Kelebihan  system  hybrid  ini  adalah  dalam  hal  efisiensi bahan bakar. Dalam suatu system hybrid yang ideal, system akan secara otomatis menentukan sumber tenaga yang paling efisien  untuk  beban  yang  ada.  Saat  tugboat  dengan  kondisi beban  daya  besar  maka  sumber  tenaga  yang  dapat  bekerja adalah dari mesin diesel dan saat daya rendah menggunakan motor listrik .

## III. METODOLOGI PENELITIAN

## A. Diagram Alir Penelitian
Dalam  pengerjaan  penelitian  ini,  perunusan  masalah pada  pembentukan  system  hybrid propulsion pada  tugboat 70  ton bollard  pull dengan  menentukan  konfigurasi permesinan  penggerak,  pemilihan  komponen  pendukung system  hybrid ,  dan  prediksi  kebutuhan  bahan  bakar  pada system  hybrid .  Batasan  masalah  dalam  penelitian  ini  hanya membahas  terkait  konfigurasi  hybrid  propulsion  system, analisa  kebutuhan  daya  pada  setiap  mode  operasi  tugboat dan  analisa  kebutuhan  bahan  bakar.  Pembuatan  konfigurasi Hybrid  Propulsion  System melalui  metode  yang digambarkan sebagai berikut :
Gambar 1. Diagram Alir Pengerjaan

## IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN

## A. Perhitungan Tahanan Tugboat
Kondisi  kerja  tugboat  memiliki  mode  operasi  yang berbeda  –  beda,  sehingga  dalam  penggunaan  daya  yang dibutuhkan  berbeda.  Perhitungan  tahanan  adalah  untuk menentukan  besarnya  daya  dalam  kondisi  kondisi cruising , kondisi  tugboat  bekerja  tanpa  beban  tarik.  Berikut  data utama  kapal  untuk  menghitung  besarnya  tahanan  pada tugboat yang akan di rencanakan :
Tabel 1. Dimensi tugboat Ukuran utama tugboat
L : 24.47 m B : 11.33 m H : 6.70 m T : 5.35 m Vsea : 10 knot : 5.144 m / s Cb : 0.53
B. Perhitungan Kebutuhan Daya Penggerak Pada setiap Mode Operasi.
Perhitungan  daya  penggerak  ini  dihitung  pada  setiap mode  operasi  kerja  dari  tugboat.  Tugboat  tidak mempertimbangkan  terkait  dengan  kecepatan  melainkan dengan  daya  tarik  dari  tugboat  yang  di  hasilkan  dengan konfigurasi permesinan yang ada. Mode operasi tugboat ada beberapa yaitu standby, cruising, dan assisting. Pada setiap mode  operasinya  daya  yang  dibutuhkan  berbeda  –  beda, sehingga  konfigurasi  hybrid  ini  disesuaikan  dengan  mode operasi dari tugboat tersebut.
B.1. Perhitungan Daya saat Bollard Pull Test.
Bollard  Pull adalah kemampuan dari daya  tarik  beban statis  tugboat menarik suatu beban. Bollard pull dihasilkan dari  daya  mesin  yang  dikombinasikan  dengan  thrust propeller sehingga menghasilkan daya dorong pada tugboat. Bollard  pull  di  dapatkan  pada  saat  pengujian  tugboat  yang dikaitkan  dengan  tali  pada  towing  hook  kapal  di  ikatkan pada bollard yang tertanam pada dermaga.
Untuk  menghitung  daya  mesin  dapat  dihitung  saat bollard test dengan hasil thrust yang di dapatkan dari grafik diagram open water test Kaplan series ( Ka – series ) pada saat bollard  pull  test .  Mesin  yang  dipasang  pada  tugboat adalah  mesin  dengan  daya Maksimum  Continous  Rating  ( MRC  ) dari  perhitungan  daya  mesin  saat  kondisi Bollard Pull Test .
B.2 Perhitungan Daya Saat Mode Cruising.
Kondisi cruising adalah kondisi dimana  tugboat  bekerja dengan  tanpa  beban  tarik,  sehingga  daya  yang  dibutuhkan untuk  menggerakan  tugboat  melawan  tahanan  pada kecepatan  tersebut.  Daya  yang  diperlukan  pada  kecepatan tertentu dari nilai tahanan tugboat yang dihasilkan.
Pada  kondisi cruising ,  system  penggerak  ini  adalah menggunakan  motor  listrik  yang  sumber  listriknya  berasal dari generator set yang dipasang pada tugboat.
B.3. Perhitungan Daya Saat Mode Standby Mode operasi standby adalah mode operasi tugboat yang berada  di  laut  lepas  kondisi  dimana  kapal  menggunakan daya dari penggerak untuk mempertahankan posisinya disaat
tugboat  sudah  dekat  dengan  kapal  yang  akan  ditarik  dan menunggu perintah untuk menarik tali dari kapal yang akan dipandu.  Kondisi  ini  tugboat  bekerja  pada  kecepatan  1-2 knot dalam menjaga posisinya.
Dalam  mode standby ,  untuk  menggerakan  propeller, daya  berasal  dari  motor  listrik  yang  daya  listrik  ini  berasal dari generator set pada tugboat.
B.4. Perhitungan Daya Saat Mode Assisting
Mode operasi Assisting ini adalah mode operasi tugboat yang  sedang  menarik  kapal  besar  untuk  merapat kepelabuhan.  Dalam  kondisi  ini  tugboat  bekerja menggunakan  daya  yang  besar  sehingga  menggunakan permesinan  diesel  untuk  menghasilkan  thrust  propellernya. Dalam  kondisi  hybrid,  saat  mode Assisting tugboat  bekerja hanya  menggunakan  mesin  diesel  dan  motor  listrik  di matikan.

## C. Perhitungan Kebutuhan Listrik
Perhitungan  kebutuhan  daya  listrik  ini  digunakan  untuk menentukan daya genset yang nantinya akan digunakan pada tugboat. Pada kondisi permesinan konvensional, daya listrik ini  untuk  memenuhi  seluruh  komponen  yang  ada  pada tugboat.  Dalam  kondisi  hybrid,  kebutuhan  listrik  pada tugboat akan ditambahkan dengan besarnya kebutuhan listrik untuk menggerakan motor listrik pada mode operasinya.

## Tabel 2. Komponen pada Tugboat
Equipment 1 Deck Crane 2 Anchor Winch 3 fifi Pump 4 Fuel oil system 5 Lubricating Oil system 6 Navigation and Communication Equipment 7 Compressed Air System 8 Cooling system 9 General servise

## D. Komponen pendukung system hybrid.
Hybrid propulsion system dapat bekerja baik dengan pendukung  komponen  lain.  Dengan  penambahan  motor listrik pada system propulsi kapal menunjukan perlunya ada penambahan  komponen  untuk  menunjang  system  tersebut agar dapat bekerja. Motor listrik adalah sumber tenaga gerak yang  berasal  dari  tenaga  listrik  yang  berasal  dari  generator kemudian  di  salurkan  ke  motor  listrik  sehingga  menjadi sumber  tenaga  gerak  baru  di  dalam  konfigurasi  system tersebut.
Untuk  mengatur  putaran  motor  listrik  dibutuhkan  alat Variable  Speed  Drive (  VSD  ) . Ini  digunakan  untuk mengatur putaran motor listrik, yang berfungsi menyesuaikan  putaran  motor  listrik  pada  setiap  kondisi
kecepatan  kapal.  Pengaturan  putaran  motor  listrik disebabkan untuk mempertimbangkan kondisi kerja  putaran motor  listrik  tidak  selalu  sama  pada  setiap  kondisi  kerja. Diperlukan variasi putaran motor listrik untuk mengoptimalkan  kerja  motor  listrik  di  setiap  putaran  yang dihasilkan.
Pemilihan gearbox dengan power take off system adalah dengan  masuknya  dua  sumber  tenaga  gerak  untuk menghasilkan satu hasil keluaran, dengan cara kerja sumber tenaga  gerak  bekerja  secara  bergantian  /  bekerja  secara independent masing  –  masing  sumber  tenaga  gerak. Power take  off  system ini  adalah  dengan  system  sumber  tenaga gerak  bekerja  secara  bergantian  saat  dibutuhkan,  dalam  hal ini  adalah  motor  listrik  dan  mesin  diesel.  Ini  dilakukan karena  dengan  mempertimbangkan  beberapa  hal  pada karakteristik  kerja  masing  –  masing  sumber  tenaga  gerak yang berbeda sehingga sumber tenaga bekerja pada masing – masing mode yang dibutuhkan.

## E. Desain konfigurasi Hybrid System
Desain konfigurasi system adalah pemodelan pembentukan system untuk menjadi suatu hybrid propulsion system .  Beberapa  hal  lain  juga  dipertimbangkan  dalam pemodelan ini system, komponen pendukung bekerja dengan baik dan juga penggunaan bahan bakar yang lebih hemat.
Desain  konfigurasi  ini  menggunakan power  take  off system dimana menggunakan dua sumber tenaga kerja yang bekerja  secara  masing  –  masing  untuk  menghasilkan  gerak pada propeller pada setiap kondisi kerja pada tugboat.
Gambar 2. konfigurasi hybrid propulsion system motor listrik dengan motor diesel .
Desain  konfigurasi  yang  dibentuk  adalah  berupa penambahan  motor  listrik  pada  desain  permesinan  yang umum  pada  tugboat.  Dan  juga  penambahan  komponen
pendukung  untuk  membantu  agar  system  hybrid  ini  bisa bekerja seperti variable speed drive untuk mengatur putaran pada motor listriknya.
Konfigurasi hybrid ini adalah dengan penambahan motor listrik  dan  komponen  pendukung  untuk  menjadi  hybrid propulsi.
Tabel 3. Komponen Permesinan Hybrid pada tugboat
Device Mode Operasi Tugboat Stanby Cruissing Asissting 1. Main Engine 1 2. Main Engine 2 3. Electro motor 1 4. Electro motor 2 5. Genset 1 6. Genset 2 7. Genset 3 Off Off On On On Off Off
Off Off On On On On Off
On On Off Off On
Off Off

## F. Perhitungan Prediksi Kebutuhan Bahan Bakar.
Perhitungan  kebutuhan  bahan  bakar  untuk  mengetahui jumlah  kebutuhan  bahan  bakar  dari  tugboat  tersebut  untuk selang  waktu  tertentu  pada  semua  mode  operasi  tugboat tersebut.  Konsumsi  bahan  bakar  pada  mesin  diesel  dapat digambarkan  dalam  beberapa  cara  berdasarkan  aplikasinya. Pada  putaran  yang  konstan,  total  konsumsi  bahan  bakar bervariasi  secara  linier  dengan  besarnya  beban  pada  mesin diesel.
Prediksi  kebutuhan  bahan  bakar  ini  untuk  mengetahui kebutuhan bakar pada konfigurasi permesinan konvensional dan  kebutuhan  bakar  pada  konfigurasi  hybrid  pada  semua mode  operasi  dari  tugboat.  Perhitungan  bahan  bakar  ini meliputi semua kebutuhan bahan bakar yang digunakan pada semua  mode  operasi  tugboat,  meliputi  perhitungan kebutuhan bahan bakar pada mesin diesel dan dari auxiliary engine pada semua mode operasi tugboat.
Gambar 3. Grafik Perbandingan Konsumsi Bahan Bakar

## V. KESIMPULAN
berdasarkan  dari  penelitian  dan  pembahasan  yang  telah dilakukan  dalam  penelitian  ini,  dapat  disimpulkan penggunaan  konfigurasi  permesinan  hybrid  dengan menggunakan  2  motor  listrik  dan  2  mesin  diesel  pada tugboat  dapat  menghasilkan  penghematan  bahan  bakar hingga  30  %  dari  pada  konfigurasi  permesinan konvensional. Frekuensi dari maintenance mesin diesel akan semakin  lebih  kecil,  time  between  overhaul  dari  mesin menjadi  semakin  lebih lama  karena  mesin bekerja  selalu di atas 75 % dari daya.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Alvarez, R., Schlienger, P., Weilenmann, M., (2010). Effect of hybrid sytem battery performance on determining hybrid electric vehicles in real-world conditions . Energy Policy doi:10.1016.