ISSN: 1907-9931 (print), 2476-9991 (online)

## STUDI KAPAL KECIL DENGAN TENAGA PENGGERAK LISTRIK UNTUK PENGAWASAN KAWASAN KONSERVASI SUNGAI DAN MUARA STUDY OF SMALL SHIP WITH ELECTRICAL MOVEMENT POWER FOR SUPERVISION OF RIVER AND ESTUARY CONSERVATION AREA
Sunardi 1,* , R Sapto Pamungkas 2
1 Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Universitas Brawijaya, Malang, Indonesia
2 Balai Besar Penangkapan Ikan, Semarang,Indonesia *Corresponding author e-mail: sunardi@ub.ac.id
Submitted: 18 Desember 2018 / Revised: 07 Juni 2019 / Accepted: 27 Juni 2019
http://doi.org/10.21107/jk.v12i1.4716

## ABSTRACT
This research originated from the request of river activists in Sidoarjo to design a small boat with two people.  Special  requests  suggested  by  the  ship  do  not  cause  noise  that  can  cause  disturbed  birds and wildlife and escape from the ship carrying surveillance over the river. As a solution, small vessels are  designed  with  electric  propulsion  generated  by  battery  cells.  The  main  problem  that  will  be examined  is  the  large  battery  and  the  ship  needed  by  a  ship  that  can  drive  at  sufficient  speed  and enough  battery  to  carry  out  surveillance  operations  until  it  returns  to  the  dock.  The  method  used  in this studio  is a comparison vessel and  spiral design, a ship design method that starts from the main ship size, hull formation, weight calculation, toughness, resistance, machining system, cost calculation and  completion  to  achieve  an  optimal  design,  if  wrong  one  failed  to  be  repaired,  it  will  be  repeated from the beginning again. The design of the ship produced is a small boat with a length of 3 meters, a width  of  1  meter,  a height  of 50  cm  with  a  capacity  of  2 people.  The  main  driving  force  is  a  1.2  kW battery to reach a minimum speed of 5 knots. Generate 35% of the remaining amount.
Keywords: ships, electricity, batteries, trolling, estuary

## ABSTRAK
Penelitian ini berawal dari permintaan penggiat konservasi sungai di Sidoarjo untuk dibuatkan desain kapal  kecil  yang  cukup  dua  orang.  Permintaan  khusus  yang  diinginkan  adalah  kapal  tidak menimbulkan suara bising yang bisa menyebabkan burung-burung dan satwa lainnya terganggu dan kabur ketika kapal yang sedang melakukan pengawasan melewati sungai. Sebagai solusinya, kapal kecil  di  desain  dengan  tenaga  penggerak  listrik  yang  dihasilkan  oleh  cell  baterai.  Permasalahan utama  yang  akan  di  kaji  adalah  seberapa  besar  baterai  dan  kapal  sehingga  kapal  dapat  melaju dengan  kecepatan  yang  mencukupi  dan  baterai  cukup  untuk  melakukan  operasi  pengawasan berangkat  sampai  pulang  ke  dermaga.  Metode  yang  digunakan  dalam  studi  ini  adalah  kapal pembanding dan spiral design, suatu metode desain kapal yang diawali dari penentuan ukuran utama kapal, pembentukan lambung, perhitungan berat, stabilitas, tahanan, sistem permesinan, perhitungan biaya  dan  seterusnya  sampai  di  dapatkan  desain  yang  optimum,  jika  salah  satu  tahap  mengalami kegagalan, maka akan diulang dari tahap awal lagi. Desain kapal yang dihasilkan adalah kapal kecil dengan panjang 3 meter, lebar 1 meter, tinggi 50 cm dengan kapasitas penumpang 2 orang. Tenaga penggerak  utama  adalah  baterai  1,2  kW  untuk  mencapai  kecepatan  minimal  kapal  5  knot. Perhitungan  stabilitas  menunjukkan  hasil  yang  cukup  baik  dengan  titik  hilang  stabilitas  kapal  sekitar 35 o .
Kata kunci : kapal, listrik, baterai, trolling, muara

## PENDAHULUAN
Beberapa  dekade  terakhir,  pengembangan energi  terbarukan  sebagai  penggerak  alat transportasi  sangat  pesat  dikembangkan.  Di
Indonesia,  peluang  kapal  bertenaga  listrik cukup besar karena banyaknya rute penyeberangan antar pulau. Electric propulsion cocok  diterapkan  pada  kapal penyeberangan  antar  pulau  karena  berlayar
pada rute pendek secara tetap, waktu tempuh yang singkat, dan sehingga memiliki kecukupan waktu untuk pengisian ulang.
Ide penelitian ini berawal dari permintaan  suatu  UPT  Konservasi  dan Pengeloaan  pulau-pulau  kecil  Propinsi  Jawa Timur untuk mendesain suatu kapal kecil yang mampu  beroperasi  di  kawasan  konservasi yang  tidak  menimbulkan  suara  mesin  yang keras  sehingga  mengganggu  satwa  yang berada  di  kawasan  tersebut  ketika  di operasikan untuk patroli pengawasan.
Penggunaan  mesin electric akan  memenuhi permintaan tersebut, penggunaan mesin dengan  penggerak  akan  memiliki  keunggulan sebagai berikut:
1.  Tidak menimbulkan suara yang berisik
2.  Tidak menghasilkan asap dan polusi udara
3.  Mudah  perawatannya,  tidak  ada  minyak pelumas  ataupun  bahan  bakar  minyak  yang digunakan
4.  Sumber  energi  utama  masa  depan  dan  yang terbarukan.
Gambar 1.  Kawasan konservasi Wonorejo  di Surabaya

## TINJAUAN PUSTAKA

## Optimisasi Dalam Proses Desain
Desain    kapal    merupakan    usaha    yang komplek  yang  membutuhkan  koordinasi  yang baik  antara  beberapa  bidang  antara  teknik, non  teknik  alam  dan  kemampuan  individual designer. Metode  optimasi  sangat  tepat  untuk menyelesaikan persoalan desain seperti diatas.  Metode  spiral  desain  tradisional mempunyai beberapa tahap: concept, contract,  preliminary,  dan  detail  design , dimana  item-item  penyusun  tahapnya  sama dan selalu   di   ulang-ulang   secara   manual semakin  detail.  Pada  metode  optimisasi dilakukan  interasi  satu  tahap  saja  secara otomatis  yaitu preliminary  design sehingga menghasilkan  solusi  yang  optimal  dan  waktu yang  cepat. constraints dan objective  function . Constatnt adalah  besaran  yang  tidak  berubah selama  proses  optimasi, parameter adalah besaran    yang  diberikan  dalam  pemodelan optimasi  yang  tidak  berubah  selama  satu proses optimasi, variable adalah  harga  yang dicari  dalam  proses  optimisasi, constraints adalah batasan yang ditentukan oleh desainer dan  regulation,  dan objective  function adalah
nilai yang ingin diminimumkan atau dimaksimalkan  dalam  optimisasi

## Tahanan kapal
Tahanan   kapal   adalah   jumlah   gaya   yang bekerja    berlawanan  dengan  arah laju  kapal. Total  tahanan  kapal  menurut  Molland  2011 adalah sebagai berikut:
Total  Resistance    =  Frictional  resistance  + Viscous Pressure resistance +  Wave resistance....................................................1
Jadi  total  tahanan    kapal  dipengaruhi  oleh gaya  gesek  kapal,  gaya  tekanan  kapal  dan gaya  akibat  gelombang  kapal.  Total  tahanan kapal  ini  digunakan  sebagai  acuan  untuk menghitung  berapa  besar  daya  penggerak kapal  yang  dibutuhkan  untuk  mendapatkan kecepatan  kapal  tertentu/yang  diinginkan. Dalam      penelitian      ini      akan      disesuaikan berapa   ukuran   kapal yang sesuai sehingga dengan  power  listrik  tertentu  akan  mampu menggerakkan  kapal listrik dengan kecepatan tertentu.

## Sistem  penggerak kapal
Sistem    Penggerak    Kapal    menghasilkan gaya    dorong,    Thrust    (T)  yang  digunakan untuk  mengatasi  keseluruhan  tahanan  yang
terjadi      pada  kapal  sehingga  kapal  tersebut dapat bergerak pada suatu kecepatan tertentu atau pada kecepatan servic enya”
Gambar 2.  Sistem Penggerak  Kapal (Kecepatan  Service)
Kecepatan  kapal  tergantung  dari  besaran kapal ( ukuran dan bentuk kapal ), dan kinerja rotor  penggerak  (  daya  motor  penggerak  ) serta bentuk dan ukuran baling-baling.

## Sistem  Kerja  Sistem  Penggerak  (Motor) Listrik
Cara  kerja  motor  listrik  sangat  sederhana. Baterai yang menghasilkan listrik searah (DC) disalurkan  pada  motor  Brushless  DC  untuk menghasilkan  gerak  mekanis  memutar  hasil interaksi  antara  listrik  dan  magnet  (Noviawan, I.,  2016).  Dalam  sistem  kerjanya  dilengkapi dengan sistem kontrol untuk mengatur kecepatan  dan sistem kelistrikan.

## MATERI DAN METODE
Perancangan  kapal  dengan  metode  kapal pembanding  adalah  dengan  menggunakan perbandingan  beberapa  kapal  setipe  yang
telah  ada  untuk  mendapatkan  ukuran  utama kapal  yang  akan  di  disain.  Metode  ini  juga dapat  digunakan  untuk  mempercepat  proses design  agar  tidak  memulai  perencanaan  dari nol,  sehingga  hasil  yang  di  dapatkan diharapkan  tercapai  lebih  cepat  dari  pada dalam  proses  desain  dari  awal.  Kapal pembanding  digunakan  untuk  mendapatkan bentuk  dan  desain  estetika  kapal  yang  sesuai dengan tujuan kapal yang akan di desain dan diproduksi. Langkah berikutnya adalah melakukan perhitungan tahanan, stabilitas dan membuat gambar-gambar untuk proses produksi kapal.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Kapal  pembanding  yang  dijadikan  acuan desain kapal adalah: 1. Kapal pembanding 1
Gambar 3.  Kapal pembanding 1

## 2. Kapal pembanding 2
Gambar 4.  Kapal pembanding 2
Berdasarkan  fungsinya  yang  sederhana  dan kapasitas mesin yang kecil, kapal pembanding 1  dipilih  sebagai  desain  kapal  acuan  untuk desain  kapal  dengan  tenaga  baterai  listrik. Pemodelan  lambung  kapal  dengan  komputer
menghasilkan  kapal  dengan  ukuran  utama sebagai berikut:
LoA = 3 meter Lebar kapal = 1 meter Tinggi kapal = 0.5 meter
Gambar 5.  Pemodelan kapal tampak depan
Gambar 6.  Pemodelan kapal tampak perspective

## Gambar 7.  Pemodelan kapal tampak samping
Hidrostatis kapal untuk setiap sarat kapal Selengkapnya  tabel  hidrostatis  untuk  setiap sarat kapal adalah sebagai berikut: Tabel 1. Tabel Hidrostatis Parameter Hidrostatis 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Displacement tone 0.4949 0.4729 0.3128 0.1304 0.025 0 Heel to Starboard degrees 0 0 0 0 0 0 Draft at FP m 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Draft at AP m 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Draft at LCF m 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Trim (+ve by stern) m 0 0 0 0 0 0 WL Length m 0 3.279 3.255 3.235 2.73 0 WL Beam m 0 0.71 0.757 0.735 0.59 0 Wetted Area m^2 5.47 4.505 2.771 2.116 0.66 0 Waterpl. Area m^2 0 0.86 1.811 1.74 0.55 0 Prismatic Coeff. 0 0.616 0.541 0.4 0.309 0 Block Coeff. 0 0.532 0.413 0.267 0.151 0 Midship Area Coeff. 0 0 0.762 0.669 0.517 0 Waterpl. Area Coeff. 0 0.37 0.735 0.732 0.341 0 LCB from Amidsh. (+ve fwd) m -0.187 -0.197 -0.203 -0.177 0.13 7.591 LCF from Amidsh. (+ve fwd) m 7.591 -0.015 -0.219 -0.222 0.043 7.591 KB m 0.26 0.252 0.205 0.143 0.068 -0.25 Perhitungan tahanan kapal Metode  yang  digunakan  untuk  menghitung tahanan  adalah  metode  Holtrop  dan  dengan menggunakan efisiensi 50%.
Perhitungan  Tahanan  Kapal  ini  dilakukan dengan  kondisi  kesetimbangan  kapal  sebagai berikut: Tabel 2.  Hidrostatis kapal saat uji tahanan PARAMETER NILAI SATUAN Displacement 0.3272 ton Volume (displaced) 0.319 m 3 Draft Amidships 0.250 m Immersed depth 0.250 m WL Length 3.249 m Beam max extents on WL 0.895 m Wetted Area 4.126 m 2 Max sect. area 0.168 m 2
Hasil hubungan antara kecepatan dan
tahanan  kapal  dapat  ditampilkan  pada  tabel
dibawah (Tabel 3)
Tabel 3. Hubungan antara kecepatan kapal dengan tahanan dan daya mesin
Kecepatan (Knot) Holtrop Kn HP 1 0.00 0.01 2 0.00 0.04 3 0.00 0.14 4 0.10 0.37 5 0.10 1.01 6 0.20 1.90 7 0.30 2.75 8 0.30 3.59 9 0.40 4.63 10 0.40 5.97
Gambar 8. Grafik hubungan antara tahanan dan kecepatan kapal
Beroperasi di sungai yang tenang, tidak begitu diperlukan  kecepatan  tinggi,  maka  kecepatan kapal  ini    direncanakan  5    knot.  Untuk mencapai  kecepatan  kapal  5  Knot,  maka tahanan  kapal  =  1  HP  atau  0.76  Kilo  Watt. Memperhitungkan beberapa faktor yang mengharuskan  penambahan  tahanan  kapal yang disebabkan karena:
 Pengaruh sea margin :  tambahan  tahanan ini  disebabkan  karena  perhitungan  dengan model  asumsi  yang  digunakan  adalah  air tenang  di  towing  tank,  sehingga  kalau  kapal dioperasikan  di  lautan  bebas,  maka  tahanan kapal akan bertambah.
 Pengaruh gear box = gesekan antara komponen propulsi diperhitungkan,  pasti
terjadi  losses  dari  putaran  mesin  ke  putaran propeller.
 85% MCR =  Mesin  kapal  tidak bisa  dipaksakan  100%  full  load,  kemampuan rata-rata  diambil  85%  maximum  continuou rating (MCR)
Semisal  kita  menginginkan  kecepatan  kapal 5 knot,  maka  tahanan  kapal  adalah  0.67  KWh atau    670  Watt.  (tabel  hubungan  kecepatan kapal awal.
 Pengaruh sea margin =  0.67  kW  x  1.15%  = 0.77 kW
 Pengaruh gear box =  0.77  kW  x  1.15  = 0.89 kW
 85% MCR =  0.89  kW  x  1.15  = 1.1 kW
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 0 2 4 6 8 10 12 Ta h an an ( H P ) Kecepatan Kapal (Knot) Tahanan  Vs Kecepatan
Total  kebutuhan  mesin  penggerak  adalag  1.1 kW.  Dengan  kapasitas  baterai  yang  ada dipasaran  dengan  output  power  sebesar  1.2 kW, kebutuhan daya listrik untuk menggerakkan  kaapl  ini  dengan  kecepatan  5 knot  dengan  muatan  penuh  2  orang  bisa tercapai.

## Pemilihan mesin
Menggunakan  mesin penggerak   perahu  istrik 1200  watt.  Berikut ini  spesifikasi  mesin  troling yang sesuai untuk digunakan (Tabel 4):
 Gambar mesin trolling
Gambar 9.  Mesin troling
 Tabel 4. Spesifikasi mesin trolling
Sesifikasi Diskripsi Thrust Level : 100 pounds (lbs) trust - 2hp Shaft Length : aluminum shaft  - 38.5 inch / 980 mm Voltage : 24 volts Speed control : 8 speed levels forward and  levels reverse Build in battery meter : 5 LED  indicators- condition of battery Output (Max) : 1200 W Amp -Rated : 47A / 50A   on 24 volt  battery Conrol Handle : Extend -length 13.7"(350mm)/fold angle 100 Mount type : transom mount w Depth collar Propeller : 3 blade propeller (11.8 inch diameter) Max size boat recommended : 15 ft  boats with  load 880 lbs Packing size : 55" x 16" x 8"   (140cm x  40cm x 20cm) Net weight : 18 lbs (8.2 kg) Package weight : 30 lbs  (13.6 kg)  Baterai Merk Baterai yang digunakan:  24V 50AH LITHIUM ION BATTERY
Gambar 10.  Spesifikasi Baterai
Dengan menggunakan daya 1200 Watt, maka kecepatan yang akan dicapai  kapal dengan  2 penumpang (sarat kapal 0.25 meter) adalah sekitar 5 knot
Perhit u ngan stabilitas kapal
Perhitungan  stabilitas  ini  syarat  mutlak  untuk menganilisa  kapal  memiliki  keselamatan  yang cukup  baik  ketika  kapal  beroperasi  di  laut bebas dengan gaya luar yang bisa mengakibatkan  kemungkinan  kapal  terbalik. Perhitungan stabilitas dilakukan dengan berbagai  kondisi  pemuatan.  Untuk  kapal  kecil ini akan dianalisa 2 kondisi pemuatan:
a. Kondisi pemuatan dengan 1 penumpang
b. Kondisi pemuatan dengan 2 penumpang
Perhitungan stabilitas untuk mengetahui kapal masih  memiliki  momen  pengembali  dan  pada sudut berapa kapal hilang stabilitas. Perhitungan  stabilitas  kapal  mengacu  pada aturan  keselamatan  IMO  tidak  diperlukan karena  kapal  kecil  dan  beropersi  di  perairan terbatas.
Berikut adalah perhitungan dan analisa stabilitas untuk berbagai kondisi pemuatan:
1. Load Case 1 dengan 2  penumpang
a.  Distribusi Pembebanan
Distribusi muatan pada kondisi pemuatan 1
adalah sebagai berikut
Tabel 4 Distribusi muatan load case 1 Beban Berat (ton) Letak Titik Berat (meter) Memanjang Meninggi Melintang (dari AP) (A.B.L.) (From CL) Berat kapal kosong 0.100 1.300 0.200 0.000 Penumpang 0.150 1.400 0.400 0.000 Mesin 0.050 1.000 0.500 0.000 Total = 0.3 1.300 0.350 0.000

## b.  Kurva Stabiitas
Gambar 11.  Kurva Stabilitas Kapal Loadcase 1
Kapal memiliki titik hilang stabilitas kapal, pada saat kapal oleng sekitar 40 o
2. Load Case 2 dengan 1 penumpang a.  Distribusi Pembebanan Distribusi muatan pada kondisi pemuatan 1 adalah sebagai berikut: Tabel 6 Distribusi muatan load case 1 Beban Berat (ton) Letak Titik Berat (meter) Memanjang Meninggi Melintang (dari AP) (A.B.L.) (From CL) Berat kapal kosong 0.100 1.300 0.200 0.000 Penumpang 0.075 1 0.400 0.000 Mesin 0.050 1.000 0.500 0.000 Total = 0.3 1.300 0.350 0.000 Max GZ = 0.013 m -0,1 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 G Z (m ) Heel Angle (deg.) GZ  CURVE GZ GZmax

## b.  Kurva Stabilitas
Gambar 12.  Kurva Stabilitas Kapal Loadcase 2
Kapal memiliki titik hilang stabilitas kapal, pada saat kapal oleng sekitar 40 o

## RENCANA UMUM
Kapal  didesain  dengan  sangat  sederhana, dengan  dua  penumpang  yang  berhadapan. Sistem  ermesinan  di  setting  di  belakang
dengan  penggerak  utama  baterai.  Sistem kemudi  dengan  tuas  yang  diperpanjang  ke kemudi  pertama  yang  dikendalikan  secara manual  dengan  tangan.  Perbekalan  dan penambat kapal di letakkan di belakang dalam ruang dibagian haluan kapal.
Gambar 13.  Gambar Rencana Umum
Max GZ = 0.032m -0,1 0,1 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 G Z (m ) Heel Angle (deg.) GZ  CURVE GZ GZmax

## KESIMPULAN DAN SARAN
Kemampuan  beterai  listrik  yang  tersedia  di pasaran  sekarang,  dengan  daya  1,2  kW mampu menggerakkan kapal pengawas kawasan  konservasi  untuk  2  penumpang. Kapal  di  desain  dengan  displacement  0,3  ton dan mampu  melaju dengan kecepatan 5 knot. Pengguaan  mesin  troling  yang  tersedia  di pasaran  memudahkan  dalam  pembuatak kapal  kecil  ini.  Penggunaan  baterai  pada mesin troling akan menghasilkan performance mesin yang tidak berisik dan ini sesuai dengan keinginan  pemesan  yang  menghendaki  kapal ini beroperasi di kawasan konservasi sungai.

## DAFTAR PUSTAKA
A.  Papanikolaou.  (2010). “Holistic        ship design  optimization, ” Comput.  Aided Ship Des. Some Recent Results Steps
Ahead Theory Methodol. Pract.  Dedic. Profr.    Horst    Nowacki    Occas.  His 75th  Birthd, 42(11), pp.  1028 –1044.
A. Papanikolaou.  (2014). Ship Design: Methodologies  of  Preliminary  Design . Springer. Molland,   Anthony   F.,   Stephen   R.   Turnock, and    Dominic    A.    Hudson.  (2011). Ship resistance  and propulsion: practical    estimation  of  propulsive power .  Cambridge university press. Evans,  J.  H.  (1959).  Basic  design  concepts.
Journal  of  the  American  Society  for
Naval Engineers , 71 (4), 671-678. Moraes,  H.  B.,  Vasconcellos,  J.  M.,  &
Latorre, R. G. (2004). Wave resistance for high-speed catamarans. Ocean Engineering ,
31 (17-18), 2253-2282.
Sunardi,  S.,  Efani,  A.,  &  Luthfi,  O.  M.  (2016). Design  of  Eco  Friendly  Shallow  Draft Fishing  Vessel. Research  Journal  of
Life Science , 2 (3), 199-204.