Analisis Energi dan Eksergi Generator dan Turbin Uap untuk Pompa Air pada Kapal Laut
KHAIRUL ASLAM, DANI RUSIRAWAN
Institut Teknologi Nasional Bandung Email : khairul.aslam@mhs.itenas.ac.id

## ABSTRAK
Sebagian besar kapal laut masih menggunakan mesin diesel sebagai penggerak. Namun pada jenis kapal tertentu, penggeraknya sudah berbasis Pembangkit Listrik Tenaga  Uap.  Turbin  uap  digunakan  tidak  hanya  untuk  penggerak  baling-baling kapal, tetapi juga berguna sebagai penggerak pompa MFP. Pengukuran dilakukan di  semua  kondisi  operasi  mulai  dari  kapal  berakselerasi,  beroperasi  maksimum, hingga  kembali  berhenti.  Berdasarkan  berbagai  evaluasi  dan  analisis  diperoleh bahwa efisiensi energi dan eksergi dari turbin berdaya rendah bervariasi antara 46%  sampai  62%.  Suhu  lingkungan  memiliki  pengaruh  terhadap  nilai  efisiensi eksergi  turbin,  setiap  perubahan  suhu  lingkungan  sebesar  10°C  menyebabkan perubahan efisiensi eksergi kurang dari 1%. Efisiensi eksergi tertinggi dicapai pada suhu lingkungan  terendah,  sedangkan  efisiensi  tertinggi  untuk  turbo-generator dicapai di angka 71.5% dan efisiensi tertinggi untuk penggerak MFP dicapai pada daya turbin maksimum. Untuk mendapatkan efisiensi dan optimalisiasi sistem yang lebih  baik,  sistem  penggerak  MFP  dapat  disubstitusi  menggunakan motor  listrik dan akan meningkatkan efisiensi energi dan eksergi turbo-generator senilai 1%- 3%.
Kata kunci: LNG Carriers, Energi, Eksergi, Main Feeder Water Pump, Efisiensi

## ABSTRACT
Most  ships  still  use  diesel  engines  as  propulsion.  However,  on  certain  types  of ships, the propulsion is based on steam power plants. Steam turbines are used not only to drive ship propellers, but are also useful as MFP drives. Measurements are carried  out  in  all  operating  conditions  starting  from  accelerating,  maximum operating, until it stops again. Based on various evaluations and analyzes it was found that the energy and exergy efficiency of low-power turbines varies between 46%  to  62%. Ambient temperature  has  an  influence  on  the  turbine  exergy efficiency value, every change in ambient temperature of 10°C causes a change in exergy efficiency of less than 1%. The highest exergy efficiency was achieved at the  lowest  ambient  temperature,  while  the  highest  efficiency  for  the  turbo- generator was achieved at 71.5% and the highest efficiency for the MFP drive was achieved  at  maximum  turbine  power.  To  obtain  better  system  efficiency  and optimization, the MFP drive system can be substituted using an electric motor and will increase energy efficiency and turbo-generator exergy by 1% - 3%.

## Keywords: LNG Carriers, Energy, Exergy, Main Feeder Water Pump, Efficiency

## 1. PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi sistem propulsi kelautan untuk saat ini sebagian besar  kapal laut masih  menggunakan  mesin  diesel  sebagai  jantung  penggerak  kapal.  Jika  diteliti  lebih  rinci terdapat beberapa jenis kapal yang berfungsi sebagai pengangkut LNG ( Liquefied Natural Gas Carriers)  yang memiliki  penggerak  berbasis  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap  (PLTU).  PLTU tersebut selain digunakan sebagai penggerak utama kapal juga digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik yang dibutuhkan oleh kapal termasuk kebutuhan daya untuk penggerak pompa pompa pada kompartemen pendukung di kapal.
Pembahasan  difokuskan kepada  2  komponen  utama PLTU  sebagai  penggerak utama  kapal yaitu Turbo-Generator (TG) dan Turbin Uap sebagai penggerak main feed water pump (MFP). Jurnal yang ditulis oleh (Adibhatla, 2014) membahas tentang analisis super critical thermal power plant pada 3 kondisi beban operasi (100%, 80% dan 60%). Efisiensi energi dan eksergi yang diperoleh dari turbin uap berdaya tinggi berada pada kisaran >90%. Pada tekanan yang tetap (Isobarik), tingkat exergy destruction pada turbin uap menurun secara sensible ketika beban operasi menurun dari 100% menjadi 80%, sedangkan pada kondisi beban operasi 80% dan 60% tingkat exergy destruction cenderung tetap.
Sedangkan (Yang et al., 2013) mempresentasikan evaluasi berbasis tenaga dari pembangkit listrik  ultra-superkritis  berbahan  bakar batubara.  Efisiensi  suplai  tenaga  untuk  turbin  uap berdaya tinggi dari pembangkit listrik tersebut berada pada kisaran 75% sampai dengan 97% sementara untuk tingkat exergy desctruction turbin antara 2.5 MW dan 10 MW. Jurnal yang ditulis tersebut juga membahas tentang evaluasi eksergi dari Pembangkit Listrik Tenaga Uap Ultra Superkritis berbahan bakar batubara dimana nilai efisiensi turbin uap berdaya tinggi pada Pembangkit  Listrik  tersebut  berada  pada  rentang  nilai  75%  sampai  dengan  97%  dengan tingkat exergy destruction antara 2.5 MW sampai dengan 10 MW.
Jurnal yang  ditulis  oleh (Fernandez et.al., 2017) membahas tentang analisis  energi  dan eksergi generator dan turbin uap sebagai penggerak MFP selama kapal melakukan akselerasi. Jurnal  tersebut  menganalisis  tingkat  efisiensi  energi  dan  eksergi  serta  tingkat exergy destruction untuk turbin berdaya rendah. Kemudian dianalisa juga pengaruh efisiensi turbin terhadap suhu lingkungan.
(Olaleye et al., 2015) dalam jurnalnya melakukan analisis dari simulasi kondisi steady state dan  analisis  eksergi  pembangkit  listrik uap  super-kritis  berbahan  bakar batu  bara dengan penangkapan CO2 dari turbin uap berdaya tinggi didapatkan efisiensi yang bervariasi antara 87% dan 99%, sementara exergy destruction yang dihasilkan bernilai 0.5 MW dan 7 MW.
(Nazari et  al.,  2016) pada  jurnalnya  mempresentasikan  analisis  energi  dan  eksergi  dari pembangkit listrik tenaga uap di Yordania dimana efisiensi turbin uap terukur sebesar 73.5% sedangkan exergy  desctruction yang  dihasilkan  berjumlah  20.40  MW  pada  kondisi  operasi berbeban. Pada jurnal tersebut juga dilakukan pengamatan suhu lingkungan di sekitar turbin uap,  generator  uap,  dan  efisiensi  eksergi  pada  kondensor.  Dari  pengamatan  tersebut disimpulkan  bahwa efisiensi eksergi  turbin uap berdaya  tinggi dan generator  uap menurun sedangkan nilai exergy destruction meningkat seiring dengan peningkatan suhu lingkungan.
(Hafdhi et al., 2015) dalam jurnalnya melakukan analisis energi dan eksergi pembangkit listrik turbin uap di pabrik asam fosfat dimana efisiensi energi dari dua buah turbo-generator dan  turbin  uap  yang  berkisar  antara  74%  hingga  93%,  sementara  efisiensi  komponen bervariasi antara 60% dan 74%. Turbin uap dan generator uap yang dianalisis adalah turbin
uap  berdaya  rendah  dengan  daya  maksimum  sekitar  7  MW.  Dalam  jurnal  tersebut  juga disajikan  beberapa  variasi  efisiensi  eksergi turbo-generator 1  dan turbo-generator 2  pada kondisi aliran massa uap yang berubah-ubah. Untuk turbo-generator 1, diperoleh nilai efisiensi eksergi  tertinggi  untuk  aliran  massa  uapnya,  sedangkan  efisiensi  eksergi  tertinggi turbo- generator 2 diperoleh nilai 75.5%.

## 2. ANALISIS SISTEM TURBIN UAP
Analisis sistem turbin uap yang dilakukan oleh (Kecebas dan Gokgedik, 2015) terdiri dari 2 unit Turbo-generator yang identik dan khusus dirancang untuk kebutuhan tenaga listrik pada kapal  pengangkut.  Turbin  uap  pada  masing  masing Turbo-generator terdiri  dari  9 Rateau Stage.  Selama  kapal  melakukan  akselerasi  kedua  kompartemen  tersebut  beroperasi  secara paralel. MFP digerakkan oleh turbin uap secara mekanis dan konvensional. Pemilihan sistem penggerak  tersebut  didasarkan  pada keamanan,  kehandalan,  dan  kendali  yang  mudah dilakukan  saat  beroperasi. MFP  digunakan  untuk  meningkatkan  tekanan  air  ke Turbo- generator/generator uap.

## Gambar 1. Skema Pembangkit Listrik Tenaga Uap pada LNG Carriers (Sumber : Kecebas dan Gokgedik, 2015)
Dapat dilihat pada Gambar 1 diatas, saat sistem mulai berjalan satu bagian dari feed water disirkulasikan kembali ke deaerator. Resirkulasi dilakukan untuk melindungi pompa tekanan tinggi pada beban sistem uap rendah. MFP memiliki beberapa tahap dan pompa akan secara sensible  memanaskan  feed  water  pada  aliran  yang  berkurang  karena  terjadi  penguapan. Penguapan feed water ini menyebabkan pengurangan volume dan menyebabkan terjadinya kavitasi yang dapat merusak impeller dan sealing pompa dalam waktu singkat.
(Baldi et al., 2016) Dalam jurnalnya melakukan analisis lebih rinci tentang jenis turbin uap dengan Curtis Stage dan Rateau Stage. Pada Jurnal tersebut juga dikaji secara rinci desain yang spesial dari turbin uap pada kapal laut. Dari jurnal tersebut dapat diketahui dengan jelas generator uap, dan komponen komponen rinci lainnya yang menghasilkan uap super-panas untuk pengoperasian turbin.
Untuk spesifikasi teknis dari LNG Carriers yang dianalisa dapat dilihat pada tabel 1 dibawah ini:

## Tabel. 1 Spesifikasi Teknis dari LNG Carrier
(Sumber : Baldi et al., 2016)

## 3. DESKRIPSI MATEMATIS GENERATOR DAN TURBIN UAP

## 3.1 Persamaan untuk Analisis Energi dan Eksergi
(Baldi et al., 2016) juga melakukan anilisis energi berdasarkan First Law of Thermodynamics yang  terkait  dengan  kekekalan  energi.  Persamaan  keseimbangan  massa  dan  energi  untuk pengendalian volume dalam keadaan steady state dinyatakan sebagai berikut :
Energi total untuk setiap aliran fluida dapat dihitung sesuai dengan persamaan sebagai berikut:
Sedangkan untuk efisiensi energi dapat diformulasikan sebagai berikut:
Analisis  eksergi dianalisis berdasarkan Second Law of Thermodynamics tentang persamaan keseimbangan  eksergi  utama  untuk  pengendalian  volume  dalam  kondisi steady  state dinyatakan sebagai berikut :
Dimana eksergi netto yang ditransfer oleh panas (X heat ) pada  suhu (T) adalah sebagai berikut:
Dan untuk eksergi spesifik dapat diformulasikan dengan persamaan sebagai berikut:

## Analisis Energi dan Eksergi Generator dan Turbin Uap untuk Pompa Air pada Kapal Laut
Sehingga untuk eksergi total setiap aliran fluida dapat ditentukan dengan persamaan:
Dan untuk efisiensi dari eksergi ditentukan dengan persamaan sebagai berikut:

## 3.2 Turbin Uap sebagai Penggerak MFP
Energi dan volume yang mengalir melalui turbin uap dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 2. Turbin Uap dan MFP (a) Energi dan Aliran Volume, (b) Turbin Isentropik dan Ekspasi Ideal
(Sumber : Baldi et al., 2016)
Dimana pada gambar 4 (a) h 1 adalah entalpi uap pada saluran intake turbin dan h 2 adalah entalpi uap pada saluran outlet turbin dan gambar 4 (b) menampilkan tentang kondisi ekspansi ideal melalui turbin uap MFP dalam diagram h-s.
Daya  turbin  yang  dibutuhkan  dapat  ditentukan  dari  aliran  volume  MFP  (VMFP)  dengan menggunakan perhitungan orde-3 sebagai berikut :
Aliran massa uap yang melalui Turbin MFP dapat diketahui dengan pendekatan menggunakan perhitungan polinomial orde-3 dengan persamaan sebagai berikut :

## 4. EFISIENSI ENERGI DAN EKSERGI TURBIN UAP
Efisiensi energi dan eksergi pada turbin uap dibagi menjadi 2 bagian :
1. Turbin Uap berdaya tinggi yang digunakan pembangkit listrik tipe land-base
a. Efisiensi energi dan eksergi sangat tinggi (sekitar 80% atau lebih tinggi) b. Efisiensi energi dan eksergi memiliki tren perubahan yang hampir identik c. Suhu lingkungan memiliki dampak pada efisiensi eksergi
2. Turbin Uap berdaya rendah seperti yang digunakan pada LNG Carriers
Untuk turbin uap berdaya rendah tidak ditemukan indikator pasti untuk rentang nilai efisiensi energi dan eksergi, tren perubahan atau indikator untuk pengaruh suhu sekitar pada efisiensi eksergi. Literatur yang tersedia hanya memberikan pedoman untuk nilai efisiensi energi turbin uap  berdaya  rendah  sesuai  dengan  rentang  dayanya  saja.  Seperti  yang  ditunjukkan  pada Gambar 5 dibawah, dapat dilihat bahwa efisiensi energi turbin uap yang dianalisis jauh lebih rendah jika dibandingkan dengan turbin uap berdaya tinggi.
Gambar 3. Korelasi antara Efisiensi Energi dan Daya Turbin Uap (Sumber : Baldi et al., 2016)

## 5. HASIL DAN PERBANDINGAN
(Mrzljak et al., 2017) dalam jurnalnya menyajikan hasil pengukuran dengan variasi operasi yang  berbeda beda  untuk generator dan turbin uap MFP yang  terkorelasi  dengan propeler penggerak seperti yang diuraikan pada Tabel 2 dibawah ini.
Tabel 2. Pengukuran Generator dan Turbin Uap pada titik operasi yang berbeda- beda. (Sumber : Mrzljak et al., 2017)
Analisis Energi dan Eksergi Generator dan Turbin Uap untuk Pompa Air pada Kapal Laut
Gambar 4. Perubahan Nilai Efisiensi Energi dan Eksergi pada Turbin-Generator Uap (Sumber : Mrzljak et al., 2017)
Gambar 5. Perubahan Daya pada Turbin dan Generator Uap (Sumber : Mrzljak et al., 2017)
Pada Gambar 6 diatas menunjukkan perubahan nilai efisiensi energi dan eksergi pada turbin uap dan generator uap sesuai dengan beban operasi dapat dilihat bahwa kedua turbin dan generator uap hanya menghasilkan daya sebesar 30% dari daya maksimum atau kapasitas terpasang. Pada saat pengukuran dilakukan, generator uap menghasilkan daya lebih dari 2 MW  dengan  kondisi  beban  penuh  kemudian  beban  secara  perlahan  dilepas  hingga  daya terendah yang diserap oleh beban hanya sebesar 1.518 MW pada kecepatan propeler kapal 67.68 min —1 .
Turbin yang terkorelasi dengan MFP pada awal rentang operasi menghasilkan daya yang lebih besar dibandingkan dengan pemakaian beban. Pada kondisi tersebut aliran massa feed water masih relatif kecil yang melewati sistem, sehingga MFP harus mensirkulasi ulang feed water ke deaerator.  Setelah  air  ber-resirkulasi,  kecepatan  turbin  yang  terkorelasi  dengan  MFP menurun  (pada  kecepatan  baling-baling  propulsi  61,45  min -1 )  dan  kemudian  perlahan meningkat  dengan peningkatan  beban pada  sistem yang bekerja.  Peningkatan  daya  turbin MFP secara signifikan mulai meningkat pada saat kecepatan baling-baling propulsi 73,09 min - 1 hal tersebut dikarenakan peningkatan yang cukup besar pada aliran volume feed water. Daya maksimum    yang  dihasilkan  dari  turbin  MFP  saat  kondisi  tersebut  adalah  73%  dari  daya terpasang sebesar 413 kW.
Dari Tabel 2, Gambar 6 dan Gambar 7 diatas, kedua efisiensi (turbin dan generator) sangat tergantung pada penyerapan beban. Efisiensi energi dan eksergi akan berkurang ketika beban berkurang (kecepatan propeler dari 56,65 min -1 menjadi 70,37 min -1 ). Dengan meningkatnya beban, maka kedua efisiensi baik di turbin dan generator pun akan meningkat.
Gambar 6. Tingkat Exergy destruction dari satu turbin uap saat operasi. (Sumber : Adibhatla, 2014)
Dari Gambar 8 diatas, (Adibhatla, 2014) menyampaikan bahwa tingkat exergy destruction dari turbin uap memiliki nilai yang bervariasi antara 621.5 kW dan 679 kW. Selama kecepatan propeler  kapal  meningkat  tren exergy  destruction tidak  menunjukkan  perubahan  yang berkelanjutan.  Dari  hasil  analisis  tersebut  dapat  disimpulkan  bahwa  peningkatan  beban  di sistem tidak berdampak besar terhadap exergy destruction di turbin uap.
Menurut (Ege dan  Sahin,  2016) dalam  jurnalnya  menyimpulkan  bahwa  nilai exergy destruction pada turbin berdaya tinggi sebanding dengan beban turbin uap. Beban yang lebih tinggi  menghasilkan exergy  destruction yang  lebih  tinggi  begitu  juga  sebaliknya.  Setelah dilakukan  perbandingan,  hasilnya  menunjukkan  kesimpulan  yang  sama  juga  berlaku  untuk turbin uap berdaya rendah
Penurunan signifikan dalam tingkat exergy destruction turbin uap (dari 669.5 kW menjadi 629 kW)  disebabkan  oleh  penurunan  aliran  massa  uap  dari  4718.74  kg/jam  menjadi  4000.58 kg/jam (kecepatan baling-baling propulsi 53.50 min -1 dan 56.65 min -1 ).
Peningkatan  dalam  tingkat exergy  destruction pada  turbin  generator  uap  terlihat  pada kecepatan  propeler  78.41  min -1 dan  79.46  min -1 di  mana  aliran  massa uap  meningkat  dari 4116.48 kg/jam menjadi 4400.42 kg/jam. Bahkan peningkatan yang lebih tinggi dalam aliran massa uap, dibandingkan dengan kasus sebelumnya, terjadi antara propeler 79.46 min -1 dan 80.44 min -1 (dari 4400.42 kg/jam menjadi 4689.03 kg/jam). Tetapi, dalam kondisi tersebut, tingkat exergy destruction menurun (dari 679 kW menjadi 658 kW). Analisis yang disampaikan bahwa penurunan tingkat exergy destruction tersebut terletak pada penurunan suhu uap di saluran intake trubin uap (dari 504.5°C menjadi 501.5°C). Penurunan suhu tersebut secara signifikan meningkatkan eksergi spesifik di saluran outlet turbin uap (dari 53.49 kJ/kg menjadi 83.71 kJ/kg).
Gambar 6. Energi Turbin Uap MFP Terhadap Efisiensi Eksergi (Sumber Kaushik et al., 2011)
Gambar 9 diatas menampilkan tentang perubahan beban turbin MFP dapat dianggap sebagai perubahan aliran volume feed water, sesuai dengan Tabel 2 pengukuran yang dilakukan oleh (Mrzljak et al., 2017) Setelah periode resirkulasi, efisiensi energi turbin uap MFP menurun dari  49.36%  menjadi  48.01%,  sedangkan  efisiensi  menurun  dari  60.25%  menjadi  59% (kecepatan propeler 56.65 min -1 dan 61.45 min -1 ).
Dari kecepatan propeler 61.45 min -1 hingga 71.03 min -1 daya turbin MFP yang dibangkitkan perlahan meningkat dengan peningkatan aliran volume feed water dikarenakan peningkatan suhu uap pada saluran intake turbin MFP (Tabel 2), namun nilai efisiensi energi dan eksergi sedikit  menurun.  Penurunan  kedua  efisiensi nilainya  cukup  rendah  (kira-kira  1%  dari  awal hingga akhir rentang operasi).
Pada kecepatan propeler 73.09 min -1 karena peningkatan aliran volume feed water yang cukup besar, kedua efisiensi turbin uap MFP mulai meningkat. Peningkatan perputaran propeler linier dengan peningkatan efisiensi turbin uap MFP. Efisiensi eksergi pada turbin MFP memiliki nilai yang bervariasi antara 58% dan 62% di semua kondisi operasi, hal ini menunjukkan bahwa efisiensi eksergi berada dalam kisaran yang sama seperti pada generator uap. Nilai efisiensi energi turbin MFP menunjukkan bahwa komponen ini memiliki efisiensi energi terendah (dari 46.8% menjadi 51%) di seluruh kondisi operasi.

## Gambar 7. Energi yang Dihasilkan Turbin Uap Mfp Terhadap Perubahan Efisiensi Eksergi (Sumber Kaushik et al., 2011)
Gambar 10 diatas menunjukkan bahwa exergy destruction turbin MFP memiliki nilai rentang antara  222.7  kW  dan  264.5  kW.  Jika  dibandingkan  dengan  turbin  uap, tingkat  exergy destruction turbin  MFP  jauh  lebih  rendah.  Hal  tersebut    dikarenakan  turbin  MFP  dapat menghasilkan daya tiga kali lebih kecil daripada setiap turbin uap. Menurut hasil pengukuran yang dilakukan (Mrzljak et al., 2017) pada Tabel 2 diatas, perubahan beban turbin MFP dapat dianggap sebagai perubahan aliran volume feed water.
Dalam rentang operasi kecepatan propeler dari 25 min -1 hingga 74.59 min -1 , perubahan beban pada  turbin MFP  sangat  dipengaruhi  oleh  perubahan laju exergy  destruction.  Satu-satunya peningkatan  yang  signifikan  dalam  laju exergy  destruction adalah  pada  saat  kecepatan propeler 53.50 min -1 , yang disebabkan oleh peningkatan aliran volume feed water (dari 75.08 m3/jam pada kecepatan 41.78 min -1 menjadi 88.14 m3/jam pada kecepatan 53.50 min -1 ) dan kemudian  menurun  kembali  secara sensible saat  kecepatan  propeler  74.59  min -1 hingga kondisi berhenti beroperasi.
Analisis lain dituliskan oleh (Fernandez et al., 2017) Hasil pengukuran pada Tabel 2, suhu uap  pada  saluran intake turbin  terus  menurun  (dari  513°C  menjadi  500°C)  seiring  dengan penurunan laju exergy destruction turbin MFP (yang terjadi pada kecepatan propeler 76.56 min -1 , 80.44 min -1 , dan 82.88 min -1 ) memiliki penjelasan yang sama dengan penurunan tingkat exergy destruction pada generator uap saat kecepatan propeler 79.46 min -1 dan 80.44 min -1 .
Meskipun  terjadi  peningkatan  aliran  volume feed  water (dibandingkan  dengan  titik  operasi yang  diamati  sebelumnya),  suhu  uap  pada  saluran intake turbin  MFP  berkurang  secara siginifikan seiring dengan peningkatan nilai eksergi spesifik pada saluran outlet turbin MFP. Peningkatan nilai eksergi spesifik di outlet turbin MFP memiliki linieritas terhadap daya yang dihasilkan oleh turbin MFP dan dengan kondisi tersebut menghasilkan penurunan nilai exergy destruction pada turbin MFP.
(Ege dan Sahin, 2016) dalam kesimpulannya juga menyampaikan hal yang sama bahwa peningkatan suhu  lingkungan  memiliki  dampak  tidak  siginifikan  pada  efisiensi  eksergi kondensor uap. Efisiensi eksergi kondensor uap akan menurun seiring dengan peningkatan suhu lingkungan.
Efisiensi  eksergi turbin  uap dan TG dalam kaitannya dengan lingkungan dapat dilihat pada Gambar 11 berikut ini :

## Gambar 8. Efisiensi Eksergi Turbin Uap terhadap Suhu Lingkungan (Sumber : Ege dan Sahin, 2016)
Dari  Gambar  11  diatas,  dapat  dilihat  bahwa  suhu  lingkungan  memiliki  nilai  yang  bervriasi antara 10°C hingga 40°C, suhu lingkungan disini didasarkan pada suhu ruang di ruang mesin kapal. Nilai efisiensi eksergi tertinggi turbin uap diperoleh pada suhu ruang mesin terendah (10°C) dengan nilai 56% sampai dengan 62% pada kondisi beroperasi. Dengan kenaikan suhu 10°C, efisiensi eksergi turbin berkurang dari 0.8% hingga 1%. Pada suhu ruang mesin (suhu lingkungan)  mncapai  nilai  40°C,  efisiensi  eksergi  berkisar  antara  adalah  dari  53%  sampai dengan 60%.
Efisiensi eksergi turbin uap MFP menunjukkan tren yang hampir sama dengan turbin uap. Nilai efisiensi eksergi tertinggi pada suhu ruang mesin 10°C bernilai antara dari 59% hingga 63% dan nilai efisiensi eksergi terendah pada suhu ruang mesin 40°C bernilai antara 56.7% hingga 60.5%. Peningkatan suhu 10°C dapat menyebabkan pengurangan efisiensi eksergi dari 0.8% menjadi 1%, hal tersebut juga berlaku untuk turbin uap MFP.
(Fernandez et al., 2017) juga melakukan analisa terhadap nilai efisiensi turbin uap dalam kondisi operasi. Pada Gambar 12 diatas dapat dilihat perubahan daya kumulatif untuk kedua turbo-generator dalam  kaitannya  dengan  energi  dan  efisiensi  eksergi  saat  kondisi  operasi. Energi turbo-generator dan efisiensi eksergi meningkat hingga daya turbo-generator kumulatif mencapai  5500  kW.  Efisiensi  tertinggi  terukur  sebesar  71.5%  dari  daya  terpasang  dengan berbagai  kondisi  operasi.  Peningkatan  efisiensi  energi turbo-generator selama  peningkatan aliran massa uap terjadi karena peningkatan daya yang dibangkitkan memiliki intensitas yang lebih besar daripada peningkatan aliran massa uapnya.
Dengan kondisi aliran massa uap yang bervariasi, suhu sekitar juga bervariasi dalam rentang 10°C hingga 40°C.  Berdasarkan hal tersebut, maka disimpulkan bahwa, peningkatan suhu lingkungan  dapat  menyebabkan  penurunan  efisiensi  eksergi  pada  turbin  uap.  Selama perubahan suhu lingkungan berubah secara linier dengan perubahan aliran massa uap, tren efisiensi eksergi turbo-generator tetap sama dengan suhu lingkungan 25°C.
Efisiensi  eksergi  maksimum  sebesar  67.92%  dicapai  pada  suhu  lingkungan  di  angka  10°C. Pada saat efisiensi eksergi turbo-generator mencapai angka 65.69% di suhu lingkungan 40°C, nilai  tersebut  menjadi  1,10%  lebih  rendah  dari  efisiensi  eksergi  maksimum  pada  suhu lingkungan  25°C  atau  2.23%  lebih  rendah  dari  efisiensi  eksergi  maksimum  pada  suhu lingkungan  10°C.  Selain  itu,  suhu  lingkungan  tidak  memiliki  dampak  signifikan  terhadap efisiensi eksergi turbo-generator dalam analisis dengan aliran massa uap yang bervariasi.
Gambar 10. Efisiensi Turbin Uap MFP saat kondisi operasi 13. (Sumber : Mrzljak et al., 2017)
Gambar 11. Efisiensi Turbin Uap MFP pada kondisi operasi 21 (Sumber : Mrzljak et al., 2017)
Pada sumbu titik operasi di Gambar 14, efisiensi energi masing-masing turbo-generator hanya sebesar  53.82%  (titik  abu-abu)  sedangkan  efisiensi  eksergi  pada  titik  operasi  yang  sama bernilai 54.77% (titik hitam). Dapat disimpulkan bahwa efisiensi ini jauh lebih rendah daripada nilai maksimum yang dihitung.
Menurut (Fernandez et al., 2017), aspek efisiensi energi turbin uap MFP menjadi salah satu komponen  terburuk  dalam  sistem  penggerak  uap.  ini.  Oleh karena  itu  menyarankan  untuk menggunakan motor listrik sebagai pengganti turbin sebagai penggerak MFP di LNG Carriers dengan memiliki keunggulan sebagai berikut :
1. Turbin uap MFP memiliki efisiensi energi antara 46.8% dan 51%, sedangkan efisiensi ekserginya berkisar antara 57.5% dan 62%. Sedangkan efisiensi energi dan eksergi motor listrik bernilai antara 80% dan 87%. Dengan demikian, motor  listrik memiliki efisiensi energi dan eksergi yang jauh lebih tinggi, yang akan meningkatkan efisiensi energi-eksergi sistem secara keseluruhan.
2. Seperti  yang ditunjukkan pada  Gambar 7 diatas,  efisiensi  energi  dan  eksergi turbo- generator meningkat seiring dengan peningkatan beban. Konsumsi daya motor listrik akan secara langsung meningkatkan beban di generator uap. Jika diasumsikan bahwa motor  listrik  akan  memiliki  daya  maksimum  570  kW,  peningkatan  energi turbo- generator dan efisiensi eksergi akan berada di kisaran antara 1% dan 4%.
Dalam analisis yang disajikan, turbin MFP menggunakan uap super-panas sebesar 3250 kg/jam sampai dengan 3650 kg/jam. Kedua turbo-generator membutuhkan antara 750 kg/jam hingga 2000 kg/jam uap super panas untuk membangkitkan daya 200 kW hingga 570 kW. Sisa uap dengan tekanan dan suhu yang lebih tinggi akan ditransfer ke deaerator untuk memastikan sistem berjalan secara looping.
Dari pengukuran yang dilakukan , penulis mengambil 2 sample pengukuran dengan alasan nilai pada 2 kondisi tersebut memiliki rentang yang cukup signifikan yaitu pengukuran pada kondisi operasi 13 dan pengukuran dengan kondisi operasi 21. Dari gambar 13 diatas, dapat dilihat bahwa efisiensi energi tertinggi turbin uap MFP pada kondisi operasi tersebut adalah 57.34%, sedangkan efisiensi eksergi tertinggi untuk titik operasi yang sama bernilai 66.99% pada  suhu lingkungan 25°C. Dengan menurunkan suhu lingkungan  menjadi 10°C,  efisiensi eksergi  maksimum  meningkat  menjadi  68.12%,  sedangkan  pada  saat  kenaikan  suhu lingkungan  naik  menjadi 40°C  menyebabkan  turunnya efisiensi  eksergi  maksimum  menjadi 65.89%. Menurut data pengukuran (tabel 2) dan Gambar 13 diatas, efisiensi energi turbin uap MFP di titik operasi 13 adalah 46.75% (titik abu-abu) sedangkan efisiensi eksergi untuk titik operasi yang sama berjumlah 57.92% (titik hitam) memberikan nilai yang jauh lebih rendah jika dibandingkan dengan yang ada pada daya maksimum. Daya yang dibutuhkan dari turbin uap MFP diubah sesuai dengan aliran massa feed water yang diperlukan dalam sistem propulsi uap.
Gambar 12. Efisiensi Turbin Uap MFP pada kondisi operasi 21 (Sumber : Mrzljak et al., 2017)
Pada titik operasi 21 (Tabel 2), dapat dilihat pada Gambar 14 efisiensi energi tertinggi turbin uap  MFP  adalah  58.85%,  sedangkan  efisiensi  eksergi  tertinggi  sebesar  68.27%  pada  suhu lingkungan  25°C.  Kedua efisiensi  maksimum  dihitung  pada  daya  turbin  uap  MFP  tertinggi. Dengan peningkatan suhu lingkungan suhu hingga 40°C efisiensi eksergi maksimum menurun menjadi 67.19%, sedangkan penurunan suhu lingkungan menjadi 10°C menyebabkan efisiensi eksergi  maksimum  meningkat  menjadi  69.37%.  Menurut  data  pengukuran  pada  Tabel  2, efisiensi  energi  turbin  uap  MFP  di  titik  operasi  21  adalah  sebesar  50.20%  (titik  abu-abu) sedangkan efisiensi eksergi sebesar 60.99% (titik hitam).
Analisis  yang  dituliskan  oleh (Hafdhi et  al., 2015) tentang  variasi  aliran  massa  uap  dan pengaruh variasi tersebut pada efisiensi eksergi untuk dua buah turbo-generator, diperoleh tren yang sebanding dengan hasil yang diperoleh untuk turbo-generator dan turbin uap MFP. Tren tingkat efisiensi eksergi yang diperoleh adalah sama. Dengan peningkatan aliran massa uap,  efisiensi  eksergi  meningkat  ke  nilai  maksimum.  Peningkatan  dalam  aliran  massa  uap menyebabkan  efisiensi  eksergi  menurun.  Dari  analisis  diatas,  disimpulkan  bahwa  efisiensi eksergi maksimum berjumlah 75.5% dan dicapai pada 89% dari aliran massa uap maksimum.

## 6. KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan data pengukuran dari kapal pengangkut LNG (LNG Carriers) maka dilakukan reviu terhadap analisis yang dilakukan oleh penulis-penulis sebelumnya. Reviu analisis difokuskan kepada 2 komponen utama pembangkit tenaga listrik yaitu turbin uap dan turbo generator sebagai penggerak main feed water pump (MFP).
Untuk turbin uap berdaya rendah, dapat disimpulkan bahwa :
1. Efisiensi energi dan eksergi cukup rendah (antara 46.8% sampai 62%), nilai tersebut lebih rendah dibandingkan dengan turbin uap berdaya tinggi.
2. Efisiensi energi dan eksergi memiliki tren perubahan yang hampir identik.
Suhu lingkungan memiliki pengaruh terhadap efisiensi eksergi (perubahan suhu sekitar untuk 10°C menyebabkan perubahan efisiensi eksergi kurang dari 1%). Meskipun memiliki pengaruh, namun pengaruh yang ditimbulkan tidak terlalu signifikan.
Dengan  melihat  variasi  aliran  massa  uap  pada  berbagai  kondisi  operasi  (tabel  2),  penulis mendapatkan pengetahuan tentang berbagai efisiensi energi dan eksergi. Energi tertinggi dan efisiensi  eksergi turbo-generator dicapai  pada  71.5%  dari  daya  pembangkitan  maksimum, sedangkan turbin uap MFP mencapai efisiensi tertinggi pada daya maksimumnya.
Efisiensi energi dan eksergi turbo-generator dan turbin uap MFP yang diukur, didapatkan nilai yang  jauh  lebih  rendah  daripada  nilai  rentang  atasnya.  Oleh  karena  itu,  disarankan  untuk melakukan  optimisasi  energi  dan  eksergi  dari  seluruh  sistem  propulsi  uap  untuk  mencapai efisiensi yang optimal dalam kondisi operasi yang bervariasi.
Dari  berbagai  jurnal  yang  ada,  terdapat  rekomendasi  yang  disampaikan  dimana  untuk mendapatkan nilai efisiensi dapat mensubstitusi turbin uap MFP dengan motor listrik untuk penggerak.  Dari  rekomendasi  tersebut,  optimalisasi  yang  paling  berdampak  adalah peningkatan energi turbo-generator dan efisiensi eksergi setidaknya 1% sampai dengan 3%.
Dari  reviu  yang  dilakukan,  penulis  menyarankan  agar  penelitian  atau  analisis  tidak  hanya berfokus  kepada turbo-generator dan  turbin  uap  MFP  saja,  tetapi  juga  dapat  melakukan
penelitian atau analisis terhadap komponen lain dari sistem propulsi kelautan seperti Engine Room  Electronic  Management (EREM)  ataupun Smart  Control    System (SCS) yang  saat  ini sudah mulai banyak digunakan pada kendaraan tanpa awak (LRT, MRT, Autonomous Car, dll.) dimana sistem kontrol tersebut memungkinkan penggunanya untuk melakukan monitoring dan kendali sampai ke setiap komponen secara real time.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Prodi  Teknik  Mesin  Institut  Teknologi  Nasional Bandung yang telah membantu dan memfasilitasi dalam penyusunan jurnal ini. Tak lupa juga kepada  rekan-rekan  Mahasiswa  Program  Studi  Magister  Teknik  Mesin  Institut  Teknologi Nasional Bandung yang telah memberikan dukungan dalam penyelesaian jurnal ini.

## DAFTAR RUJUKAN
Tan  H,  Zhao  Q,  Sun  N,  Li  Y.  Enhancement  of  energy  performance  in  a  boil-off  gas  re- liquefaction  system  of  LNG  carriers  using  ejectors.  Energy  Convers  Manage 2016;126:875–88. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.08.031
Fernandez IA et al. Review of propulsion systems on LNG carriers. Renew Sustain Energy Rev 2017;67:1395–411 https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.09.095
Adibhatla S, Kaushik SC. Energy and exergy analysis of a super critical thermal power plant at various load conditions under constant and pure  sliding pressure operation. Appl Therm Eng 2014;73:49–63. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2014.07.030
Erdem HH, Akkaya AV, Cetin B, Dagdas A, Sevilgen SH, Sahin B, et al. Comparative energetic and exergetic performance analyses for coal-fired thermal power plants in Turkey. Int J Therm Sci 2009;48:2179–86. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2009.03.007
Yang  Y,  Wang  L,  Dong  C,  Xu  G,  Morosuk  T,  Tsatsaronis  G.  Comprehensive  exergy-based evaluation  and  parametric  study  of  a  coal-fired  ultra- supercritical  power  plant.  Appl Energy 2013;112:1087–99. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.12.063
Kecebas A, Gokgedik H. Thermodynamic evaluation of a geothermal  power plant for advanced exergy analysis. Energy 2015;88:746–55. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.05.094 Mrzljak V, Poljak I. Dual fuel consumption and efficiency of marine steam generators for the propulsion  of  LNG  carrier.  Applied  Thermal  Engineering  2017;03:078-54. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.03.078
Vedran  M,  Igor  P,  Tomislav  M. Energy and exergy analysis of the turbo-generators and steam  turbine  for  the  main  feed  water  pump  drive  on  LNG  carrier.  Energy  Convers Manage 2015;93:1819–31. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.03.007
Welaya YMA, Mosleh M, Ammar NR. Thermodynamic analysis of a combined gas turbine power plant with a solid oxide fuel cell for marine  applications.  Int J Nav Archit Ocean  Eng 2013;5(4):529–45. https://doi.org/10.2478/IJNAOE-2013-0151
Baldi F, Ahlgren F, Melino F, Gabrielii  C, Andersson  K. Optimal  load allocation of complex ship power plants. Energy Convers Manage 2016;124:344–56. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.07.009
Nazari N, Heidarnejad P, Porkhial S. Multi-objective optimization of a combined steam-organic Rankine cycle based on exergy and exergo-economic analysis for waste heat recovery application. Energy Convers Manage 2016;127:366–79. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.09.022
Vandani  AMK,  Bidi  M,  Ahmadi  F.  Exergy  analysis  and  evolutionary  optimization  of  boiler blowdown heat recovery in steam power plants. Energy Convers Manage 2015;106:1– 9. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.09.018
Ifaei  P,  Rashidi  J,  Yoo  CK.  Thermoeconomic  and  environmental  analyses  of  a  low  water consumption combined steam power plant and refrigeration chillers – Part 1: energy and economic  modelling  and  analysis.  Energy  Convers  Manage  2016;123:610–24. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.06.036
Kim  CK, Yoon JY. Performance analysis  of bladeless jet propulsion micro-steam  turbine  for micro-CHP  (combined  heat  and  power)    systems   utilizing    low- grade  heat  sources. Energy 2016;101:411–20. https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.01.070
Ege   A,  S,ahin   HM.   Uncertainties  in   energy   and  exergy   efficiency  of   a  high pressure turbine  in  a  thermal  power  plant.  Int  J  Hydrogen  Energy  2016;41:7197–205. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.01.002
Olaleye AK, Wang M, Kelsall G. Steady state simulation and exergy analysis of supercritical coal-fired power plant with CO2 capture. Fuel 2015;151:57–72. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.01.013 Kaushik  SC,  Reddy  VS,  Tyagi  SK.  Energy  and  exergy  analyses  of  thermal  power  plants:  a review. Renew Sustain Energy Rev 2011;15:1857–72 https://doi.org/10.1016/j.rser.2010.12.007
Hafdhi F, Khir T, Ben Yahyia A, Ben Brahim A. Energetic and exergetic analysis of a steam turbine  power  plant  in  an  existing  phosphoric  acid factory.  Energy  Convers  Manage 2015;106:1230–41. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.10.044
Peng S, Wang Z, Hong H, Xu D, Jin H. Exergy evaluation of a typical 330 MW solar-hybrid coal- fired  power  plant  in  China.  Energy  Convers  Manage  2014;85:848–55. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2013.12.073