SKRIPSI – ME-141501 ANALISIS TEKNO EKONOMI PERENCANAAN PANEL SURYA SEBAGAI SUPLAI DAYA SISTEM REVERSE OSMOSIS UNTUK PEMENUHAN KEBUTUHAN AIR TAWAR (FRESH WATER SYSTEM) PADA KAPAL RO-PAX (KM. SABUK NUSANTARA 56) Dian Nafi’ Ahmad NRP 4215 105 025 Dosen Pembimbing 1 Edi Jadmiko, ST., MT. Dosen Pembimbing 2 Ir. Tony Bambang Musriyadi, PGD., MMT. DEPARTEMEN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Fakultas Teknologi Kelautan Institut TeknologiSepuluh Nopember Surabaya 2017 uh FINAL PROJECT – ME-141501 ECONOMIC TECHNICAL ANALYSIS PLANNING PHOTOVOLTAIK REVERSE OSMOSIS FOR FULFILLMENT OF FRESH WATER (FRESH WATER SYSTEM) ON RO-PAX SHIP (KM. SABUK NUSANTARA 56) Dian Nafi’ Ahmad NRP 4215 105 025 1st Supervisors Edi Jadmiko, ST., MT. 2nd Supervisors Ir. Tony Bambang Musriyadi, PGD., MMT. Department of Marine Engineering Faculty of Marine Technology Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2017 Sepuluh N LEMBAR PENGESAHAN ANALISIS TEKNO EKONOMI PERENCANAAN PANEL SURYA SEBAGAI SUPLAI DAYA SISTEM REVERSE OSMOSIS UNTUK PEMENUHAN KEBUTUHAN AIR TAWAR (FRESH WATER SYSTEM) PADA KAPAL ROPAX (KM. SABUK NUSANTARA 56) SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Bidang Studi Marine Machinery Design and Manufacture (MMD) Program Studi S-1 Jurusan Teknik Sistem Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Oleh : Dian Nafi’ Ahmad Nrp. 4215 105 025 Disetujui oleh Pembimbing Tugas Akhir : 1. Edi Jadmiko, ST., MT. (......................................) 2. Ir. Tony Bambang Musriyadi, PGD., MMT. (......................................) SURABAYA JULI, 2017 v “Halaman ini Sengaja dikosongkan” vi LEMBAR PENGESAHAN ANALISIS TEKNO EKONOMI PERENCANAAN PANEL SURYA SEBAGAI SUPLAI DAYA SISTEM REVERSE OSMOSIS UNTUK PEMENUHAN KEBUTUHAN AIR TAWAR (FRESH WATER SYSTEM) PADA KAPAL ROPAX (KM. SABUK NUSANTARA 56) SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Bidang Studi Marine Machinery Design and Manufacture (MMD) Program Studi S-1 Departemen Teknik Sistem Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Oleh : Dian Nafi’ Ahmad Nrp. 4215 105 025 Disetujui oleh Kepala Departemen Teknik Sistem Perkapalan Dr. Eng. M. Badrus Zaman, ST, MT NIP. 1977 0802 2008 01 1007 SURABAYA JULI, 2017 vii “Halaman ini Sengaja dikosongkan” viii ANALISIS TEKNO EKONOMI PERENCANAAN PANEL SURYA SEBAGAI SUPLAI DAYA SISTEM REVERSE OSMOSIS UNTUK PEMENUHAN KEBUTUHAN AIR TAWAR (FRESH WATER SYSTEM) PADA KAPAL ROPAX (KM. SABUK NUSANTARA 56) Nama Mahasiswa NRP Departemen Dosen Pembimbing : Dian Nafi’ Ahmad : 4215 105 025 : Teknik Sistem Perkapalan : Edi Jadmiko, ST., MT. Ir. Tony Bambang M, PGD., MMT. ABSTRAK Kebutuhan akan air tawar pada dunia insdutri semakin meningkat dengan semakin cepatnya perkembangan industri global. Industri perkapalan mengalami dampak yang signifikan sebagai bagian dari industri global mengenai sektor kebutuhan air tawar pada kapal. Persediaan air tawar pada kapal ro-pax sangat penting karena sebagai sumber kehidupan crew dan penumpang kapal ketika kapal berlayar. Pemenuhan kebutuhan air tawar pada kapal ro-pax dibuat dalam sistem konvensional dengan mengisi air bersih ke tangki air tawar dari pelabuhan. Pada tugas akhir ini akan di analisis secara teknis dan ekonomis pada perancangan sistem air tawar menggunakan sistem reverse osmosis dengan panel surya sebagai suplai daya dan membandingkannya dengan sistem konvensional pada kapal KM. SABUK NUSANTARA 56. Tugas Akhir ini termasuk desain pemasangan, ukuran tangki air tawar, jumlah muatan, biaya investasi dan biaya operasional. Kesimpulan yang didapatkan dalam tugas akhir ini adalah sistem reverse osmosis (RO) dengan panel surya sebagai suplai daya sangat efisien bila diterapkan pada kapal ro-pax seperti kapal KM. SABUK NUSANTARA 56 karena dengan sistem ini kapal ini mampu menghasilkan air tawar sendiri, ukuran tangki air tawar lebih kecil, untuk muatan kapal baru dapat ditingkatkan. Untuk persentase total biaya kebutuhan air tawar lebih mahal sekitar 52 persen dibanding sistem konvensional dan nilai muatan kapal bertambah 29,2 persen dibanding sistem konvensional. Kata kunci : Air tawar, ro-pax, reverse osmosis, panel surya, teknis, ekonomis ix “Halaman ini Sengaja dikosongkan” x ECONOMIC TECHNICAL ANALYSIS PLANNING PHOTOVOLTAIK REVERSE OSMOSIS FOR FULFILLMENT OF FRESH WATER (FRESH WATER SYSTEM) ON RO-PAX SHIP (KM. SABUK NUSANTARA 56) Nama Mahasiswa NRP Departemen Dosen Pembimbing : Dian Nafi’ Ahmad : 4215 105 025 : Teknik Sistem Perkapalan : Edi Jadmiko, ST., MT. Ir. Tony Bambang M, PGD., MMT. ABSTRACT The need for fresh water in the world of industry is increasing with the rapid development of the global industry. The shipping industry is having a significant impact as part of a global industry concerning the sector of freshwater demand on ships. Freshwater supplies on ro-pax vessels are very important because they are the source of crew and passenger life when ships sail. Fulfillment of freshwater needs on a ro-pax vessel is made in a conventional system by filling clean water into a freshwater tank from the port. In this final project will be analyzed technical and economical on designing fresh water system using reverse osmosis system with solar panel as power supply and compare it with conventional system on ship KM. SABUK NUSANTARA 56. This Final Project includes installation design, size of fresh water tank, amount of cargo, investment cost and operational cost. The conclusion obtained in this final project is a reverse osmosis (RO) system with solar panels as a very efficient power supply when applied to ro-pax ships such as ships KM SABUK NUSANTARA 56 because with this system the ship is able to produce their own fresh water, the size of the freshwater tank is smaller, for new shiploads can be increased. For the percentage of total cost of fresh water needs is dearer about 52 percent compared to conventional system and payload value increased 29.2 percent compared to conventional system. Keywords : Fresh water, ro-pax, reverse osmosis, solar panel, technical, economical xi “Halaman ini Sengaja dikosongkan” xii KATA PENGANTAR Penulis mengucapkan puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena anugerah dan kuasaNya sehingga tugas akhir dengan judul “ANALISIS TEKNO EKONOMI PERENCANAAN PANEL SURYA SEBAGAI SUPLAI DAYA SISTEM REVERSE OSMOSIS UNTUK PEMENUHAN KEBUTUHAN AIR TAWAR (FRESH WATER SYSTEM) PADA KAPAL RO-PAX (KM. SABUK NUSANTARA 56)” ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik oleh penulis juga atas bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karenanya penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Allah SWT yang telah memberikan rahmat, kemudahan, keselamatan, dan kesehatan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Nabi Muhammad SAW 3. Kedua orangtua serta keluarga besar penulis yang telah memberikan semangat, dukungan materil maupun moril, serta do'a agar terselesainya tugas akhir ini. 4. Bapak Dr. Eng. M. Badrus Zaman, ST., MT. selaku Kepala Departemen Teknik Sistem Perkapalan FTK ITS. 5. Bapak Edi Jadmiko, ST., MT. selaku pembimbing 1 tugas akhir yang memberikan pengarahan, saran dan pertimbangan bagi penulis. 6. Bapak Ir. Tony Bambang Musriyadi, PGD., MMT. selaku pembimbing 2 tugas akhir yang memberikan pengarahan, saran dan pertimbangan bagi penulis. 7. Teman-teman Departemen Teknik Sistem Perkapalan, khususnya LJ 2015 yang memberikan semangat dan do’a bagi penulis. 8. Semua pihak yang telah mendukung dan tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang sekecil apapun tetap berarti bagi penulis. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penulisan tugas akhir ini. Oleh karena itu, penulis sangat membutuhkan saran untuk dapat menyempurnakan tugas akhir ini dengan baik dan dapat bermanfaat bagi pembaca. Akhir kata, semoga Tuhan YME melimpahkan KaruniaNya kepada kita semua. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Surabaya, 2017 Penulis xiii “Halaman ini Sengaja dikosongkan” xiv DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. v ABSTRAK ............................................................................................................ ix ABSTRACT........................................................................................................... x KATA PENGANTAR ........................................................................................ xii DAFTAR ISI................. ..................................................................................... xiv DAFTAR TABEL .............................................................................................. xvi DAFTAR GAMBAR.......................................................................................... xvii BAB I PENDAHULUAN .....................................................................................19 1.1 Latar Belakang.....................................................................................19 1.2 Perumusan Masalah ............................................................................20 1.3 Batasan Masalah..................................................................................20 1.4 Tujuan..................................................................................................20 1.5 Manfaat................................................................................................20 1.6 Batasan Masalah .................................................................................20 BAB II TINJAUAN PUSTAKA .........................................................................21 2.1 Kebutuhan Air Tawar .........................................................................21 2.2 Sistem Instalasi Air Tawar .................................................................21 2.3 Sistem Instalasi Air Laut ....................................................................22 2.4 Desalinasi ...........................................................................................23 2.5 Prinsip Dasar Reverse Osmosis ..........................................................24 2.6 Proses Desalinasi dengan Reverse Osmosis .......................................25 2.7 Pembangkit Listrik Tenaga Matahari .................................................26 2.7.1 Solar Panel ....................................................................................26 BAB III METODOLOGI PENELITIAN .........................................................29 3.1 Umum ................................................................................................29 3.2 Identifikasi dan Perumusan Masalah .................................................29 3.3 Studi Literatur ....................................................................................29 3.4 Pengumpulan Data .............................................................................29 3.5 Analisis Teknis ..................................................................................29 3.6 Analisis Ekonomis .............................................................................30 3.7 Analisis dan Pembahasan ...................................................................30 3.8 Kesimpulan dan Saran........................................................................30 3.8 Diagram Alir.......................................................................................31 BAB IV ANALISIS PEMBAHASAN ................................................................33 4.1 Data Perencanaan ...............................................................................33 4.1.1 Perhitungan Kebutuhan Air Bersih Kapal KM. SABUK NUSANTARA 56 .................................................33 4.1.2 Desain Sistem Air Tawar Pada Kapal KM. SABUK NUSANTARA 56..................................................34 4.1.3 Desain Sistem Air Tawar Dengan Sistem Reverse Osmosis Pada Kapal KM. SABUK NUSANTARA 56..............................35 4.2 Analisa Kualitas Air Baku .................................................................35 4.3 Pemilihan Spesifikasi Komponen Reverse Osmosis..........................36 4.4 Pemilihan Spesifikasi Unit Suplai Daya ............................................41 4.5 Analisis Teknis Sistem Reverse Osmosis Pada Kapal xv KM. SABUK NUSANTARA 56 ...................................................................44 4.5.1 Sistem Instalasi Semakin Komplek ...................................................44 4.5.2 Memperkecil Ukuran angki Air Tawar .............................................45 4.5.3 Pembangunan Kapal Baru Mampu Memperbesar Payload.............45 4.5.4 Konsumsi Daya Mandiri ...................................................................47 4.5.5 Kualitas Air Olahan Sangat Baik dan Layak Konsumsi..................47 4.6 Analisis Ekonomis Sistem Air Tawar (Fresh Water System) Pada Kapal KM. SABUK NUSANTARA 56 ..............................................49 4.6.1 Analisis Ekonomis Sistem Air Tawar konvensional.......................49 4.6.2 Analisis Ekonomis Sistem Air Tawar Dengan Penambahan Sistem Reverse Osmosis ...................................................................51 4.6.3 Grafik Perbandingan Antara Biaya Total Dari Sistem Air Tawar Konvensional Dengan Sistem Air Tawar Reverse Osmosi.............53 4.6.4 Nilai Muatan (Payload)...................................................................57 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN.....................................................................57 5.1 Kesimpulan..............................................................................................57 5.2 Saran........................................................................................................58 DAFTAR PUSTAKA...............................................................................................59 LAMPIRAN..............................................................................................................61 Spesifikasi unit Reverse Osmosis..................................................................62 Spesifikasi Dosing Pump..............................................................................64 Spesifikasi Panel Surya...............................................................................65 Spesifikasi Solar Charge Control.................................................................67 Spesifikasi Baterai........................................................................................68 Spesifikasi Inverter.......................................................................................69 Gambar G.A. KM SABUK NUSANTARA 56............................................70 Gambar Fresh Water System Reverse Osmosis...........................................71 Gambar Suplai Daya Reverse Osmosis........................................................72 BIOGRAFI PENULIS.............................................................................................71 xvi DAFTAR TABEL Tabel 1 Perincian Konsumsi Daya Sistem Reverse Osmosis ...............................43 Tabel 2 Perincian Berat Komponen Sistem Reverse Osmosis .............................47 Tabel 3 Kualitas Air Olahan Sistem Reverse Osmosis .........................................48 Tabel 4 Perhitungan Biaya Air Tawar ..................................................................50 Tabel 5 Perincian Biaya Komponen Sistem Reverse Osmosis ............................51 Tabel 6 Perincian Biaya Pergantian Sistem Reverse Osmosis .............................52 Tabel 7 Perhitungan Biaya Operasional Sistem Reverse Osmosis ......................53 Tabel 8 Perhitungan Biaya Total Operasional Sistem RO ...................................53 xvii DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram Sistem Air Tawar.................................................................22 Gambar 2.2 Diagram Sistem Air Laut....................................................................23 Gambar 2.3 Prinsip dasar proses Reverse Osmosis ...............................................24 Gambar 2.4 Proses utama Reverse Osmosis ..........................................................25 Gambar 2.5 Sistem photovoltaic reverse osmosis sederhana................................27 Gambar 3.1 Diagram Alir Metodologi ..................................................................31 Gambar 4.1 KM SABUK NUSANTARA 56.........................................................33 Gambar 4.2 Sistem air tawar secara konvensional pada kapal KM. SABUK NUSANTARA 56 .................................................................................................35 Gambar 4.3 Letak Tangki Air Tawar.....................................................................40 Gambar 4.4 Letak Tangki Air Produk....................................................................40 Gambar 4.5 Skema Perencanaan sistem Reverse Osmosis Pada Kapal KM. SABUK NUSANTARA 56.... ......................................................................41 Gambar 4.5 Layout Sistem Air Tawar Dengan Reverse osmosis ........................41 Gambar 4.6 Layout Sistem Suplai Daya................................................................45 Gambar 4.8 Grafik Biaya Total Air Tawar (20 Tahun).........................................54 xviii 19 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pemanfaatan teknologi sebagai strategi dampak dari kemajuan industri global mempengaruhi ketersediaan sumber daya alam. Indonesia sebagai bagian dari dunia dengan kontribusi 3.5% jumlah penduduk dunia yakni mencapai 253.609.643 jiwa dengan luas wilayah 5.180.053 km2. Jumlah ini menjadikan Indonesia sebagai negara keempat dengan jumlah penduduk terbanyak di dunia sesuai data dari Biro Sensus Departemen Perdagangan Amerika Serikat (Sumber : https://finance.detik.com/beritaekonomi-bisnis/2517461). Fenomena ini juga mempengaruhi pada industri perkapalan yang dalam operasionalnya memerlukan air tawar (fresh water). Kemajuan teknologi khususnya pada bidang perkapalan mendorong berkembangnya teknologi yang serba cepat, mudah dan efisien dalam merancang suatu kapal ataupun di dalam pemakaian suatu kapal Di dalam suatu kapal terdapat berbagai sistem misalnya sistem air tawar (fresh water system) dimana sistem ini mengatur tentang supply air tawar untuk semua kebutuhan air tawar (fresh water) di kapal. Sistem air tawar di kapal ini merupakan sistem yang sangat vital, ini dikarenakan air tawar digunakan untuk makan, minum, mandi, cuci para ABK dan penumpang, pendinginan mesin dan kebutuhan lainnya di kapal. Pada umumnya persediaan air bersih pada 1 kapal Ro-Pax dilakukan dengan cara konvensional yaitu dengan melakukan pengisian air bersih pada tangki air tawar dari pelabuhan seperti yang terdapat pada kapal KM. SABUK NUSANTARA 56, tetapi ada beberapa kapal yang sudah dilengkapi dengan destilator yang digunakan pada kondisi tertentu. Untuk rute pelayaran dengan waktu yang lama (jauh) memerlukan air bersih yang banyak. Hal ini berarti bahwa ukuran tangki air bersih menjadi sangat besar sehingga penggunaan ruangan di kapal menjadi kurang efesien. Demikian juga biaya penyediaan air bersih juga menjadi lebih besar. Untuk menghemat ruang dalam kapal dengan ukuran tangki air bersih, maka air bersih sebaiknya tidak hanya disediakan di pelabuhan, tetapi air bersih juga disediakan melalui teknologi desalinasi air laut menjadi air tawar. Selain destilasi teknologi desalinasi yang lain adalah teknologi Reverse Osmosis (RO) Pemanfaatan tenaga surya dengan menggunakan panel surya sebagai sumber energi teknologi Reverse Osmosis juga sebagai strategi penghematan energi yang ramah lingkungan dan berdampak pada efisiensi biaya penyediaan air bersih. Sistem ini banyak digunakan pada industri pembangkit seperti PLTU dan masih jarang digunakan di kapal. Dengan adanya perubahan perancangan instalasi sistem air tawar dengan menggunakan sistem konvesional ke perancangan sistem air tawar dengan penambahan sistem Reverse Osmosis (RO) menggunakan tenaga surya sebagai suplai daya, maka akan berakibat pula pada perubahan sistem perpipaan dan kelistrikannya. Perubahan perubahan yang dilakukan tersebut nantinya dikaji lebih lanjut secara teknis dan ekonomis. 1.2 Perumusan Masalah Perumusan masalah dalam penelitian ini adalah: 1. Bagaimana perencanaan sistem Reverse Osmosis (RO) bekerja pada sistem air tawar untuk kapal Ro-Pax. 2. Bagaimana perencanaan panel surya sebagai suplai daya sistem Reverse Osmosis (RO) pada sistem air tawar untuk kapal Ro-Pax. 3. Bagaimana perbandingan secara tekno ekonomi antara sistem air tawar konvesional dengan sistem Reverse Osmosis (RO) menggunakan panel surya sebagai suplai daya pada sistem air tawar untuk kapal Ro-Pax. 1.3 Batasan Masalah Batasan permasalahan yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah : 1. Analisa teknis hanya difokuskan pada bagian perencanaan layout desain perpipaan dan kelistrikan 2. Tidak menghitung wiring diagram 3. Tidak menghitung load faktor 1.4 Tujuan Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Mendapatkan perencanaan sistem Reverse Osmosis (RO) bekerja pada sistem air tawar untuk kapal Ro-Pax. 2. Mendapatkan perencanaan panel surya sebagai suplai daya sistem Reverse Osmosis (RO) pada sistem air tawar untuk kapal Ro-Pax. 3. Mendapatkan perbandingan secara tekno ekonomi antara sistem air tawar konvesional dengan sistem Reverse Osmosis (RO) menggunakan panel surya sebagai suplai daya pada sistem air tawar untuk kapal Ro-Pax. 1.5 Manfaat Manfaat yang dapat diperoleh dari Tugas Akhir dalam penelitian ini adalah : 1. Memberikan masukan untuk pihak yang berkaitan dalam mendesain perancangan sistem air tawar di kapal dengan sistem Reverse Osmosis (RO). 2. Mengetahui kelebihan dan kekurangan dari segi teknis dan ekonomis dalam perancangan sistem air tawar dengan menggunakan panel surya sebagai suplai daya sistem Reverse Osmosis (RO) pada kapal Ro-Pax. 20 21 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Kebutuhan Air Tawar Kapal Penyediaan kebutuhan air bersih di Indonesia saat ini masih minim. Di kota-kota besar pelayanan penyediaan air bersih baru mencapai 64,3 persen, sedangkan di pedesaan juga baru sebesar 69,4 persen. Ini membuktikan terjadinya krisis air bersih di Indonesia. Kekurangan air telah berdampak negatif terhadap semua sektor termasuk kesehatan.Tanpa akses air minum yang higienis mengakibatkan 3.800 anak meninggal tiap hari oleh penyakit. Begitu peliknya masalah ini sehingga para ahli berpendapat bahwa suatu saat nanti akan terjadi “pertarungan” untuk memperebutkan air bersih ini. Sama halnya dengan pertarungan untuk memperebutkan sumber energi minyak dan gas bumi. Di Indonesia sendiri, dengan jumlah penduduk mencapai 200 juta, kebutuhan air bersih menjadi semakin mendesak. Kecenderungan konsumsi air diperkirakan terus naik hingga 15-35 persen per kapita per tahun. Sedangkan ketersediaan air bersih cenderung melambat (berkurang) akibat kerusakan alam dan pencemaran. Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) pada 2012 mencatat, Indonesia menduduki peringkat terburuk dalam pelayanan ketersediaan air bersih dan layak konsumsi se-Asia Tenggara. Hingga saat ini, baru 29 persen masyarakat Indonesia yang dapat mengakses air bersih melalui perpipaan, jauh di bawah target pemerintah hingga 2019, yaitu sebesar 60 persen (Sumber : https://beritagar.id/artikel/berita). Berdasarkan fakta di atas secara tidak langsung kondisi air bersih di indonesia juga berdampak terhadap bidang perkapalan khususnya mengenai kebutuhan air bersih di kapal,yang mana air bersih di kapal digunakan untuk makan, minum, mandi, cuci para ABK, pendinginan mesin dan kebutuhan lainnya di kapal. Maka dari itu sangat diperlukan teknologi pengolahan air bersih sehingga akan membantu dalam persediaan air bersih di kapal. Desalinasi merupakan merupakan cara lama untuk mendatangkan air dalam skala besar namun untuk memperbaiki cara desalinasi konvensional diperlukan cara khusus dan modern, tidak hanya itu juga cara tersebut harus murah dan tahan lama. 2.2 Sistem Instalasi Air Tawar Sistem air tawar (fresh water system) merupakan salah satu sistem di kapal yang berfungsi untuk memenuhi semua kebutuhan air tawar di kapal yang mana air tawar dikapal digunakan untuk makan, minum, mandi, cuci para ABK dan penumpang, pendinginan mesin dan kebutuhan lainnya di kapal. Air yang digunakan adalah air yang baik, bersih dan menyehatkan sehingga peningkatan kualitas air sangat penting di kapal. Gambar 2.1 Diagram Sistem Air Tawar (Sumber: digilib.its.ac.id/ITS paper) Keterangan : 1. Tangki persediaan 2. Pipa pengisian 3. Vent pipe 4. Sounding pipe 5. Pompa tangan 6. Pompa centrifugal 7. Tangki dinas 8. Pipa pengisap 9. Pipa pembagi 10. Tempat penggunaan 11. Heating coil 12. Pipa udara 13. Over flow pipa 14. Katup test 15. Selang (hose) 16. Pipa utama Tangki persediaan (1) dilengkapi dengan sounding pipe (4) dan vent pipe (3) dan diisi melalui pipa pengisian (2) yang menembus geladak. Melalui lubang pemasukan (8), pompa tangan (5) atau pompa centrifugal (6), air minum dialirkan ke tangki dinas (7) yang melengkapi dengan pipa udara (12) dan heating coil (11). Dari tangki dinas (7) air dialirkan melalui pipa utama (16) ke tempat-tempat penggunaan (10). Tangki dinas (7) mempunyai overflow pipe (13) dengan sebuah katup test (14) untuk mengembalikan kelebihan air kembali ke tangki persediaan (1). Hubungan dengan overflow pipa pada cabang pipa dengan test valve (14) yang menuju ke ruangan di mana pompa-pompa dipasang. Sistem ini dapat diisi di pelabuhan melalui selang (hose) (15). 2.3 Sistem Instalasi Air Laut Cara kerja otomatis dari sistem air laut dapat dicapai dengan mempergunakan tangki-tangki pneumatik (hydrophore tank). Sebuah diagram dari sistem itu dapat dilihat pada Gambar 2.2 berikut. 22 23 Gambar 2.2 Diagram Sistem Air Laut (Sumber: digilib.its.ac.id/ITS paper) Keterangan: 1. Pompa tangan 2. Pompa centrifugal 3. Tangan pneumatic 4. Udara 5. Pressure relay 6. Aliran listrik 7. Mesin listrik 8. Pipa pembagi 9. Tempat penggunaan 10. Pipa pemasukan udara 11. Stop valve 12. Katup 13. Non return valve 14. Katup pengeringan 15. Disconnecting valve 16. Disconnecting valve Air dimasukkan dengan pompa (1) yang digerakkan oleh motor (7) melalui katup (12) dan non return valve (13) masuk ke dalam tangki pneumatik (3). Pada waktu permukaan air di dalam tangki naik, tekanan udara di dalamnya juga akan naik, dan sebuah bantalan udara akan terbentuk. Pada suatu tekanan yang tertentu yang diberikan oleh bantalan udara, pressure relay (5) akan mematikan mesin listrik (7) sehingga menghentikan pemasukan air ke dalam tangki. Kemudian oleh aksi dari tekanan di dalam 3 bantalan udara, air dialirkan melalui pipa (8) ke tempat-tempat penggunaannya (9). Bilamana air dipergunakan didalam tangki turun, dan bilamana tekanan mencapai suatu harga yang tertentu, pressure relay (5) menjalankan motor listrik (7) lagi, melalui aliran listrik (6) dan pompa (2) mulai memasukkan air lagi ke dalam pneumatik tank. Pompa centrifugal dapat dipisahkan dari sistem ini dengan ketentuan disconnecting valve (katup-katup yang dapat memisahkan bagian-bagian) (15). Tangki diperlengkapi dengan disconnecting valve (16) dan katup pengeringan (14), dan diganti dengan udara melalui pipa (10) dan katup penutup (stop valve) (11). 2.4 Desalinasi Desalinasi proses yang menghilangkan kadar garam berlebih dalam air untuk mendapatkan air yang dapat dikonsumsi binatang, tanaman dan manusia. Seringkali proses ini juga menghasilkan garam dapur sebagai hasil sampingan. Beberapa metode desalinasi air laut diteliti dan dikembangkan untuk memperoleh air tawar dari air laut yang asin karena mengandung garam. Membuang garam-garam yang terlarut dari dalam air disebut desalinasi. Dewasa ini desalinasi merupakan salah satu masalah yang mendesak untuk mendapat perhatian. Pertambahan penduduk, industri dan irigasi harus diimbangi tersedianya air tawar yang cukup. Desalinasi dapat dilakukan dengan penyulingan, pembekuan, osmosis balik (Reverse Osmosis), elektrodialisis dan pertukaran ion. 2.5 Prinsip Dasar Reverse Osmosis Reverse osmosis (Osmosis terbalik) atau RO adalah suatu metode penyaringan yang dapat menyaring berbagai molekul besar dan ion-ion dari suatu larutan dengan cara memberi tekanan pada larutan ketika larutan itu berada di salah satu sisi membran seleksi (lapisan penyaring). Proses tersebut menjadikan zat terlarut terendap di lapisan yang dialiri tekanan sehingga zat pelarut murni bisa mengalir ke lapisan berikutnya. Membran seleksi itu harus bersifat selektif atau bisa memilah yang artinya bisa dilewati zat pelarutnya (atau bagian lebih kecil dari larutan) tetapi tidak bisa dilewati zat terlarut seperti molekul berukuran besar dan ion-ion. Osmosis adalah sebuah fenomena alam yang terjadi dalam sel makhluk hidup dimana molekul pelarut (biasanya air) akan mengalir dari daerah berkonsentrasi rendah ke daerah Berkonsentrasi tinggi melalui sebuah membran semipermeabel. Membran semipermeabel ini menunjuk ke membran sel atau membran apa pun yang memiliki struktur yang mirip atau bagian dari membran sel. Gerakan dari pelarut berlanjut sampai sebuah konsentrasi yang seimbang tercapai di kedua sisi membran. Prinsip dasar reverse osmosis apabila duah buah larutan dengan konsentrasi encer dan konsentrasi pekat dipisahkan oleh membran semipermeable, maka larutan dengan konsentrasi yang encer akan terdifusi melalui membran semipermeable tersebut masuk ke dalam larutan yang pekat sampai terjadi kesetimbangan konsentrasi. Fenomena tersebut dikenal sebagai proses osmosis. Gambar 2.3 Prinsip dasar proses Reverse Osmosis (Sumber: digilib.its.ac.id/ITS paper) Daya penggerak (driving force) yang menyebabkan terjadinya aliran /difusi air tawar ke dalam air asin melalui membran semi permeable tersebut dinamakan tekanan osmosis. Besarnya tekanan osmosis tersebut tergantung dari karakteristik membran, temperatur air, dan konsentrasi garam yang terlarut dalam air. Tekanan osmotik normal air laut yang mengandung TDS 35.000 ppm dan suhu 25ºC adalah kira-kira 26,7 kg/cm², dan untuk air laut di daerah timur tengah atau laut merah yang mengandung TDS 42.000 ppm,dan suhu 30ºC, tekanan osmotik adalah 32,7 kg/cm². Apabila tekanan 24 25 kerja lebih besar dari tekanan osmotiknya,maka aliran air tawar akan berbalik yakni dari air asin ke air tawar melalui membran semi permeable (Reverse Osmosis). Tekanan osmosis dari suatu larutan dapat dinyatakan dalam persamaan : л = 1,12 (t + 273) ∑mi Dimana : л = tekanan osmosis (Psi) t = suhu (ºC) ∑mi = jumlah molalitas kandungan ionik/nonionik 2.6 Proses Desalinasi dengan Reverse Osmosis Di dalam proses desalinasi air laut dengan sistem Reverse Osmosis (RO), tidak memungkinkan untuk memisahkan seluruh garamdari air lautnya, karena akan membutuhkan tekanan yang sangat tinggi sekali. Oleh karena itupada kenyataannya, untuk menghasilkan air tawar maka air asin atau air laut di pompa dengan tekanan tinggi ke dalam suatu modul membran osmosis balik yang mempunyai dua buah outlet yakni outlet untuk air tawar yang dihasilkan dan outlet untuk air garam yang telah dipekatkan (reject water). Laju pemisahan garam dapat dilihat pada persamaan : S = {(Cf – Cp)}x 100 Dimana Cp = konsentrasi garam air olahan (mg/liter) Cf = konsentrasi garam air baku (mg/liter ) Laju produksi dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan : Dimana : Qp = Debit air olahan (liter/jam) Qf = Debit air baku (liter/jam) Didalam prakteknya,proses pengolahan air laut dengan Sistem RO terdiri dari 4 proses utama, yaitu (1) pretreatment, (2) pressurization, (3) membrane separation, (4) post treatment Stabilization. Pada gambar 2.4. akan dijelaskan mengenai proses utama yang terdapat pada sistem Reverse Osmosis (RO). Gambar 2.4 Proses utama Reverse Osmosis (Sumber: digilib.its.ac.id/ITS paper) Proses desalinasi dengan Reverse Osmosis: Pretreatment : Air umpan (air laut) pada tahap pretreatment disesuaikan dengan membran dengan cara memisahkan padatan tersuspensi, menyesuaikan pH, dan menambahkan inhibitor untuk mengontrol scaling yang dapat disebabkan oleh senyawa tetentu, seperti kalsium sulfat. Pressurization: Pompa akan meningkatkan tekanan dari umpan yang sudah melalui proses pretreatment hingga tekanan operasi yang sesuai dengan membran dan salinitas air umpan. Separation: Membran permeable akan menghalangi aliran garam terlarut, sementara membran akan memperbolehkan air produk terdesalinasi melewatinya. Efek permeabilitas membran ini akan menyebabkan terdapatnya dua aliran, yaitu aliran produk air bersih, dan aliran brine terkonsentrasi. Karena tidak ada membran yang sempurna pada proses pemisahan ini, sedikit garam dapat mengalir melewati membran dan tersisa pada air produk. Membran RO memiliki berbaga jenis konfigurasi, antara lain spiral wound dan hollow fine fiber membranes. Stabilization: Air produk hasil pemisahan dengan membran biasanya membutuhkan penyesuaian pH sebelum dialirkan ke sistem distribusi untuk dapat digunakan sebagai air minum. Produk mengalir melalui kolom aerasi dimana pH akan ditingkatkan dari sekitar 5 hingga mendekati 7. 2.7 Pembangkit Listrik Tenaga Matahari Energi matahari merupakan salah satu sumber energi alternatif pengganti bahan bakar minyak (BBM). Tak hanya itu saja, energi matahari juga merupakan sumber energi terbarukan yang tidak akan habis meski digunakan secara terus menerus oleh manusia. Berbeda dengan bahan bakar minyak yang dapat semakin menipis ketika digunakan secara terus menerus. Hal ini dikarenakan bahan bakar minyak berasal dari fosil jutaan tahun lalu. Berbeda dengan energi surya yang memerlukan sinar matahari. Pembangkit listrik tenaga matahari adalah pembangkit listrik yang mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Pembangkitan listrik bisa dilakukan dengan dua cara, yaitu secara langsung menggunakan fotovoltaik dan secara tidak langsung dengan pemusatan energi surya. Fotovoltaik mengubah secara langsung energi cahaya menjadi listrik menggunakan efek fotoelektrik. Pemusatan energi surya menggunakan sistem lensa atau cermin dikombinasikan dengan sistem pelacak untuk memfokuskan energi matahari ke satu titik untuk menggerakan mesin kalor. 2.7.1 Solar Panel Panel surya adalah perangkat rakitan sel-sel fotovoltaik yang mengkonversi sinar matahari menjadi listrik. Ketika memproduksi panel surya, produsen harus memastikan bahwa sel-sel surya saling terhubung secara elektrik antara satu dengan yang lain pada sistem tersebut. Sel surya juga perlu dilindungi dari kelembaban dan kerusakan mekanis karena hal ini dapat merusak efisiensi panel surya secara signifikan, dan menurunkan masa pakai dari yang diharapkan. Panel surya biasanya memiliki umur 20+ tahun yang biasanya dalam jangka waktu tersebut pemilik panel surya tidak akan mengalami penurunan efisiensi yang signifikan. Namun, meskipun dengan kemajuan teknologi mutahir, sebagian besar panel surya komersial saat ini hanya mencapai efisiensi 15% dan hal ini tentunya merupakan salah satu alasan utama mengapa industri energi surya masih tidak dapat bersaing dengan bahan bakar fosil. Panel surya komersial sangat jarang yang melampaui 26 27 efisiensi 20%. Karena peralatan rumah saat ini berjalan di alternating current (AC), panel surya harus memiliki power inverter yang mengubah arus direct current (DC) dari sel surya menjadi alternating current (AC). Posisi ideal panel surya adalah menghadap langsung ke sinar matahari (untuk memastikan efisiensi maksimum). Panel surya modern memiliki perlindungan overheating yang baik dalam bentuk semen konduktif termal. Perlindungan overheating penting dikarenakan panel surya mengkonversi kurang dari 20% dari energi surya yang ada menjadi listrik, sementara sisanya akan terbuang sebagai panas, dan tanpa perlindungan yang memadai kejadian overheating dapat menurunkan efisiensi panel surya secara signifikan. Panel surya sangat mudah dalam hal pemeliharaan karena tidak ada bagian yang bergerak. Satu-satunya hal yang harus dikhawatirkan adalah memastikan untuk menyingkirkan segala hal yang dapat menghalangi sinar matahari ke panel surya tersebut. Gambar 2.5 Sistem photovoltaic reverse osmosis sederhana (Sumber: www.deswater.com/paper mit) Proses pemurnian air laut menjadi air tawar menggunakan sistem reverse osmosis dengan suplai daya dari rangkaian solar panel sebagai suplai daya. Sistem sederhana dari photovaltaic reverse osmosis diawali dari susunan dari panel surya yang dirangkai menjadi satu kesatuan menjadi sumber energi berupa listrik yang kemudian disalurkan pada pompa air laut dan pompa bertekanan tinggi yang di kontrol oleh control electronic untuk mengatur tercukupnya suplai daya dari solar panel ke pompa bertekanan tinggi. Ini penting di karenakan air laut yang di pompa dari pompa air laut menuju pompa bertekanan tinggi harus sesuai dengan batas minimum tekanan air agar ketika di alirkan menuju membran reverse osmosis garam dan kandungan kontaminan tersaring dan air yang keluar melewati membran reverse osmosis adalah air yang berkualitas dan layak untuk di konsumsi. “Halaman ini Sengaja dikosongkan” 28 29 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Umum Metodologi tugas akhir merupakan urutan sistematis tahapan pengerjaan tugas akhir yang dilakukan sejak dimulainya pengerjaan hingga akhir. Penulisan tugas akhir ini bersifat penelitian sehingga dibutuhkan data-data riil untuk mendukung pelaksanaan penelitian. Metodologi yang digunakan penulis dalam melakukan penelitian ini secara umum dimulai dengan identifikasi permasalahan, penentuan kapal yang akan digunakan sebagai objek penelitian, studi literatur, pengumpulan data, perencanaan desain sistem air tawar dengan reverse osmosis perencanaan desai sistem panel surya, analisis teknis dan ekonomis, membandingkan dengan sistem konvensional, evaluasi, analisis pembahasan, dan diakhiri kesimpulan dan saran. 3.2 Identifikasi dan Perumusan masalah Merupakan tahapan awal yang dilakukan dalam melakukan penelitian sehingga diketahui masalah apa yang akan diangkat. Dalam penulisan tugas akhir ini permasalahan yang diambil adalah sistem air tawar (fresh water system) kapal KM. SABUK NUSANTARA 56 yang menggunakan sistem reverse osmosis lalu di suplai daya dengan panel surya dengan fokusan masalah pada efisensi dan biaya yang dikeluarkan untuk memenuhi keperluan operasional kapal. 3.3 Studi Literatur Pada tahapan ini dilakukan pembelajaran terhadap teori-teori yang mendukung penelitian dan akan dibahas dalam penulisan tugas akhir. Teori yang dimaksud terkait sistem air tawar di kapal, sistem air laut, reverse osmosis, sistem photovaltaic pada kapal. Sumber yang digunakan sebagai acuan dapat berasal dari buku, jurnal, paper dan Internet. 3.4 Pengumpulan Data Pengumpulan data bertujuan untuk mendapatkan informasi terkait permasalahan yang akan dibahas dalam penulisan tugas akhir ini sehinga dibutuhkan studi lapangan dalama pengumpulan data. Adapun jenis data yang akan dikumpulkan pada tahap ini antara lain : Data GA KM. SABUK NUSANTARA 56 Data layout fresh water system Data spesifikasi peralatan fresh water system 3.5 Analisis Teknis Pada tahapan ini akan dibahas tentang analisis secara teknis sistem air tawar menggunakan panel surya sebagai suplai daya sistem reverse osmosis dan operasionalnya, adapun yang akan dianalisis adalah: 1. Layout 2. Komponen 3. Kebutuhan dan transmisi daya 4. Lokasi 3.6 Analisa Ekonomis Pada tahapan ini dilakukan perhitungan biaya investasi dan operasional panel surya sistem reverse osmosis pada sistem air tawar kapal KM. SABUK NUSANTARA 56. Sehingga diketahui perkiraan biaya instalasi pada kapal. Adapun biaya-biaya yang akan dihitunga adalah: 1. Biaya peralatan 2. Biaya operasional 3. Biaya pemeliharaan 3.7 Analisis dan Pembahasan Untuk mengetahui keuntungan dan kerugian penggunaan panel surya sebagai suplai daya sistem reverse osmosis pada sistem air tawar kapal KM. SABUK NUSANTARA 56. 3.8 Kesimpulan dan Saran Setelah dilakukan proses analisis dan pembahasan, selanjutnya menarik kesimpulan dari hasil penelitian. Kesimpulan berdasarkan dari hasil analisis data dan pembahasan yang telah dilakukan. Selanjutnya adalah memberikan saran-saran yang diberikan sebagai masukan dan bahan pertimbangan pihak yang berkaitan untuk melakukan analisis lebih lanjut. 30 31 3.9 Diagram Alir Diagram alir penelitian ini merupakan langkah-langkah yang dilakukan dalam penyusunan tugas akhir ini secara berurutan. Langkah-langkahnya adalah : Gambar 3.1 Diagram Alir Metodologi “Halaman ini Sengaja dikosongkan” 32 33 BAB IV ANALISIS PEMBAHASAN 4.1 Data Perencanaan Pada tugas akhir ini membahas tentang sistem pemenuhan kebutuhan air tawar dengan membandingkan dua sistem yaitu menggunakan sistem reverse osmosis dengan sistem konvensional suplai dari pelabuhan. Dalam membandingkan kedua sistem menggunakan objek penelitian kapal KM. SABUK NUSANTARA 56 terlihat pada gambar 4.1 milik Kementerian Perhubungan Direktorat Jenderal Perhubungan Laut yang dibangun di PT. Adiluhung Saranasegara Indonesia dengan dimensi utama sebagai berikut : Name of Ship : KM. SABUK NUSANTARA 56 Owner : Kementerian Perhubungan Direktorat Jendral Perhubungan Laut Type of Ship : Ro-pax (Perintis) Shipyard : PT. Adiluhung Saranasegara Indonesia Leght O.A : 58.50 m Leght B.P : 52.30 m Beam Mld : 12.00 m Depth Mld : 4.50 m Draft : 2.90 m Vs : 12 knot Main Engine : 2 x 829 HP Crew : 21 Person Max.Passengger : 285 Person Gambar 4.1 KM SABUK NUSANTARA 56 4.1.1 Perhitungan Kebutuhan Air Bersih KAPAL KM. SABUK NUSANTARA 56 Pada kapal KM. SABUK NUSANTARA 56 menggunakan main engine berjumlah 2 set dengan spesifikasi yang sama. Adapun spesifikasinya main engine tersebut adalah sebagai berikut : Name of Product : YANMAR Type : 6AYM-ETE M Max Power : 610 kW (829 HP) Number of Cylinder : 6 in-line Bore x Stroke (mm) : 155 x 180 Rpm : 1900 SFOC : 150 g/kWH Dari data-data main engine tersebut akan dihasilkan perhitungan jarak pelayaran kapal KM. SABUK NUSANTARA 56 dengan formula perhitungan sebagai berikut : .................................................................................................(1) W FO = 133,5 ....................................................(2) S = 2477,49 mil laut Waktu pelayaran : S = V x T ...............................................................................................(3) = 206,46 jam = 8,6 hari aka kapal KM.SABUK NUSANTARA 56 tersebut beroperasi selama kurang lebih 9 hari. Diketahui kapasitas tangki fresh water dari data kapal KM.SABUK NUSANTARA 56 adalah 140 m3 maka sebanding dengan 140.000 liter. Pengoperasian kapal KM. SABUK NUSANTARA kurang lebih 9 hari, maka dalam satu hari pengoperasian membutuhkan air tawar 15.556 liter perhari. 4.1.2 Desain Sistem Air Tawar Pada Kapal KM. SABUK NUSANTARA 56 Pada umumnya persediaan air bersih tersebut dilakukan di pelabuhan yaitu dengan cara melakukan pengisian air bersih pada tangki air tawar. Dari tangki air tawar (FW Tank) air bersih didistribusikan ke masing-masing geladak dengan menggunakan tangki bertekanan (hydrophore) yang dilengkapi dengan pompa air tawar (FW Pump). 34 35 Gambar 4.2 Sistem air tawar secara konvensional pada kapal KM. SABUK NUSANTARA 56 Pada gambar 4.2 layout desain sistem air tawar kapal KM. SABUK NUSANTARA 56 dimana pada gambar terlihat aliran distribusi air tawar yang di suplai dari pelabuhan yang nantinya di ditribusikan pada tempat-tempat yang membutuhkan melalui hydropore. 4.1.3 Desain Sistem Air Tawar Dengan Sistem Reverse Osmosis Pada Kapal KM. SABUK NUSANTARA 56 Sistem air tawar (fresh water system) dengan sistem Reverse Osmosis merupakan sistem air tawar yang sudah dilengkapi dengan sistem desalinasi untuk mengubah air laut (salt water) menjadi air tawar (fresh water). Pada kapal KM. SABUK NUSANTARA 56 sistem desalinasi yang direncanakan adalah dengan menggunakan teknologi Reverse Osmosis. Cara kerja sistem ini adalah memindahkan air melalui satu tahap ke tahap berikutnya yakni bagian yang lebih encer ke bagian yang lebih pekat. Sistem ini mampu menyaring 99% bakteri dan partikel dengan diameter 0.0001 µm, sehingga menghasilkan air tawar yang baik layak konsumsi. Untuk mendesain sistem Reverse Osmosis diperlukan tiga tahapan antara lain sebagai berikut : Analisa kualitas air baku Pemilihan spesifikasi komponen yang digunakan. Pemilihan spesifikasi peralatan didasarkan pada kualitas air baku dan kapasitas yang dibutuhkan. Desain dan rencana sistem Reverse Osmosis. Desain atau rancangan unit pengolahan air disajikan kedalam gambar desain untuk memudahkan dalam pengerjaan. 4.2 Analisa Kualitas Air Baku Indeks kualitas air baku didasarkan pada parameter-parameter kandungan air laut, dari data laboratorium teknik penyehatan dihasilkan data sebagai berikut : TDS 35.000 ppm pada suhu 25 ºC TDS 42.000 ppm pada suhu 30 ºC NaCl sebesar 20 gr/l Densitas garam 1,5 gr/l Data tersebut sebagai acuan dalam menentukan tekanan osmosis yang diperlukan. Perhitungan tekanan osmosis sebagai berikut : .........................................................(4) Volume pelarut =1000 ml–13,3 ml = 9986,67 ml = 0.9987 l Tekanan osmosis (π) = 1,12 (t + 273) Σ mi..........................................................(5) = 1,12 (25+273){20 gr : [(23+35,5)/0,9987]} = 113,95 Psi (7,97 bar) Perhitungan di atas memperlihatkan besarnya tekanan osmosis untuk air asin (air baku) yang mengandung 20 gr NaCl adalah sebesar 113,95 Psi, sehingga diperlukan tekanan yang lebih besar dari 113,95 Psi untuk dapat menyaring molekul garam oleh membran. 36 37 4.3 Pemilihan Spesifikasi Komponen Reverse Osmosis Komponen-komponen sistem Reverse Osmosis yang akan digunakan di kapal KM.SABUK NUSANTARA 56 terdiri dari 3 macam komponen utama antara lain : Unit pengolahan tingkat awal Unit Reverse Osmosis Unit suplai daya (sumber tenaga) Unit pengolahan awal digunakan untuk mengolah air laut sebelum diproses di dalam unit Reverse Osmosis. Air laut yang dekat dengan pantai masih mengandung partikel padatan tersuspensi, mineral plankton dan lainnya, maka air baku tersebut perlu dilakukan pengolahan pendahuluan. Unit pengolahan pendahuluan yang akan digunakan pada sistem Reverse Osmosis kapal KM. SABUK NUSANTARA 56 terdiri dari beberapa peralatan utama antara lain : 1. Pompa Clarifier Pompa clarifier digunakan untuk memompa air laut menuju tangki air baku. Pompa ini direncanakan menggunakan pompa air laut (seawater pump) yang sudah ada di kapal KM. SABUK NUNTARA 56. Spesifikasi dari pompa clarifier tersebut adalah : Jenis Pompa : Centrifugal Pump (Self Priming) Kapasitas : 3 m3/h Tekanan : 1,6 Mpa 2. Tangki Air Baku Tangki penampungan air baku berfungsi untuk menampung air laut yang akan diolah dengan sistem Reverse Osmosis. Tangki yang akan digunakan adalah tangki air laut bertekanan (SW pressuretank/hydrophore) yang telah terpasang di kapal KM.SABUK NUSANTARA 56. Spesifikasi tangki air baku tersebut adalah : Jenis : Seawater pressure tank Kapasitas : 3 m3/h Tekanan : 1,6 Mpa 3. Pompa Dosing KMnO4 Berfungsi untuk menginjeksikan larutan Kalium Permanganat (KMnO4) untuk mengoksidasi zat besi atau mangan yang ada di dalam air baku. Spesifikasi pompa dosing tersebut adalah : Model/Type : Chemtech series 100/X003 Tekanan : 7 bar Kapasitas : 4,72 LPH Pump Head : PVC Diaphragm : Hypalon Number : 3 unit 4. Tangki KMnO4 Berfungsi untuk menampung larutan kalium permanganate (KMnO4). Larutan ini berfungsi sebagai zat oksidator untuk menurunkan kandungan bahan organik dan soda ash yang digunakan untuk menaikkan pH kearah netral. Penggunaan kalium permanganate dimaksudkan untuk membunuh bakteri-bakteri patogen, sehingga tidak menimbulkan masalah penyumbaan di sistem penyaringan berikutnya karena terjadinya proses biologi (terbentuknya kerak, lumut dll). Spesifikasi tangki KmnO4 tersebut adalah : Model : BT 5040 Volume : 50 liter Dimensi : Ø 50 cm x 40 cm Material : FRP Number : 3 unit 5. Tangki Reaktor Berfungsi untuk mengakomodasikan terjadinya proses pencampuran antara air baku dan bahan-bahan kimia tertentu. Biasanya dipakai kalium permanganate atau klorin yang berfungsi sebagai zat oksidator untuk menurunkan kandungan bahan organik dan soda ash yang digunakan untuk menaikan pH kearah netral. Spesifikasi tangki reaktor tersebut adalah : Kapasitas : 0,5-1 m3/jam Dimensi : 63 cm x 120 cm Material : FRP Tekanan : 4 bar Number : 1 unit 6. Prefillter Filter 5 mikron digunakan sebagai filter untuk menghilangkan hampir semua partikel kecil tersuspensi dari air baku. Disarankan cartridge filter diganti secara teratur, tergantung dai kualitas air baku. Spesifikasi prefilter tersebut satu paket dengan unit Reverse Osmosis. 7. Active Carbon Filter Semua model Eliminator dilengkapi dengan backwash otomatis karbon aktif filter (ACF) yang dirancang untuk menghapus oksidator seperti klorin atau chloramines, mangan dan pengotor-pengotor organik lainnya dari air baku. Spesifikasi active carbon filter tersebut satu paket dengan unit Reverse Osmosis. 8. High Pressure Booster Pump Pompa ini berfungsi untuk memompa air baku dari tangki air baku menuju unit Reverse Osmosis. Pompa ini merupakan pompa tekanan tinggi sehingga mampu mendorong air baku menembus membran reverse osmosis yang mempunyai porositas yang sangat kecil. Dari perhitungan analisa kualitas air baku didapatkan tekanan osmosis untuk air asin (air baku) yang mengandung 20 gr NaCl adalah sebesar 113,95 Psi (7,97 bar),sehingga diperlukan tekanan yang lebih besar dari 113,95 Psi (7,97 bar) untuk dapat menyaring molekul garam oleh membran. Spesifikasi pompa air baku yang dipilih sebagai berikut : Type : Satu paket dengan unit Reverse Osmosis Daya : 3 HP (2,24 KW) Tekanan : 180 Psi (12,41 bar) Unit reverse osmosis sebagai komponen terpenting dari sistem pengolahan air secara keseluruhan terdiri dari selaput membran yang digulung secara spiral dengan 38 39 pelindung (vessel) yang tahan terhadap tekanan tinggi. Spesifikasi unit reverse osmosis yang dipilih sebagai berikut : Merk : Crane Environmental Type : Eliminator-VI Kapasitas : 360 GPH / 1363 LPH (32712 LPD) Air baku : <1000 ppm Average rejection membrane : 99% Power Supply : 380V/220V, 50Hz/60Hz, 1ph/3ph Pump/Motor : 3 HP (2,24 KW) Tekanan operasi : 180 Psi (12,41 bar) Dimensi (LxWxH) : 1168,4 x 812,8 x 1651 (mm) Berat : 363 kg Untuk menampung air olahan sebelum didistribusikan melalui kran pengisian. Tangki produk yang akan digunakan adalah tangki air tawar yang terletak di sisi kanan (starboard) dan kiri (portside) main deck kapal. Kedua tangki ini merupakan tangki tawar pada sistem konvensional yang ukuranya sudah diperkecil. Untuk menjaga stabilitas kapal maka kedua tangki ini didesain dengan ukuran dan volume yang sama. Perhitungan ukuran tangki air produk sebagai berikut : Kebutuhan air tawar selama berlayar Waktu operasional kapal Volume tangki air produk = 140.000 liter = 9 hari = Volume air yang dibutuhkan dalam satu hari pelayaran = 15556 liter = 15,556 m3 Volume tangki air produk = 15,6 m3 Dimensi : Panjang = 2,4 m Lebar =6 m Tinggi = 1,2 m Volume = 17,3 m2 Penentuan letak tangki produk ini berdasarkan letak tangki air tawar konvensional general arrangement KM. SABUK NUSANTARA 56 yang berada pada frame 22 – 41 direncanakan menjadi frame 39 – 41, untuk ruangan sisanya dijadikan sebagai void tank. Gambar 4.3 Letak Tangki Air Tawar Gambar tangki air tawar terlihat dari samping kanan yang berada pada frame 22 – 41 dengan pangjang tiap frame spacing 600 mm. Gambar 4.4 Letak Tangki Air Produk Gambar tangki air produk setelah di proses melalui sistem reverse osmosis terlihat dari pandangan samping, depan dan atas. Untuk memompa air olahan pada proses pengisian ke tempat-tempat yang membutuhkan menggugunakan pompa air tawar (fresh water pump) yang sudah ada di kapal KM. SABUK NUSANTARA 56. Spesifikasi dari pompa air produk tersebut adalah : Jenis Pompa : Centrifugal Pump Kapasitas : 3 m3/h Tekanan : 1,6 Mpa 40 41 Gambar 4.5 Skema Perencanaan sistem Reverse Osmosis Pada Kapal SABUK NUSANTARA 56 Gambar skema menunjukkan alur dari perencanaan sistem reverse osmosis untuk di hasil air produk yang siap di distribusikan ke tempat-tempat yang memerlukan. Gambar 4.5 Layout Sistem Air Tawar Dengan Reverse osmosis Air baku yang berasal dari air laut dipompa dengan menggunakan pompa clarifier/sea water pump menuju tangki penampung air baku/S.W pressure tank (R2). Dari tangki penampung air baku,air baku dipompa ke tangki reaktor (T2) sambil diinjeksi dengan larutan kalium permanganat (KMn04) yang disediakan pada KMn04 tank (T1) dengan menggunakan pompa dosing, agar zat besi atau mangan yang larut dalam air baku dapat dioksidasi menjadi bentuk senyawa oksida Besi atau Mangan yang tak larut dalam air. Selain itu,pembubuhan Kalium permanganate bersifat oksidator yang juga dapat berfungsi untuk membunuh mikroorganisme yang dapat menyebabkan biofouling (penyumbatan oleh bakteri) di dalam membrane Osmosis Balik. Dari tangki reaktor,air yang telah teroksidasi dan juga padatan tersuspensi (SS) yang berupa partikel halus,plankton dan hasil oksidasi lainnya termasuk besi dan mangan disaring dengan saringan pasir (F1). Air yang keluar dari saringan pasir selanjutnya dialirkan ke filter Mangan Zeolit(manganese greensand filter)(F2). Dengan adanya filter Mangan Zeolit ini, zat besi atau mangan yang belum teroksidasi di dalam tangki reaktor dapatdihilangkan sampai konsentrasi < 0,1 mg/l. ZatBesi dan mangan ini harus dihilangkan terlebih dahulu karena zat-zat tersebut dapat menimbulkan kerak (scale) di dalam membrane RO. Dari filter Mangan Zeolit, air dialirkan ke filter karbon aktif (activated carbon filter)(F3) untuk menghilangkan bau atau warna serta polutan mikro.Filter ini mempunyai fungsi untuk menghilangkan senyawa warna dalam air baku yang dapat mempercepat penyumbatan membran Osmosis Balik secara adsorbsi. Setelah melalui filter penghilang warna,air dialirkan ke filter cartridge (F4) yang dapat menyaring partikelkotoran sampai ukuran 0,5 mikron.Dari filter cartridge, selanjutnya air dialirkan ke unit membran RO (R3) dengan menggunakan pompa tekanan tinggi sambil diinjeksi dengan zat anti kerak (anti skalant) (T4) dan zat anti biofouling (T5).Pada unit membran RO ini terjadi prosespenyaringan mikroorganisme,logam berat, bakteri, virus, bahan anorganik dan bahan berbahaya lainnya yang terlarut dalam air. Dengan demikian hanya molekul air saja yang dapat menembus membrane sehingga dapat menghasilkan air yang sangat murni. Air yang keluar dari modulmembrane Osmosis Balik yakni air tawar dan airbuangan garam yang telah dipekatkan. Selanjutnya produk air tawar dialirkan ketangki penampung air produk (Aft. Fresh watertank) yang terletak di sisi kanan (starboard) dan sisi kiri (portside) main deck kapal.Sedangkan airbuangan atau reject brine dibuang mealui sistembilga.Dari tangki penampung air produk air tawardialirkan menuju FW pressure tank/hydrophoredengan menggunakan FW pump.Dari FW pressuretank air tawar kemudian didistribusikan ke masing-masing geladak untuk memenuhi semua kebutuhan air tawar pada kapal. 4.4 Pemilihan Spesifikasi Unit Suplai Daya Unit suplai daya untuk menjalankan seluruh unit Reverse Osmosis yang akan digunakan di kapal KM.SABUK NUSANTARA terdiri dari 2 macam komponen yang saling berkesinambungan antara lain : Unit panel surya Unit baterai Jumlah baterai sangat di pengaruhi dari konsumsi daya yang dibutuhkan unit reverse osmosis untuk mengubah air laut menjadi air tawar setiap harinya. Hal ini berkaitan dengan besar kecilnya kapasitas alat yang di inginkan dan waktu operasional 42 43 baterai. Adapun perincian konsumsi daya yang dibutuhkan sistem reverse osmosis dapat di lihat dari tabel 1sebagai berikut : Tabel 1 Perincian Konsumsi Daya Sistem Reverse Osmosis Komponen Unit Daya Pompa clarifier *) 2 (SW pump) 0 kW Pompa dosing KmnO4 1 0,03 kW Pompa dosing anti scalant 1 0.03 kW Pompa dosing anti fouling 1 0.03 kW Unit RO : Pompa tekanan tinggi 1 2,24 kW Pompa air produk *) 2 (FW pump) 0 kW Daya total 2,33 kW Pompa clarifier dan pompa air produk menggunakan pompa sea water dan fresh water pada kapal KM. SABUK NUSANTARA 56 yang suplai dayanya dari generator utama kapal. Baterai difungsikan sebagai penyimpan energi listrik yang dihasilkan dari panel surya sebagai suplai daya pada sistem reverse osmosis. Pemilihan baterai didasarkan pada kebutuhan daya total yang diperlukan pada setiap harinya (Wh), tegangan baterai (V), dan Deep of Discharge (DOD) baterai 80%. Penentuan kapasitas baterai untuk menetukan spesifikasi terlebih dahulu menghitung AH total sebagai beikut : Kapasitas baterai = AH total = P total equipment / V battery = (23300) / 12 Volt = 1942 AH Dipilih tegangan 12 Volt karena total energi digunakan perharinya cukup besar, maka digunakan tegangan 12 Vol agar arusnya semakin kecil dan rugi-rugi bisa diminimalisir. Baterai yang digunakan merupakan baterai dalam, sehingga mempunyai DOD sebesar 80% atau 0,8 sehingga kapasitas baterai yang digunakan sebesar : CB = AH x d / DOD = 1942 x 1 / 0,8 = 2427,5 Baterai hanya digunakan 50% untuk memenuhi kebutuhan listrik karena baterai yang sering digunakan lebih dari 40% - 50% akan mengurangi lifetime. Jadi digunakan ukuran 500 AH 12 V sebanyak 10 unit. Maka dari itu baterai yang dipilih dengan spesifikasi sebagai berikut : Merk : Enerdrive Type : Lithium - Ion Voltage : 12 Volt Capacity of AH : 500 AH Dimensi (LxWxH) : 623 x 350 x 374 (mm) Berat : 75 kg Baterai yang diperlukan total 10 unit baterai dengan di rangkai paralel. Baterai diletakkan pada inner bottom dekat dengan unit reverse osmosis untuk memudahkan dalam instalasi dan perawatan. Dengan merancang beban yang akan digunakan, kita dapat menentukan spesifikasi panel surya yang digunakan. Kapasitas panel surya dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : Kapasitas panel = (Energi Total / Insolasi Matahari) x Energi Band Gap =(23300/10) x 1.1 = 2563 Dengan memperhitungkan rugi-rugi sistem yang sebesar 15% (Bien, Kasim dan Wibowo, 2008:41 dalam bukunya Mark Hankins, 1991: 68), maka besar kapasitas panel surya yang dibutuhkan dengan pertimbangan losses sistem adalah sebagai berikut: Kapasitas panel surya = Ppanel surya + (15% x Ppanel surya) = 2563 W + (15% x 2563 W) = 2947,45 W = 3000 W Dari perhitungan diatas kita dapat menentukan bahwa panel surya yang akan digunakan mempunyai spesifikasi panel 3000 WP, karena dipasaran tidak terdapat spesifikasi yang nilainya 3000 WP, maka digunakan panel surya dengan spesifikasi 275 WP sebanyak 11 buah. Merk : Enhance Photovoltaics Type : XP-260 Nominal Power : 275 Watt Short Circuit Current : 9,23 Ampere Dimensi (LxWxH) : 1640 x 992 x 40 (mm) Berat : 18,5 kg Number : 11 Unit Panel surya diletakkan di top deck pada frame 37 sampai dengan 43 dengan sudut 360º menghadap ke langit. Pada pelayaran di Indonesia efektifitas rata-rata waktu sinar matahari adalah 10 jam yaitu pukul 07.00 sampai dengan 17.00. Hal ini sebagai acuan operasional sistem Reverse Osmosis yaitu 10 jam tiap hari, maka jumlah daya yang diperlukan setiap harinya 23300 watt yang akan di suplai dengan panel surya sebanyak 9 unit dengan tiap unit dapat menghasilkan 2600 watt setiap 10 jamnya. Solar Charge Control mengatur overcharging (kelebihan pengisian karena voltase dari panel surya. Kelebihan voltase dan pengisian akan mengurangi umur baterai. Penentuan solar charge control dapat dilakukan dengan menghitung kapasitas solar charge control terlebih dahulu dengan formula sebagai berikut : Imaks = (Ppanelsurya / Vs).................................................................................................(6) Imaks = 3025 / x 12 V = 252 Ampere Keterangan : Imaks = Kapasitas Arus solar charge control (Ampere) Ppanelsurya= Total daya panel surya (Watt) Vs = Voltase baterai (Volt) Berdasarkan hasil perhitungan kapasitas total solar charge control yang diperlukan maka solar charge control sebaiknya nilai yamg lebih besar dari perhitungan dan di sesuaikan dengan stok yang ada dipasaran. Maka diperoleh solar charge control 100 Ampere sebanyak 3 unit dirangkai paralel, spesifikasi sebagai berikut : Merk : Blue Solar Charge Control Type : MPPT 150/100 Rated Charge Current : 100 Ampere Inverter digunakan unuk mengubah arus listrik searah (DC) dari baterai menjadi arus listrik bolak balik (AC) yang digunakan untuk mengoperasikan unit reverse osmosis. Inverter yang dipilih harus minimal mampu diberi input 3025 Watt serta harus 44 45 mampu memberikan ouput 2330 Watt. Berdasarkan aspek tersebut maka inverter yang dipilih dengan spesifikasi sebagai berikut : Merk : BlueSolar Grid Inverter Type : 2800 Nominal output (AC) : 2800 Watt Maximum input (DC) : 3160 Watt Dimensi (LxWxH) : 376 x 415 x 125 (mm) Berat : 14,8 kg MCB (Miniatur Circuit Breaker) digunakan sebagai pengaman penghantar dan peralatan listrik lainnya pada tegangan rendah. Berdasarkan output arus nominal dari inverter sebesar 12 Ampere, maka dapat dipilih jenis penghantar DPYC dengan ukuran 2,5 mm2 yang dapat mengalirkan arus 20 Ampere dengan rating MCB 20 Ampere. Gambar 4.6 Layout Sistem Suplai Daya Unit suplai daya reverse osmosis terdiri dari panel surya sebagai komponen awal dalam menghasilkan listrik dari panas sinar matahari. Panel surya diletakkan pada top deck frame 37 sampai dengan frame 43 dengan menghadap vertikal ke langit dengan sudut 360 derajat. Solar Charge Control mengatur listrik dari panel surya sehingga tidak overcharging. Baterai sebagai komponen penyimpan listrik dari panel surya yang nantinya menjadi suplai daya listrik sistem reverse osmosis.Inverter diperlukan untuk mengubah arus listrik searah (DC) dari baterai menjadi arus listrik bolak balik (AC) yang disesuaikan dengan kebutuhan sistem reverse osmosis.MCB difungsikan sebagai pengaman unit suplai daya. Komponen komponen tersebut, Solar Charge Control, baterai, inverter dan mcb diletakkan di Battery RO Room di navigation deck pada frame 49 sampai dengan 53. 4.5 Analisis Teknis Sistem Reverse Osmosis Pada Kapal KM.SABUK NUSANTARA 56 Perubahan pada sistem air tawar KM. SABUK NUSANTARA 56 dari sistem konvensional menjadi sistem menggunakan reverse osmosis dan panel surya memiliki beberapa konsekuensi teknis yang menjadi bagian yang tak terpisahkan dari penelitian. Beberapa konsekuensi tersebut meliputi aspek komponen, instalasi, lokasi dan operasinal. 4.5.1 Sistem Instalasi Semakin Kompleks Di dalam prakteknya, proses pengolahan air tawar dengan sistem reverse osmosis terdiri dari dua bagian yakni unit pengolahan pendahuluan dan unit reverse osmosis. Untuk menunjang pengoperasiannya sistem ini juga memerlukan banyak komponen tambahan seperti tangki-tangki cairan bahan kimia, saringan-saringan (filter), control suplai daya, kabel-kabel sehingga sistem instalasi perpipaannya dan kelistrikannya menjadi lebih kompleks dan panjang. Unit pengolahan pendahuluan tersebut terdiri dari beberapa peralatan utama yakni pompa air baku, tangki reaktor, saringan pasir, filter mangan zeolit dan filter penghilang warna dan filter catridge 0,5 µm serta pompa dosing untuk anti scalant dan anti biofouling. Sedangkan unit reverse osmosis terdiri dari pompa tekanan tinggi dan membran semipermeable. Suplai daya sistem reverse osmosis terdiri dari mulai panel surya, solar charge control, baterai, inverter dan mcb sebagai pengaman penghantar listriknya. 4.5.2 Memperkecil Ukuran Tangki Air Tawar Dari data yang di dapat volume tangki air tawar sistem konvensional KM. SABUK NUSANTARA 56 adalah 140 m3. Tangki ini dibagi menjadi dua bagian yang terletak di sisi kanan (starboard) dan sisi kiri (portside) bottom deck kapal masingmasing mempunyi volume 70 m3. Letak tangki berada pada frame 22 sampai frame 41. Ukuran tangki air tawar dengan sistem reverse osmosis didapatkan dari data sebagai berikut : Kebutuhan air tawar selama berlayar 140.000 liter. Waktu beroperasi kapal = 9 hari Volume (tangki air produk) = Volume air yang dibutuhkan dalam satu hari pelayaran. Volume air selama berlayar dibagi waktu operasi kapal. 140.000 liter dibagi 9 hari sama dengan 15.556 liter (15,56 m3). Letak tangki air tawar dengan sistem reverse osmosis sama dengan letak tangki air tawar konvensional dengan mengalami pengecilan volume dimana letak tangki berada pada frame 22 sampai frame 41 menjadi hanya frame 39 sampai frame 41 dengan panjang frame spacing 600 mm. Dari hasil perhitungan dapat dibandingkan bahwa ukuran tangki air tawar dari sistem konvensional dengan penmbaahan sistem reverse osmosis mempunyai ukuran tangki delapan kali lebih kecil dari ukuran tangki sistem konvensional. 4.5.3 Pembangunan Kapal Baru Mampu Memperbesar Payload Sebelum menghitung besarnya payload besarnya nilai DWT, LWT dan displacement harus diketahui. Hubungan antara DWT, LWT dan displacement adalah dapat dilihat pada perumusan sebagai berikut : 46 47 DWT = ∆ - LWT atau ∆ = DWT + LWT Dimana : DWT = Berat mati muatan kapal ∆ = Displacement kapal LWT = Berat komponen kapal yang bersifat tetap Komponen LWT meliputi sebagai berikut : Berat baja kapal (wst) Berat outfit dan akomodasi (woa) Berat instalasi permesinan Berat cadangan (wres) Dari data yang di dapatkan nilai DWT diketahui sebagai berikut : Bahan bakar : + 140 Ton Minyak pelumas : + 1 Ton Air Tawar : + 140 Ton Penumpang + bawaan : + 40 Ton Crew + bawaan : + 3 Ton Provisi : + 6 Ton Cargo : + 420 Ton ---------------------------------------------------------------- + Total DWT : + 750 Ton Payload kapal pada sistem air tawar konvensional sebesar 420 ton. Berat air tawar pada sistem kovensional sebesar 140 ton. Berat air tawar pada sistem air tawar dengan reverse osmosis sebesar 15,56 ton. Dari perhitungan tersebut dapat dibandingkan bahwa berat air tawar pada sistem air tawar dengan penambahan reverse osmosis delapan kali lebih ringan dari pada sistem air tawar konvensional. Berikut berat komponen sistem reverse osmosis : Tabel 2 Perincian Berat Komponen Sistem Reverse Osmosis Komponen Unit Berat Pompa clarifier *) 2 (SW pump) 0 kg Tangki air baku *) 1 (SW hydrophore) 0 kg Tangki KMnO4 1 50 kg Tangki reaktor 1 100 kg Tangki anti scalant 1 50 kg Tangki anti fouling 1 50 kg Pompa dosing bahan kimia 3 @2,6 kg 5,2 kg Catridge filter 2 @5kg 10 kg Unit Reverse Osmosis 1 363 kg Tangki air produk *) 2 (FW tank) 0 kg Perpipaan instalasi dan fiting 100 kg Panel surya 11 @18,5 kg 203,5 kg Baterai 10 @75 kg 750 kg Inverter 1 14,8 kg Instalasi kelistrikan 40 kg Berat total 1686,5 kg Berat komponen-komponen reverse osmosis tersebut termasuk berat instalasi permesinan (Wm) sehingga merupakan berat komponen yang bersifat tetap (LWT). Dengan demikian berat LWT dari sistem air tawar dengan penambahan sistem reverse osmosis bertambah + 1686,5 kg (1,6865 ton) dari sistem konvensional. Perhitungan payload sistem air tawar dengan reverse osmosis dapat di kalkulasikan sebagai berikut : Displacemen kapal pada sistem air tawar konvensional = ∆1 Displacemen kapal pada sistem air tawar dengan RO = ∆2 ∆1 = ∆2 DWT1 + LWT1 = DWT2 + LWT2 (Payload + Wt1) + LWT1 = (Payload + Wt2) + LWT2 (Payload + Wt1) + LWT1 = (Payload + Wt2) + LWT2 (420+Wt1 )+LWT1 = (Payload2+ (Wt1–124,44))+(LWT1+ 1,505) Payload2 = 420 + 124,44 – 1,687 Payload2 = 543 ton Dari perhitungan tersebut dapat diketahui bahwa pada pembangunan kapal baru nilai payload dari kapal jika pada sistem air tawar diberi penambahan sistem reverse osmosis lebih besar dibandingkan dengan nilai payload pada sistem pada sistem air tawar konvensioal. Selisih dari nilai payload tersebut adalah + 123 ton. 4.5.4 Konsumsi Daya Mandiri Kebutuhan daya listrik untuk mengoperasikan sistem reverse osmosis di kapal tidak memerlukan konsumsi daya dari generator kapal karena daya listrik yang dibutuhkan sudah di suplai dari panel surya dan baterai. Sehingga tidak menambah beban daya dan bahan bakar generator kapal. 4.5.5 Kualitas Air Olahan Sangat Baik dan Layak Konsumsi Membran semipermeble reverse osmosis mampu untuk menyaring keluar sampai 99% mineral anorganik yang masih terlarut dalam air yang sudah terlihat jernih. Meskipun membran reverse osmosis mempunyai kemampuan untuk menyaring zat-zat organik yang terkandung dalam air baku tetapi tidak semua zat organik tersebut tersaring oleh membran dan kualitas dari air olahannya masih memenuhi standar air besih sehingga mempunyai kualitas yang sangat baik dan dapat langsung di minum tanpa di masak. Kualitas dari hasil olahan air asin/payau dengan menggunakan sistem reverse osmosis akan ditunjukan pada tabel berikut ini Tabel 3 Kualitas Air Olahan Sistem Reverse Osmosis Air Standart Air Air Air Olahan Parameter Satuan Baku Bersih Pretreatment RO Warna TCU 111 50 14 10 TDS mg/l 4420 1500 4100 140 Zat Organik mg/l 59,57 10 11,4 3,48 (KmnO4) Klorida mg/l 2836,45 600 2770 61,06 48 49 4.6 Analisis Ekonomis Sistem Air Tawar (Fresh Water System) Pada Kapal KM.SABUK NUSANTARA 56 Perhitungan ekonomis dari sistem-sistem ini lebih banyak berdasarkan pada harga dari masing–masing komponen dan juga lamanya waktu beroperasi dari masing– masing komponen (lifetime). Untuk memudahkan analisis kelayakan ekonomi. Biaya– biaya tersebut nantinya akan dikelompokan menjadi beberapa komponen. Dimana semua biaya tersebut akan dikelompokan menjadi dua, yaitu biaya modal (capital cost) dan biaya jumlah lama operasi (annual cost). 4.6.1 Analisis Ekonomis Sistem Air Tawar Konvensional Komponen-komponen untuk menganalisis secara ekonomis sistem air tawar konvensional meliputi biaya modal, biaya operasional, waktu operasional dan harga air tawar. Perhitungan komponen-komponen sebagai berikut : Biaya modal Umur proyek 20 Tahun Biaya kemungkinan tak terduga 10 % Biaya Teknik 8 % Bunga 10 % Biaya modal dari sistem air tawar konvensional di anggap nol karena pada sistem ini belum diberi penambahan komponen-komponen reverse osmosis untuk proses desalinasi air laut menjadi air tawar. Biaya operasional Kebutuhan air tawar selama berlayar 140.000 liter. Waktu pelayaran 9 hari. Docking (annual survey) interval 1 tahun. Waktu rata-rata satu kali docking 2 minggu (14 hari). Diasumsikan kapal berhenti kerja (idle) 3 bulan per tahun. Waktu kapal beroperasi = 365 – waktu docking – idl. = 365 – 14 – 90 = 261 hari. Jadi jumlah pelayaran kapal (Trip) dalam setahun = 261/9 = 29 kali. Harga air tawar Rp 12.000 per meter kubik. Umur proyek 20 tahun. Diasumsikan harga air tawar naik 5 % setiap tahunnya Misal : Periode =n Biaya operasional =P Harga air tawar =Q Kebutuhan air tawar =x Biaya operasional untuk sistem air tawar konvensional sama dengan kebutuhan air tawar selama berlayar x harga air tawar. Pn = Qn.x Dimana x = 140 m3 Untuk n = 1 → Q1 = 12.000 n = 2 → Q2 = 5 % Q1 + Q1 n = 3 → Q3 = 5 % Q2 + Q2 ............................................. N = 20 → Q20 = 5 % Q19 + Q19 Berikut hasil perhitungan biaya operasional untuk sistem air tawar konvensional. Tabel 4 Perhitungan Biaya Air Tawar Periode Harga FW/m3 (Q) Biaya FW (Pn) Biaya operasi 1 tahun (Pn) ke (n) Per tahun (1 x pelayaran) (29 x pelayaran) 1 12.000 1.680.000 48.720.000 2 12.600 1.764.000 51.156.000 3 13.230 1.852.200 53.713.800 4 13.892 1.944.880 56.401.520 5 14.582 2.041.480 59.202.920 6 15.315 2.144.100 62.178.900 7 16.081 2.251.340 65.288.860 8 16.885 2.363.900 68.553.100 9 17.729 2.482.060 71.979.740 10 18.616 2.606.240 75.580.960 11 19.547 2.736.580 79.360.820 12 20.524 2.873.360 83.327.440 13 21.550 3.017.000 87.493.000 14 22.628 3.167.920 91.869.680 15 23.759 3.326.260 96.461.540 16 24.947 3.492.580 101.284.820 17 26.194 3.667.160 106.347.640 18 27.504 3.850.560 111.666.240 19 28.879 4.043.060 117.248.740 20 30.323 4.245.220 123.111.380 Biaya operasional selama 20 tahun 1.610.947.100 Biaya operasional untuk sistem air tawar konvensional selalu naik setiap tahunnya. Hal ini disebabkan karena harga air tawar juga naik. Kenaikan harga air tawar ini diasumsikan sebesar 5% setiap tahunnya. Dari data tersebut menunjukkan biaya operasional dari sistem air tawar konvensional selama 20 tahun adalah sebesar Rp. 1.610.947.100. Biaya total kebutuhan air tawar selama 20 tahun sama dengan biaya modal + biaya operasional selama 20 tahun. Besarnya biaya total untuk mencukupi kebutuhan air tawar selama umur proyek (20 tahun) adalah sama dengan biaya operasional kapal karena pada sistem konvensional besarnya biaya modal adalah nol. Jadi, biaya total dari sistem air tawar konvensional KM. SABUK NUSANTARA 56 selama umur proyek (20 tahun) adalah sebesar Rp. 1.610.947.100. 50 51 4.6.2 Analisis Ekonomis Sistem Air Tawar Dengan Penambahan Sistem Reverse Osmosis Komponen-komponen untuk menganalisis secara ekonomis sistem air tawar dengan penambahan sistem reverse osmosis meliputi biaya modal, biaya operasional, waktu operasional dan nilai muatan.Perhitungan komponen-komponen sebagai berikut : Tabel 5 Perincian Biaya Komponen Sistem Reverse Osmosis No Komponen Unit Harga/Unit Harga (Rp) 1 Perpipaan instalasi dan fitting 1 3.000.000 3.000.000 2 Pompa clarifier (SW pump) *) 2 0 3 Tangki air baku *) 1 0 4 Tangki reaktor 1 7.500.000 7.500.000 5 Pompa dosing 100/003 3 5.250.000 5.250.000 Tangki KMnO4 6 Tangki anti scalant 3 3.250.000 9.750.000 Tangki anti fouling 7 Catridge filter 5 mikron 2 1.750.000 2.500.000 8 Unit reverse osmosis Paket 32.000.000 Crane Environmental Eliminator VI 9 Tangki air produk *) 0 10 Pompa air produk *) 0 11 Panel surya 11 3.250.000 35.750.000 12 Solar Charge Control 3 11.500.000 34.500.000 13 Baterai 10 29.300.000 293.000.000 14 Inverter 1 25.500.000 25.500.000 15 Instalasi kelistrikan 4.000.000 4.000.000 Biaya total 452.750.000 Biaya modal Umur proyek 20 Tahun Biaya kemungkinan tak terduga 10 % Biaya Teknik 8 % Bunga 10 % Biaya modal = [A] + [B] + [C] Dimana : [A] = Biaya langsung = Rp 452.750.000 [B] = Biaya tak terduga = 10 % biaya langsung = Rp 45.275.000 [C] = Biaya teknik = 8 % biaya langsung = Rp 36.220.000 Sehingga besarnya biaya modal adalah sebagai berikut : Biaya modal = 452.750.000+ 45.275.000+ 36.220.000 = Rp 534.245.000 Biaya operasional pada sistem air tawar dengan penambahan sistem reverse osmosis dengan suplai daya dari panel surya dan baterai tidak perlu mengeluarkan biaya untuk membeli air tawar dari pelabuhan karena dengan penambahan sistem reverse osmosis, sistem air tawar di kapal mampu untuk memproduksi air tawar sendiri dengan proses desalinasi. Sehingga biaya untuk kebutuhan air tawar dianggap nol. Biaya operasional dalam penggunaan sistem reverse osmosis antara lain pergantian spare part yang meliputi filter cartridge, media filter dan juga pergantian elemen membran osmosis pada unit reverse osmosis.Untuk mengoperasikan unit ini juga tidak memerlukan bahan bakar dan pelumas karena suplai daya yang dibutuhkan di suplai oleh panel surya dan baterai. Dengan demikian biaya operasional untuk pengoperasian sistem reverse osmosis pada kapal KM. SABUK NUSANTRA 56 hanya meliputi pergantian spart part, penambahan bahan kimia reverse osmosis dan pergantian baterai. Berikut perincian biaya pergantian spare part, penambahan bahan kimia reverse osmosis dan pergantian baterai. Tabel 6 Perincian Biaya Pergantian Sistem Reverse Osmosis No Uraian Umur Harga Total Jumlah 1 Spare part Filter catridge 6-9 bulan 700.000 1.050.000 Media filter : Activated carbon filter 6-12 bulan 600.000 900.000 Membran RO 3-5 tahun 3.600.000 900.000 Lain-lain 1 tahun 1.200.000 2 Bahan kimia Larutan KMnO4 1 tahun 320.000 320.000 Larutan anti scalant 1 tahun 320.000 320.000 Larutan anti fouling 1 tahun 320.000 320.000 3 Baterai 10 tahun 293.000.000 29.300.000 Total biaya per tahun 57.970.000 (sumber : www.cranewater.com dan www.victronenergy.com) Umur proyek 20 Tahun Diasumsikan biaya spare part dan bahan kimia naik 5 % setiap tahunnya Misal : Periode =n Biaya operasional =P Biaya spare part/tahun =Y Biaya bahan kimia/tahun =Z Biaya operasional untuk mengoperasikan unit reverse osmosis pertahun = biaya spare part/tahun + biaya bahan kimia/tahun Pn = Yn + Zn Untuk n = 1 → Y1 = 57.010.000; Z1 = 960.000 Untuk n = 2 → Y2 = 5 % Y1 + Y1 ; Z2 = 5 % Z1 + Z1 Untuk n = 3 → Y3 = 5 % Y2 + Y2 ; Z3 = 5 % Z2 + Z2 .................................................... Untuk n = 20 → Y20 = 5 % Y19 + Y19 ; Z20 = 5 % Z19 + Z19 52 53 Tabel 7 Perhitungan Biaya Operasional Sistem Reverse Osmosis Biaya bahan kimia Periode Biaya spare part (Y) Biaya operasi 1 tahun (Pn) (Z) ke (n) Per tahun (29 x pelayaran) naik 5% /tahun 1 57.010.000 960.000 57.970.000 2 59.860.500 1.008.000 60.868.500 3 62.853.525 1.058.400 63.911.925 4 65.996.201 1.111.320 67.107.521 5 69.296.011 1.166.886 70.462.897 6 72.760.812 1.225.230 73.986.042 7 76.398.852 1.286.492 77.685.344 8 80.218.795 1.350.816 81.569.612 9 84.229.735 1.418.357 85.648.092 10 88.441.222 1.489.275 89.930.497 11 92.863.283 1.563.739 94.427.022 12 97.506.447 1.641.926 99.148.373 13 102.381.769 1.724.022 104.105.791 14 107.500.858 1.810.223 109.311.081 15 112.875.900 1.900.734 114.776.635 16 118.519.696 1.995.771 120.515.467 17 124.445.680 2.095.560 126.541.240 18 130.667.964 2.200.338 132.868.302 19 137.201.363 2.310.354 139.511.717 20 144.061.431 2.425.872 146.487.303 Biaya operasional selama 20 tahun 1.916.833.359 Biaya operasional sistem air tawar dengan sistem reverse osmosis selalu naik setiap tahunnya.Hal ini disebabkan karena harga spare part dan bahan kimia juga naik. Kenaikan harga tersebut diasumsikan sebesar 5% pertahun.Dari data perhitungan tersebut menunjukkan besarnya biaya operasional dari sistem air tawar dengan sistem reverse osmosis selama 20 tahun senilai adalah Rp. 1.916.833.359. Biaya total kebutuhan air tawar selama 20 tahun adalah sebagai berikut : Biaya modal + biaya operasional selama 20 tahun Tabel 8 Perhitungan Biaya Total Operasional Sistem RO Periode Biaya modal Biaya operasi (Rp) Biaya total (Rp) ke (investasi) /tahun 1 534.245.000 57.970.000 592.215.000 2 60.868.500 60.868.500 3 63.911.925 63.911.925 4 67.107.521 67.107.521 5 70.462.897 70.462.897 6 73.986.042 73.986.042 7 77.685.344 77.685.344 8 81.569.612 81.569.612 9 85.648.092 85.648.092 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 89.930.497 94.427.022 99.148.373 104.105.791 109.311.081 114.776.635 120.515.467 126.541.240 132.868.302 139.511.717 146.487.303 Biaya total selama 20 tahun 89.930.497 94.427.022 99.148.373 104.105.791 109.311.081 114.776.635 120.515.467 126.541.240 132.868.302 139.511.717 146.487.303 2.451.078.361 Besarnya biaya total untuk mencukupi kebutuhan air tawar selama umur proyek (20 tahun) adalah biaya operasional selama umur proyek ditambah biaya modal yang dikeluarkan. Biaya modal pada sistem air tawar dengan reverse osmosis adalah sebesar Rp. 534.245.000 dan biaya operasionalnya adalah sebesar Rp. 1.916.833.359. Jadi, besarnya biaya total dari sistem air tawar dengan penambahan sistem reverse osmosis selama umur proyek adalah Rp. 2.451.078.361 4.6.3 Grafik Perbandingan Antara Biaya Total Dari Sistem Air Tawar Konvensional Dengan Sistem Air Tawar Reverse Osmosis Biaya Total / Tahun (Juta) Grafik Biaya Total Air Tawar (20 Tahun) 600 570 540 510 480 450 420 390 360 330 300 270 240 210 180 150 120 90 60 30 RO Konv 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Gambar 4.8 Grafik Biaya Total Air Tawar (20 Tahun) Dari grafik di atas dapat diketahui bahwa pada periode ke-1 biaya total dari sistem air tawar dengan sistem reverse osmosis lebih besar dari pada sistem konvensional. Hal ini disebabkan karena pada sistem air tawar dengan sistem reverse osmosis membutuhkan biaya modal yang relatif besar untuk pengadaan unit reverse osmosis dan komponen-komponen pendukungnya. Sedangkan pada sistem konvensional tidak mengeluarkan biaya modal karena persediaan air tawar dilakukan dengan cara mengisi tangki air tawar dari darat. Sehingga biaya yang dikeluarkan hanya 54 55 biaya operasional saja. Selama periode ke-2 sampai periode ke-20 biaya total yang dikeluarkan pada sistem air tawar dengan reverse osmosis lebih kecil dari pada sistem air tawar konvensional. Selisih dari biaya tersebut rata-rata 10% per tahunnya. Hal ini disebabkan karena pada sistem air tawar dengan sistem reverse osmosis harus mengeluarkan biaya untuk penggantian dan pengisisan ulang komponen-komponen dari sistem air tawar menggunakan sistem reverse osmosis. 4.6.4 Nilai Muatan (Payload) Pada perhitungan nilai muatan (payload) ini akan dibandingkan besarnya nilai payload kapal jika pada saat pembangunan kapal baru sistem air tawar menggunakan sistem konvensional dengan sistem air tawar yang diberi penambahan sistem reverse osmosis. Besarnya nilai payload akan dihitung dalamsatu kali pelayaran. Selanjutnya akan dicari selisih nilai payload dari kedua sistem tersebut. Nilai payload yang dibawa kapal pada sistem air tawar secara konvensional didapatkan volume dari ruang muat kapal KM. SABUK NUSANTARA 56 adalah 420 ton. Jenis muatan yang dibawah barang kemasan pabrik, hasil pertanian, perkebunan dan barang-barang logistik lainnya. Tarif kargo sebesar Rp. 9.000 perkilogram dalam sekali pelayaran (Sumber : www.expedisipengirimanbarang.com). Berikut perhitungan nilai muatan sebagai berikut : Nilai muatan = Volume Kargo x Tarif /ton = 420 ton x Rp 9.000.000 = Rp. 3.780.000.000 Nilai payload yang dibawa kapal pada sistem air tawar dengan penambahan sistem reverse osmosis didapatkan dari analisa teknis besarnya payload kapal pada sistem air tawar dengan sistem reverse osmosis yaitu 543 ton. Jenis muatan yang dibawah barang kemasan pabrik, hasil pertanian, perkebunan dan barang-barang logistik lainnya. Tarif kargo sebesar Rp. 9.000 perkilogram dalam sekali pelayaran (Sumber : www.expedisipengirimanbarang.com). Berikut perhitungan nilai muatan sebagai berikut : Nilai muatan = Volume Kargo x Tarif /ton = 543 ton x Rp 9.000.000 = Rp. 4.887.000.000 “Halaman ini Sengaja dikosongkan” 56 57 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil dari penelitian berupa analisis data dan pembahasan diperoleh hasil sebagai berikut : Dilihat dari faktor teknis Kelebihan sistem air tawar dengan sistem reverse osmosis tersebut antara lain : Kapal mampu memproduksi air tawar yang siap minum 32712 LPD. Mampu memperkecil ukuran tangki air tawar dari 140 m3 menjadi 16 m3 . Untuk pembangunan kapal baru mampu memperbesar nilai muatan (payload) hingga 123 ton. Konsumsi daya dari panel surya dan baterai sebesar 2.33 kW Kelemahan sistem air tawar dengan sistem reverse osmosis yaitu instalasi lebih komplek dan panjang karena air umpan harus diolah terlebih dahulu untuk menghilangkan partikulat- partikulat dan daya yang diperlukan untuk operasional dipenuhi oleh sistem kelistrikan tersendiri. Selain itu sistem ini juga membutuhkan perbaikan dan perawatan secara berkala. Dilihat dari faktor ekonomis Biaya modal sistem air tawar dengan reverse osmosis lebih mahal dari pada sistem konvensional sebesar Rp. 534.245.000. Biaya operasi sistem air tawar dengan reverse osmosis lebih mahal dari pada sistem konvensional dengan selish rata-rata 10% tiap tahunnya. Biaya total selama umur proyek sistem air tawar dengan reverse osmosis lebih mahal dari pada sistem air tawar konvensional sebesar Rp. 840.131.261 Biaya total sistem air tawar dengan sistem reverse osmosis lebih murah ± 52 persen dari biaya total system air tawar konvensional. Nilai muatan (Payload) kapal bertambah Rp. 1.107.000.000 Nilai payload yang dibawa kapal jika sistem air tawar diberi penambahan sistem reverse osmosis lebih besar ± 29,2 persen dari nilai payload yang dibawa kapal pada sistem air tawar secara konvensional. Dari analisis dan pembahasan secara teknis maupun ekonomis maka dapat diambil kesimpulan bahwa dengan banyaknya kelebihan yang dimiliki sistem reverse osmosis dengan suplai daya dari panel surya dan baterai maka sistem reverse osmosis sangat tepat apabila diterapkan pada kapal-kapal niaga dan kapal ro-pax dengan tingkat kebutuhan air tawar yang tinggi dan juga rute pelayaran yang relatif jauh. 5.2 Saran Berdasarkan dari hasil analisis dan kesimpulan yang didapat maka ada beberapa hal yang memerlukan upaya dalam rangka mendapatkan hasil yang maksimal dan efisien. Tugas akhir ini tidaklah sempurna, oleh karena itu memerlukan saran-saran mendukung untuk menciptakan hasil yang maksimal dan akurat bagi tugas akhir mendatang. Adapun saran untuk tugas akhir ini diantaranya : Data untuk desain sistem air tawar dan dokumen-dokumen pendukungnya minim dan kurang detail. Hasil analisis teknis tidak membahas efisiensi operasional sistem reverse osmosis dengan suplai daya panel surya dan baterai. Tidak melakukan simulasi sehingga dapat diketahui waktu yang diperlukan untuk konversi panas matahari menjadi listrik. Analisis ekonomi masih berupa estimasi. 58 59 DAFTAR PUSTAKA Suryadi. 2011. Analisa Teknis Ekonomis Perencanaan Sistem Reverse Osmosis Untuk Kebutuhan Air Tawar Domestic Fresh Water System Pada Kapal Niaga MV. AVILA. ITS. Surabaya. Bilton, Amy M, Leah C Kelly, Steven Dubowsky. 2011. Photovoltaic Reverse Osmosis Feasibility And A Pathway To Develop Technology. Massachusetts Institute of Technology. Cambridge. USA. Hakim, Fahmi Muhammad. 2017. Perancangan Rooftop Off Grid Solar Panel Pada Rumah Tinggal Sebagai Alternatif Sumber Energi Listrik, Polinema, Malang. https://finance.detik.com/berita-ekonomi-bisnis/2517461/negara-dengan-pendudukterbanyak-di-dunia-ri-masuk-4-besar www.airminumisiulang.com www.victronenergy.com www.expedisipengirimanbarang.com/index.php/daftar-harga “Halaman ini Sengaja dikosongkan” 60 61 LAMPIRAN LAMPIRAN 1 Spesifikasi Unit Reverse Osmosis LAMPIRAN 2 Spesifikasi Dosing Pump LAMPIRAN 3 Spesifikasi Panel Surya LAMPIRAN 4 Spesifikasi Solar Charge Control LAMPIRAN 5 Spesifikasi Baterai LAMPIRAN 6 Spesifikasi Inverter LAMPIRAN 7 Gambar G.A. KM SABUK NUSANTARA 56 LAMPIRAN 8 Gambar Fresh Water System Reverse Osmosis LAMPIRAN 9 Gambar Suplai Daya Reverse Osmosis LAMPIRAN 1 Spesifikasi Unit Reverse Osmosis 62 63 LAMPIRAN 2 Spesifikasi Dosing Pump 64 65 LAMPIRAN 3 Spesifikasi Panel Surya 66 67 LAMPIRAN 4 Spesifikasi Solar Charge Control LAMPIRAN 5 Spesifikasi Baterai 68 69 LAMPIRAN 6 Spesifikasi Inverter LAMPIRAN 7 Gambar GA. KM. SABUK NUSANTARA 56 70 71 LAMPIRAN 8 Gambar Fresh Water System Reverse Osmosis LAMPIRAN 9 Gambar Suplai Daya Reverse Osmosis 72 73 BIOGRAFI PENULIS Penulis dilahirkan di Jombang 01 Agustus 1992, Penulis telah menempuh pendidikan formal mulai dari MI Mamba’ul Ma’arif Denanyar Jombang, MTsN Tambakberas, MAN Tambakberas dan Diploma 3 Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya. Penulis diterima melalui Linas Jalur 2015 pada departemen Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember di Kota Surabaya dan terdaftar sebagai mahasiswa dengan nomor registrasi pokok (NRP) 4215105025 dan terdaftar sebagai keluarga angkatan 2015 di departemen. Di Departemen Teknik Sistem Perkapalan ini, penulis mengambil bidang studi Marine Machinery Design and Manufacture (MMD). Selama menempuh kuliah, penulis aktif dalam kegiatan akademik maupun non-akademik. Kegiatan akademik meliputi kegiatan perkuliahan dari semester pertama hingga semester akhir. “Halaman ini Sengaja dikosongkan” 74