BAB 1PENDAHULUAN1.1. Latar Belakang Indonesia merupakan negara kepulauan yang terdiri dari pulau-pulau dengan dikelilingi oleh lautan yang luas. Terdiri dari sekitar 13.667 pulau, dengan luas daratan 1.922.570 km2 dan luas perairan lautnya mencapai 3.257.483 km2 (belum termasuk perairan ZEE). Panjang garis pantainya mencapai 81.497 km2; merupakan garis pantai terpanjang di dunia. Jika ditambah dengan ZEE, maka luas perairan Indonesia sekitar 7,9 juta km2 atau 81% dari luas keseluruhan. Kondisi geografis indonesia yang berupa kepulauan mengakibatkan transportasi udara dan laut sangat diperlukan untuk mobilitas masayarakat. Mode transportasi laut menjadi lebih dominan bila dibandingkan dengan transportasi udara. Masyrakat biasanya menggunakn kapal sebagai sarana transportasi murah yang bisa menghubungkan daerah yang berbeda pulau.Pelayaran Nasional Indonesia(Pelni) adalahmaskapai pelayarannasionalIndonesia. Pelni mengoperasikan sejumlah 28 unit kapal penumpangdengan kapasitas seluruhnya 36.913 penumpang dan 4 unitkapal barang. Kapal-kapal Pelni memiliki rute tetap yang menyinggahi 91pelabuhandi Indonesia.Tiga unit kapal penumpang (KM Kerinci, KM Willis, dan KFC Jet Liner) berfungsi sebagai sebagai kapal carter atau kapal cadangan bila ada kapal yang sedang didok. Kapal penumpang yang dimiliki terdiri dari 6 jenis: kapasitas 3.000 penumpang, 2.000 penumpang, 1.000 penumpang, 500 penumpang,kapal Ro-Ro, dan 1kapal feri. Hampir semua kapal yang dimiliki pelni merupakan kapal yang menggunakan bahan bakar minyak dalam pengoperasiannya. BBM digunakan sebagia bahan bakar propulsi dan pembangkit lsitrik pada kapal-kalpal milik pelni.Kenaikan harga minyak dunia berakibat pula pada naiknya biaya bahan bakar kapal, yang berarti kenaikan biaya operasi sebuah kapal. Hal ini menuntut adanya penghematan energi bahkan penggantian energi BBM menjadi energi lain. Polusi udara akibat penggunaan BBM didunia juga menjadi alasan lain pengurangan penggunaan bahan bakar fosil. Penggunaan Suistaninable energy seperti angin surya dan air menjadi solusi yang harus dilakukan dalam mengurangi penggunaan bahan bakar fosil dalam sistem perkapalan.Dalam pemenuhan tingak energi BBM menempati peringkat pertama pada penggunaannya bila dibandingkan dengan bahan bakar lain. Hampir 40% dari proporsi penggunaan bahan bakar di dunia ini merupakan minyak bumi. Permintaan minyak bumi semakin meningkat setiap tahunnya namun tidak diimbangi dengan peningkatan produksi minyak. Pada tahun 2011 peningkatan permintaan mencapai 7%, sedangkan peningkatan produksi hanya mencapai 0,9%. Hal inimenyebabkan krisi energi yang melanda berbagai negara seperti Indonesiayang rentan terhadaprisikoterjadinya krisis energi dunia.Tahun 1980 Indonesia bekerjasama dengan Jerman mengembangkan kapal layar bermotor KLM. Maruta Jaya 900 DWT pengangkut roro yang dilengkapi dengan teknologi layar sebagai penggerak utama dan motor DC sebagai sarana bantu mesin. Kapal yang memanfaat-kan energi angin dengan layar jenis rigid adalah kapal tanker Sin Aithoko Maru, dengan luasan layar 200 m2 telah mampu mengurangi konsumsi bahan bakar kapal sampai 10%. Wingsail merupakan teknologi yang tidak baru lagi didunia perkapalan, namun penggunaannya untuk alat transportasi laut umum masih jarang digunakan. Wingsail sebenarnya mempunyai fungsi yang sama dengan layar. Perbedaannya adalah wingsail merupakan layar rigid yang mempunyai efisisiensi yang lebih baik bila dibandingkan soft sail yang biasa digunakan oleh para penjelajah untuk berekpedisi.

1.2. Tujuan PenulisanTujuan Penulisan karya tulis ini adalah :a. Menganalisis potensi penggunaan energi angin di Indonesia.b. Menganalisis efek-efek yang terjadi pada sebuah wingsail.c. Permodelan wingsail pada kapal roro.d. Menagalisi trayek kapal paling tepat untuk dilengkapi Wingsail.

1.3. Manfaat penulisan Penulisan karya tulis ini diharapkan dapat memeberikan manfaat sebagai berikut :a. Memberikan pandangan tentang konsep wingsail pada pembaca.b. Memberikan gagasan tentang cara pengurangan penggunaan energi minyak pada system transportasi laut kepada pemerintah.c. Ikut serta mempopulerkan green energy di Indonesia.1.4. Rumusan MasalahPada penulisan karya tulis ini. Penulis membatasi masalah yang akan dibahas dengan mencoba menjawab pertanyaan di bawah ini :a. Bagaimana potensi trasnportasi laut di Indonesia ?b. Bagaimana efek-efek gaya yang terjadi pada sebuah wingsail apabila dikenai angin?c. Dimana wilayah paling cocok untuk menerpakan konsep wingsail ini?

BAB IIPEMBAHASAN2.1. Landasan Teori2.1.1. Kapal roroKapal Ro-Ro adalah kapal yang bisa memuat kendaraan yang berjalan masuk kedalam kapal dengan penggeraknya sendiri dan bisa keluar dengan sendiri juga sehingga disebut sebagai kapal roll on - roll off disingkat Ro-Ro, untuk itu kapal dilengkapi dengan pintu rampa yang dihubungkan dengan moveble bridge atau dermaga apung ke dermaga.Kapal yang termasuk jenis roro antara lain: Kapal penyeberangan atau ferry yang melayani lintasan tetap seperti lintas merak-bakauheni, lintas ujung-kamal, lintas ketapang-gilimanuk, lintas padangbay-lembar dan berbagai lintas lainnya. Kapal pengangkut mobil (car ferries), Kapal general roro yang beroperasi sebagai kapal roro.Banyak kapal milik pelni yang merupakan kapal jenis roro. Dintaranya adalah km. Satya kencana 1, km. Kirana iii, km. Kirana ii, km. Kirana ix, km. Mustika kencan ii, dan masih banyak lagi kapal roro di indonesia.2.1.2. WingsailDikembangkan pada pertengahan hingga akhir abad ke-20, ' wingsail ' adalah struktur airfoil rigid yang dirancang untuk menggantikan layar kain pada kapal berlayar . Wingsail menawarkan efisiensi yang sangat tinggi dan sederhana dalam segi teknis. Pada Krisis Energi awal tahun 1970 hingga kini , banyak desainer melihat wingsail sebagai teknologi kunci untuk mengurangi biaya bahan bakar kapal laut besar transportasi seperti kapal roro, meskipun pembuat kapal komersial tetap enggan untuk mencoba teknologi ini . Pada kapal kelas yacht kapal, wingsail telah sering dimanfaatkan hingga sampai saat ini , bahkan oleh orang-orang dari Cousteau Society, juga menunjukkan kepraktisan teknologi ini . Namun, sampai sekarang teknologi ini masih jarang sekali digunakan di kapal komersial.Ada banyak wingsail di dunia pelayaran sekarang sudah dikembangkan seperti : walker wingsail, boatex wingsail, rigid-plain flap, dan split-plain flap. Boatex wingsail merupakan jenis wingsail dengan coefficient lift terbesar yakni lebih dari 3. Berikut ini merupakan perbandingan peforma dari berbagai wingsail.Tabel 1. Peforma berbagai jenis layar

2.1.3. Walker WingsailThe Walker wingsail adalah bentuk teknologi baru dari propulsi kelautan, teknologi ini diharapkan dapat memberikan keuntungan yang signifikan atas manfaat yang telah di berikan oleh layar tradisional rig lunak. Untuk melakukannya, diperlukan lebih tinggi koefisien lift maksimum dan rasio angkat-to-tarik dari rig tersebut. Pengetahuan berlayar saat ini menunjukkan bahwa wingsails dapat memenuhi persyaratan ini.Perbandingan antara data yang tersedia untuk wingsail Walker dan rig lunak telah dibuat, mengkonfirmasikan keunggulan aerodinamis wingsail tersebut. Terlihat pada table diatas wingsail jenis walker mempunyai efficiency 2 kali dari pada ,layar standard.

2.2. PENELITIAN TERDAHULU Menurut penelitian yang sudah dilakukan oleh Mrten Silvanius dari Royal Institute of technology (KTH) dengan objek kapal Pure Car Truck Carrier (PCTC) Fedora diketahui beberapa data daya yang dihasilkan oleh masing-masing teknologi pemanfaat angin.Dengan spsesifikasi pembangkit propulsi angin sebagai berikutTabel 2. Spesifikasi Wind Tecnologi yang di UJI pada kapal Fedora

Spesifikasi teknologi diatas adalah teknologi yang diterapkan pada penelitian pada kapal fedora. Dari penelitian yang telah dilakuakan didapatkan data yang tersaji pada grafik polar dibawah ini.

Gambar 2. Grafik daya persatuan luas pada wingsail

Grafik diatas menggambarkan daya persatuan luas yang dihasilkan oleh wingsail dengan parameter kecepatan bervariasi. Terlihat bahwa daya yang dihasilkan akan semakin maksimum apabila kecepatanan angin dinaikkan. Daya termaksimum didapatkan dengan mengahdapkan wingsail dengan sudut serang antara 60o-80o.

Gambar 3. Grafik polar daya persatuan luas terhadap sudut serang

Grafik menggambarkan daya persatuan luas untuk 10 wind tubin (VAWT dan HAWT). Pada VAWT terlihat bahwa daya yang daihasilkan pada kecepatan angin 5 dan 10 sangat sulit untuk dikalkulasi karena sangat kecil. Daya yang dihasilkan mencapai maksimum ketika angin yang berhembus mencapai kecepatan 20 m/s dengan sudut serang blade sebesar 180o. Pada 10 HAWT yang diterapkan pada kapal fedora, didapatkan daya hampir 2 kali dari VAWT turbin. Daya pada HAWT mencapai maksimum saat sudut serangnya 0o.

Gambar 4. Grafik Polar kite Pada Kapal Fedora

Dari beberapa grafik diatas didapatkan bahwa kite (laying-layang) merupakan teknologi dengan daya tertinggi namun mempunyai kekurangan yang vital yakni sangat tergantung pada arah kecepatan angin. Arah tarikan kite selalu searah dengan arah angin jadi tidak bisa fleksible apabila ingin berbelok.Wingsail menempati urutan kedua terbesar daya yang dihasilkan setalah kite, wingsail lebih fleksible karena sanggup bergerak kesegala arah dengan memanfaatkan bentuknya yang meniru sayap pesawat.

Gambar 5. Free Body Diagram pada Wingsail

Pada wingsail terdapat gaya yang merupakan resultan dari gaya dag dan lift yang akhirnya memberikan dorongan kearah trust yang merupakan arah gerakan kapal. Untuk menghitung thrust digunakan rumus sebagi berikutTHRUST = Lift X (cos(90- x (sin( 90-)Dari data yang didapatkan dari hasil penelitian oleh daidapatkan grafik perbandingan antara RFR dengan kecepatan angin pada wingsail cat rig, dan motor lisrik

Gambar 6. Grafik RFR vs rata-rata kecepatan kapal

Dari grafik diatas dapat diambil kesimpulan bahwa wingsail mampu meberikan kontribusi besar untuk kapal kapal yang mempunyai roro deathweight ton lebih dari 40000, sedangkan cat rig akan memberikan manfaat lebih pada CDWT sekitar 2000.

BAB III PROSEDUR KEGIATAN

2.1. Metode PenelitianMetode yang digunakan dalam pengumpulan data dilakukan dengan dua cara yaitu pengumpulan data sekunder dengan penelitian kepustakaan dan pengumpulan data primer dengan observasi langsung dengan simulasi pada autodesk simulation CFD student version.2.2. Simulasi CFD pada Wingsail NACA 0012Prototipe wingsail ini didesain berdasarkan data Sheet NACA 0012 dengan data tersebut dibuatlah penampang wingsail. Desain 3D dari Wingsail ini disimulasikan pada aplikasi CFD untuk Menentukan besarnya gaya yang menerpa Wingsail ini. 3D model Wingsail ini Mempunyai Luas permukaan Sebesar 2.11x 107 mm2 dan disimulasikan diletakkan pada sebuah wind tunnel dengan kecepatan angin 4m/s . Pada Uji CFD ini peneliti bertujuan untuk melihat efek-efek yang terjadi ketika angin berkecepatan 4 m.s menegenai wingsail ini.Wingsail Naca 0012 ini disimulasikan dengan memvariasikan 4 sudut serang pada kecepatan 4 m/s. sudut serang yang diuji adalah 0o, 10o, 20o, 30o, 40o, 50o, 60o, 70o, 80o, dan 90o

Gambar 7. Wingsail NACA 0012

BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN ANALISA4.1. Penentuan Trayek Kapal Wingsail Berdasarkan Kecepatan Angin Di IndonesiaGambar 8. Peta Potensi Angin Indonesia

Pada data diatas kecepatan angin terbesar diindonesia terdapat pada daerah daerah wilayah timur indonesia sekitaran Sulawesi nusa tenggara dan papua. Berdasarkan data ini dapat diambail acuan kapal-kapal mana saja yang paling cocok diterapkan sistem propulsion assist dengan menggunakan tenaga wingsail. Wilayah Makasar, Nusa tenggara dan Papua mempunya kisaran angin diatas 4,6 m/s. kecepatan angin ini akan disimulasikan pada aplikasi CFD untuk mengetahui efek gaya pada wingsail dengan variasi sudut serang tertentu.Kapal roro yang dilengkapi dengan wingsail akan lebih efektif apabila di operasikan melalui rute indonesia timur. Dengan kecepatan angin diatas 4,6 m/s maka akan memberikan gaya yang lebih besar apabila dibandingkan penggunaanya di rute Sumatra jawa dan Kalimantan.4.2. Uji CFD pada wingsail berkode NACA 0012 untuk mengetahui efek lift dan drag yang terjadi Dari simulasi CFD didapatkan data sebagai berikut a. CFD pada sudut Serang 10o

Gambar 9. analisis CFD pada wingsail dnegan sudut serang 10o

Tabel 3. gaya yang dihasilkan oleh wingsail dengan sudut serang 10o

b. CFD dengan Sudut Serang 20o

Gambar 10. analisis CFD pada wingsail dengan sudut serang 20o

Tabel 4. gaya yang dihasilkan pada wingsail dnegan sudut serang 20o

c. CFD dengan Sudut Serang 30o

Gambar 11. analisis CFD pada wingsail dengan sudut serang 30o

Tabel 5. gaya yang dihasilkan oleh wingsail dengan sudut serang 30o

d. CFD dengan sudut Serang 40o

Gambar 12. CFD analisis pada wingsail dengan sudut serang 40o dan kecepatan angin 4 m/s

Tabel 6. gaya yang dihasilkan oleh wingsail dengan sudut serang 40o

e. CFD pada sudut serang 50o

Gambar 13. CFD analisis pada wingsail dengan sudut serang 50o dan kecepatan angin 4 m/s

Tabel 7. gaya yang dihasilkan oleh wingsail dengan sudut serang 50o

f. CFD pada sudut serang 60o

Gambar 14. CFD analisis pada wingsail dengan sudut serang 60o dan kecepatan angin 4 m/sTabel 8. gaya yang dihasilkan oleh wingsail dengan sudut serang 60o

g. CFD pada sudut serang 70o

Gambar 14. CFD analisis pada wingsail dengan sudut serang 70o dan kecepatan angin 4 m/s

Tabel 8. gaya yang dihasilkan oleh wingsail dengan sudut serang 70o

h. CFD pada sudut serang 80o

Gambar 15. CFD analisis pada wingsail dengan sudut serang 80o dan kecepatan angin 4 m/s

Tabel 9. gaya yang dihasilkan oleh wingsail dengan sudut serang 80o

i. CFD pada sudut serang 90o

Gambar 16. CFD analisis pada wingsail dengan sudut serang 90o dan kecepatan angin 4 m/sTabel 10. gaya yang dihasilkan oleh wingsail dengan sudut serang 90o

Hasil dari UJi CFD menunjukan bahwa untuk luas area 8.33x106 didapatkan gaya maksimum pada sudut serang antara 60o sampai 70o.4.3. Desain 4.3.1. KONSEP WINGSAIL PADA KAPAL RORO DAN ROROPada beberarapa penilitian wingsail memberikan tenaga yang lebih baik dari pada beberapa teknologi lain yang juga memanfaatkan energi angin, seperti halnya turbin angin dan laying-layang.Pada kapal PCTC Fedora, pemanfaatan wingsail mampu mengurangi penggunaan bahan bakar sebesar 10% dari penggunaan bahan bakar total tanpa wingsail.

Gambar 7. Sketsa penerapan wingsail pada kapal

Kapal roro dengan sistem wingsail propulsion akan sangat membantu dalam mengurangi biaya pembelanjaan bahan bakar BBM yang digunakan sebagi tenaga propulsi dan kelistrikan. Wingsail mempu menekan konsumsi bahan bakar lebih baik dari pada penggunaan motor listrik,

Gambar 12. Wingsail ship concept

Dari berbagai penelitian yang telah dilakukan didapatkan taksiran bahwa dengan memaksimalkan penggunaan wingsail dalam proses propulsi bantu pada sebuah kapal sanggup mengurangai penggunaaan bahan bakar 10% hingga 20 %.Wingsail yang diterapkan pada kapal roro bisa berbagai macam tipe. Dalam perkembangannya kini sudah ada wingsail yang dapat dilipat, ditekuk dan sanggup menentukan sudut serangnya secara automatis sesuai arah angin untuk mendapat gerakan yang diinginkan.Desain wingsail ship yang ditawarkan seperti pada gambar, terdapat rangkaian wingsail yang membantu sistem propulsi kapal. Jumlah wingsail harus diperhitungkan sesuai dengan berat maksimum yang dapat diterima oleh kapal roro. Ketinggian dari Wingsail juga harus menjadi focus lebih lanjut karena akan sangat memeprngaruhi perubahan pusat gravitasi yang akan berpengaruh besar pada keseimbangan kapal.

BAB VPenutup4.1. KesimpulanTeknologi wingsail adalah pemecah masalah paling mudah untuk diterapkan bila dibandingkan koneversi energi minyak ke gas pada sistem energi perkapalan. Penggunaan wingsail sanggup menrrgurangi konsumsi bahan bakar hinga 10% dengan mengurangi konsumsi bahan bakar 10% berarti produksi emisi CO2 pada mesin kapal kurang lebih 10 %. Penggunaan wingsail akan lebih efektif bila diterapkan pada daerah-daerah berangin kencang seperti wilayah timur Indonesia.4.2. Saran Penerapan sistem ini membutuhkan biaya yang tidak sedikit. Namun pengaruh pengurnagan bahan bakar hingga 10% pada kapal PTCT fedora bisa dijadikan acuan bahwa sistem ini mempunyai potensi yang lebih. Sistem ini akan berfungsi secara maksimal apabila diabntu beberapa teknologi ramah lingkungan lainnya seperti Photo Voltaic sebagai pembantu tenaga propulsi kapal sekaligus memberikan listrik untuk keperluan navigasi dan penerangan.

Daftar PustakaSilvanius M., 2009,Wind assisted propulsion for purecar and truck carriers. KTH Centre for Naval Architecture.

Ockels W.J. Laddermill-sailing,Ship propulsion by wind energy independent from the wind direction. Faculty of Aerospace Engineering, Delft University of Technology. Netherlands.

Sulisetyono A. Nasirudin A., Kusuma R.I., Rancang bangun kapal hibrid trimaran sebagai Angkutan penumpang antar pulau. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya

Bergeson l., Greenwald C.K., Sail Assist Developments 1979-1985 .Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 19 (1985) 45--114. Netherland

5