BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam sistem transportasi laut terutama untuk Negara Kepulauan seperti halnya

Negara Indonesia, perlu diperhatikan mengenai sarana dan prasarana pengelolaan

transportasi laut yang memungkinkan untuk peningkatan mutu dan kualitas transportasi

salah satunya adalah transportasi kapal laut (maritime).

Kapal, dalam peranannya memiliki sejumlah fungsi dan manfaat sebagai salah

satu transportasi andalah Indonesia karena memiliki tujuan yang banyak dicari oleh

beberapa pihak dalam sektor yang terkait. Dalam penanganan ini, biasanya suatu kapal

ditunjang oleh beberapa fasilitas-fasilitas yang memungkinkan untuk adanya

kemudahan dan kenyamanan berkendara baik dalam segi kualitas maupun kuantitas

suatu kapal.

Salah satu penunjang dalam hal peningkatan mutu dan kualitas adalah

penggunaan sistem penggerak kapal (main propulsion engine). Banyak cara yang

digunakan untuk dapat menghitung berapa tahanan total kapal yang diterima sehingga

didapat kalkulasi nilai tahanan kapal untuk dapat dijadikan sebagai acuan standart

pembuatan dan perancangan daun baling-baling propeller. Dalam laporan ini akan

dijelaskan tahapan tahapan mengenai perhitungan propeller untuk dapat digunakan

sebagai sebuah pembuatan propeller baru.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah yang diambil dalam laporan ini adalah :

Bagaimana langkah-langkah yang digunakan untuk dapat merancang daun baling-

baling propeller?

1.3 Batasan Masalah

Batasan Masalah yang diambil dalam laporan ini adalah :

Membahas seputaran perancangan dan perhitungan baling-baling propeller kapal

1

1.4 Tujuan dan Manfaat

a) Mahasiswa dapat mengetahui bagaimana proses perhitungan propeller kapal

b) Mahasiswa dapat menghitung proses perhitungan propeller kapal

c) Mahasiswa dapat menjelaskan proses perhitungan propeller kapal

d) Mahasiswa mampu mengerti dan memahami serta menjelaskan mesin induk

kapal

e) Mahasiswa mampu menganalisa faktor yang mempengaruhi perhitungan

propeller kapal

1.5 Daftar Kepusktakaan

Daftar kepustakaan dalam laporan ini mengacu pada buku-buku dan referensi yang

digunakan sebagai acuan dalam proses perhitungan dan rancangan pembuatan propeller

kapal.

2

BAB II

DASAR TEORI

Dalam merencanakan propeller kapal terdapat berbagai teori sebagai ladasannya, jenis-jenis

teori desain propeller kapal yaitu sebagai berikut :

1. Teori Sederhana Aksi Baling – baling ( Putaran mur pada baut )

Pada permulaan perkembangan teori yang mempelajari bekerjanya baling – baling

ulir, baling- baling dijelaskan secara sederhana. Azas yang dipergunakan menerangkan hal

tersebut adalah azas mur yang berputar pada suatu baut. Dalam satu kisaran baling-baling

harus bergerak ke depan sejauh jarak yang sama dengan langkah ulirnya P ( pitch). Jadi,

kalau roda baling-baling berputar n kali putaran permenit maka dalam satu menit roda  baling

– baling akan bergerak sejauh n kali P.

Propeller kapal tersebut dalam satu kisaran sebenarnya hanya  hanya bergerak maju

sejauh jarak kurang dari n kali P. Hal ini air disebabkan karena air dipercepat kebelakang.

Perbedaan jarak tersebut disebut Slip. Slip diperhitungkan dalam hal propeller mediumnya

adalah air bukannya benda padat seperti keadaan mur dan baut. Menurut teori ini bahwa

efisiensi baling – baking adalah

n = TVA / TnP = 1 – SR Dimana   :

Dimana   :

T     = gaya dorong ( N ; KN )

n        = putaran propeller . menit

P    = Pitch daun baling-baling ( m )

VA    = Kecepatan air yang melalui bidang piringan baling-baling ( m / detik  ; knot )

Harga slip ratio nyata Sr menggambarkan usaha untuk mengerakan air agar air

bergerak kebelakang. Harganya selalu positif agar kapal bergerak maju ( ada usaha agar air

bergerak kebelakang ). Harga slip ratio khayal / semu Sa dipakai untuk mengetahui

bekerjanya propeller apakah normal atau tidak.

Dari persamaan diatas bila tidak ada slip ( Sr = 0 ) nilai efisiensi ( menjadi 1 atau 100

% . Hhal ini tidak mungkin sebab bila tidak ada slip berarti tidak ada percepatan air

ditimbulkan oleh baling-baling untuk menghasilkan dorongan. Disebabkan karena adanya

kemungkinan nilai Sr dapat menjadi nol maka teori ini tidak cocok dipergunakan untuk

menerangkan fenomena baling-baling kapal. Oleh karena itu dikembangkan teori lain.

3

2. Teori Momentum Propeller Kapal

Teori ini  menganggap bahwa propeller sebagai alat untuk mempercepat pindahnya

air sampai ketempatnya didepan daun baling-baling ( dibelakang kapal ). Air akan mengalami

percepatan aksial (a ) dan menimbulkan slip dengan kecepatan kearah belakang kapal akibat

gerak berputarnya daun baling-baling  dengan letaknya yang condong terhadap sumbu

baling-baling.

Reaksi yang timbul akibat percepatan air kebelakang menimbulkan gaya dorong . Air

akan mengalami perlambatan yang teratur akibat gaya-gaya dariviskositas air setelah melalui

propeller. Hal ini menyebabkan energi propeller terbuang sehinga ada kehilangan energi.

Sumber lain yang menyebabkan kehilangan energi :

Tahanan akibat gesekan daun baling-baling , dan

Baling-baling memberi putaran pada arus slip untuk mempercepat air.

Efisiensi propeller dinyatakan dengan sebagai perbandingan kerja yang berguna untuk

menggerakan kapal dengan kerja yang diberikan propeller. Dengan adanya percepatan air a

yang terdorong kebelakang kapal menyebabkan efisiensi ( = 100 % maka  a  =  0 . Berarti air

tidak dipercepat yang menyebabkan tidak ada gaya dorong yang diberikan oleh propeller

kepada kapal.

Kemungkinan untuk memperbesar efisiensi adalah dengan memperkecil percepatan

arus slip. Hal ini dilakukan dengan mamakai propeller dengan diameter besar dan diputar

selambat mungkin. Dari segi teori momentum , baling-baling disamakan dengan jenis

propulsi jet karena arus slip yang dipercepat kebelakang merupakan arus jet.

3. Teori Elemen Daun Propeller kapal

Teori elemen daun memakai cara penjumlahan gaya-gaya dan momen-momen yang

timbul pada setiap potongan melintang daun (aerofil) sepanjang radius baling-baling. Sebuah

daun propeller yang dipotong membentuk aerofil ini bergerak diair dengan kecepatan V

dengan suatu sudut pengaruh terhadap arah geraknya.

Pada permukaan punggung aerofil tekananya rendah , sedang pada bagaian bawah

aerofil tekananya tinggi . Akibatnya timbul efek isapan kearah pungung aerofil. Resultan dari

gaya-gaya tekanan iniadalah Fn. Akibat gesekan , muncul pula gaya Ft. Resultan dari gaya Ft

4

dan Fn  adalah F. Arah Ft tegak lurus terhadap permukaan kerja aerofil sedang arah Ft tegak

lurus arah Fn.

Gaya F diurai menjadi lift tegak lurus ( gaya angkat ) dan drag ( gaya penahan ). Arah

lift tegak lurus dengan arah gerak aerofil sedang  sedang arah drag tegak lurus terhadap arah

lift. Besarnya lift dan drag propeller dinyatakan sebagai berikut ;

Lift : dL     = C1 ½p V 2  dA

Drag : dD  =  Cd . ½p   V

Diaman    :

C1     =    Koefisien lift ; CD  = Koefisien Drag;

Cd    =    densitas fluida ; V  =Kecepatan aliran fluida ;

A    =    Luas daerah permukaan aerofil

Kemudian lift dan drag diuraikan kearah tranlasi ( ke arah maju kapal dan kearah

tegak lurus terhadap arah maju kapal ) menimbulkan gaya dorong / thrust ( sesuai arah maju

kapal ) dan gaya torsi / torque ( arahnya tegak lurus arah gerak maju kapal ).

Besarnya thrust dan torque propeller dinyatakan sebagai berikut.

DT    = dL . cos B – dD . sin B

DQ    = (dL . sin B + dD . cos B ) r

Thrust    : T = Z S R rH dQ . dR

Torque : Q = Z S R rH dQ . dR

T    = thrust / gaya dorong ; Q = Torsi / Torque

Z    = Jumlah daun baling-baling ; R = jari-jari propeller

r    = jari-jari propeller sampai pada penampang yang ditinjau

rH    = jari-jari hub

Hal-hal yang harus dipelajari dan diperkirakan dengan sebaik-baiknya untuk

memperhitungkan besar thrust dan torqoe dengan sempurna adalah Air yang melalui aerofil

(sebagai bagaian dari baling – baling ) telah mendapatkan percepatan seperti telah

diterangkan pada teori mpmentum.

Gaya-gaya yang bekerja pada daun berubah karena letak karena letak daun berikutnya saling

berdekatan.

5

4. Teori Sirkulasi propeller kapal

Teori sirkulasi didasarkan pada konsep bahwa gaya angkat yang ditimbulkan

propeller disebabkan oleh adanya aliran sirkulasi yang terjadi disekeliling daun. Aliran

sirkulasi menyebabkan penurunan tekanan pada punggung daun serta kenaikan kecepatan 

Setempat dan kenaikan tekanan pada sisi muka daun dan penurunan kecepatan setempat.

Kecepatan fluida terhadap elemen daun merupakan penjumlahan dari kecepatan tranlasi dan

kecepatan sirkulasi.

Besarnya gaya angkat dari gaya tahan dinyatakan sebagai berikut :

dL    = ( . V G . ( . dr

DD    = CD ( ½ . ( . VG 2  ) c . dr

VG    = Kecepatan fluida ; (  =  sirkulasi ; c  =  filamen pusaran;

Dr    = lebar penampang daun ; CD = Koefisien drag;

P    = densitas fluida

Menurut teori ini diperhitungkan untuk merencanakan propeller dapat dilakukan dengan dua

cara :

Perhitungan untuk mencari geometri propeller terbaik

Perhitungan untuk  mengetahui karakter propeller yang sudah diketahui geometrinya.

5. Efisiensi propeller

Adanya kerugian – kerugian tenaga pada propelle menentukan efisiensi propeller.

Ada empat macam efisiensi propeller. Efisiensi lambung / hull efisiensi,  Propeller bekerja

menghasilkan gaya dorong pada badan kapal ( thrust T ) pada suatu kecepatan aliran air VA

yang memasuki budang piringan atau diskus propeller. Akibatnya , kapal begerak pada

kecepatan Vs. Hasil perkalian T . VA merupakan tenaga kuda yang diberikan baling-baling /

propeller yang berwujud sebagai gaya dorong. Hasil itu disebut  Thrust Horse Power ( THP ).

Hasil perkalin tahanan total kapal RT dengan kecepatan kapal Vs merupakan tenaga

kuda efektif kapal . Hasil perkalian tahanan total  ini disebut efektif horse power ( EHP ).

Harga perbandingan EHP dengan THP disebut  hull efisiensi / efisiensi lambung  / efisiensi

badan kapal.

Hull effisiensi  = e h = EHP  = ( 1 – t )                    THP     ( 1 – w )         t    = thrust

deduction ; w  = wake faction menurut Taylor     Harga eh biasanya lebih dari satu sebab

6

untuk kapal – kapal type biasa dan berbaling baling tunggal harga w lebih dari t merupakan

fungsi dari w.

6. Effisiensi Baling-baling / Propeller Effisiensi

Kerigian energi baling – baling disebabkan  oleh dua factor utama, yaitu :

Kerugian akibat sejumlah massa yang bergerak berputar kebelakang. Energi

dihabiskan akibat geseka-gesekan dari partikel air itu sendiri . Kerugian ini dapat

dikurangi dengan mempergunakan system putaran lambat pada massa air yang

banyak. Jadi, dipergunakan baling-baling dengan diameter besar dengan jumlah

putaran yang lambat. Meskipun demikian baling-baling dengan diameter sebesar

bagaimanapun tidak akan mempunyai effisiensi lebih dari 70 %.

Kerugian karena adanya daya tahan  pada daun propeller sewaktu bergerak didalam

air. Hal ini disebabkan oleh viskositas air dan gesekan air pada daun tersebut .

Kerugian ini dikurangi denganmempergunakan daun propeller yang sempit. Dengan

mempersempit luas tiap daun maka luas permukaan daun berkurang. Untuk mendapat

luasan permukaan daun total yang sama seperti sebelum daun dipersempit maka

jumlah daun ditambah tetapi effisiensi daun berkurang.

Menurut hasil percobaan ditangki percobaan, Hanya sedikit exit perbedaan effisiensi pada

propeller berdaun tiga dengan empat dan antara empat dengan lima. Effisiensi akan

berkurang dengan bertambahnya jumlah daun propeller Z.Keuntungan daun propeller

berdaun banyak  untuk mengurangi getaran kapal yang ditimbulkan oleh propeller terutama.

Propeller effisiensi didefinisikan sebagai berikut :

Ep    = T H P

D H P

DHP ( Delivered horse power ) yaitu tenaga kuda yang ditranmisikan dari poros kepropeller.

DHP diukur dengan percobaan open water test. Propeller diciba tanpa dipasang pada model

kapal. Besarnya  DHP ini berbeda dengan DHP sesungguhnya./ Perbandingan antara kedua

DHP yang berbeda tersebut menghasilkan relative rotative efficiency ( err).

7. Propulsive Coefficient ( PC )

7

Propulsive coefficiency adalah harga perbandingan antara  EHP ( dari bahan kapal

tanpa adanya tonjolan – tonjolan dan kelonggaran – kelonggaran lain) dengan BHP untuk

motor diesel dan SHP ( shaft horse power / daya yang disalurkanmesin ke poros ) untuk kapal

–kapal turbin.

PC    = EHP ;   PC  = EHP             BHP           SHP

8. Relative Rotative Efficiently     

Quasi Propulsive Coefficient     ( QPC ) adalah nilai koeffisien yang dipergunakan

untuk menjaga agar nilai PC tidak berubah akibat berubahnya effisiensi mekanis mesin

induk.Nilai QPC ini menggantikan nilai PC.     Harga PC lebih besar dari nilai hasil perkalian

eh dengan ep. Hal ini disebabkan timbunya factor yang disebut Relative Rotative Efficiency (

err ) sehinga nilai PC menjadi QPC , QPC  = eh. Ep. Err.

Hal tersebut berlaku dalam  percobaan self Propuled. Percobaan ini adalah percobaan

model kapal yang   dilengkapi dengan model balong-baling  dan dapat bergerak sendiri

ditangki percobaan sesuai  kecepatan yang ditentukan. Model kapal mempergunakan

propeller tunggal. Harga propeller effisiensi pada open water test ep, harga wake dan harga

thrust deducation diikutsertankan  dalam  perhitngan.

Dalam perencanaan propeller  sebaiknya nilai err yang dipakai tidak lebih dari 1,03

dengan mengabaikan apakah ada tonjolan – tonjolan  ( tiang kemudi ; bagain depan kemudi

yang dipasang dibelakang atau dimuka propeller.

9. Kavitasi propeller

Secara singkat kavitasi adalha pembentukan gelembung –gelembung pada permukaan

daun. Sering terjadi pada bagaian belakang permukaan daun / back side. Kavitasi baru

diketahui tahun 1890 oleh charles parson ( inggris ) dari pengalamanya mengenai perahu-

perahu kecepatan tinggi. Peristiwa itu ia buktikan pada kapal turbin.

Apabila tekanan pada permukaan pungung daun dikurangi sampai suatu harga

dibawah tekanan statis fluida maka akan menyebabkan tekanan daun menjadi negatif. Pada

kenyataanya tekanan negatif tidak dapat terjadi. Hal ini menyebabkan suatu reaksi lain.

Fluida meninggalkan permukaan daun kemudian membentuk gelembung-gelembung /

kavitasi . Gelembung – gelembung ini berisi udara atau uap air. Gelembung-gelembung

terjadi ditempat puncak lengkungan tekanan rendah.

8

Gelembung – gelembung yang terjadi akan melintasi dan menyusur permukaan daun

sampai kebelakang daun dan akan hancur pada daerah yang tekananya tinggi disbanding

tekanan yang terjadi pada permukaan punggung  daun. Gaya yang terjadi pada proses

penghancuran gelembung-gelembung ini kecil tetapi luas permukaan yang dipengaruhi oleh

gaya ini lebih kecil disbanding gaya yang mempengaruhinya sehingga akan timbul tekanan

yang besar berwujud letusan. Gaya letusan ini menyebabkan ratique / lelah pada daun.

Teori lain menyatakan bahwa peletusan atau penghancuran gelembng-gelembung

tidak terjadi. Hal ini terjadi adalah gelembung tdi mengecil sampai sangat kecil dan

bertekanan sangat tinggi. Tekanan yang sangat tinggi ini menyebabkan ratique pada

permukaan daun.

Peletusan gelembng kavitasi dapat dikurangi dengan menghindari adanya puncak tekanan

rendah yang menyolok pada punggung permukaan daun. Tekanan rendah yang terjadidapat

diperbaiki dan puncak yang menyolok dapat diratakan dengan mengurangi beban permukaan

daun. Jadi, dengan memperluas permukaan daun dapat mengurangi kavitasi.

– Akibat yang Ditimbulkan Oleh Kavitas propeller

Timbul erosi dan getaran  yang menyababkan daun retak. Erosi disebabkan oleh aksi

mekanis terbentuknya dan terurainya gelembung-gelembung kavitasi.

Effisiensi turun. Hal ini disebabkan oleh sifat dari bentuk aerofil tidak dapat lagi

menghasilkan gaya propulsi.

- Pencegahan Kavitasi propeller

Menambah luas daun baling baling dengan cara memperbesar tiap daunya Hal ini

dilakukan untuk mengurangi beban yang dialami oleh daun setiap luas.

Mempergunakan type irisan daun yang dapat mengurangi terjadinya puncak tekanan

rendah yang menyolok dipermukaan punggung daun. Juga diusahakan agar tekanan

rendah yang terjadi dipermukaan daun dapat serat mungkin.

Terowongan kavitasi dipergunakan untuk mempelajari kavitasi. Cara kerjanya  sama

dengan terowongan angin yang dipakai untuk keperluan aeronautika. Model baling-baling

ditempatkan dalam terowongan yang berisi air dengan tekanan fluida yang dapat diatur

sehinga model propeller seolah-olah bekerja sesuai dengan kerja propeller yang sebenarnya.

9

Air diputar sepanjang terowongan tertutup. Model propeller yang diuji ditempatkan didalam

terowongan dan kecepatan propeller diatur. Model propeller ini dipantau melalui jendela kaca

disisi terowongan. Dengan memperguanakan terowongan ini , haraga thrust, torque, effisiensi

baling-baling pada berbagai harga slip dan perihal kavitasinya dapat diketahui .    Yang

penting adalah mengetahui kapan kavitasi  mulai terjadi. Hal ini dilihat melalui jendela kaca

pemeriksaan.

Melalui jendela kaca , baling-baling terlihat seolah diam tidak berputar. Ditempat

baling-baling  dipasang lampu  Stroboskopik yang bersinar dan padam  secara bergantian

setiap satu kali putaran baling-baling terlihat seolah diam. Terowongan ini dapat juga dipakai

pada keadaan tidak berkavitasi.

BAB III

PEMBAHASAN

10

PERHITUNGAN PROPELLER “MT. HARIZ”

Data Kapal

Nama Kapal : MT. HARIZ

Jenis Kapal : Tanker

LOA : 99.30

LPP : 94.30

B : 14.60

H : 8.10

T : 6.70

CB : 0.72

Vs : 11.80

Radius Pelayaran : 2.000

Mesin Utama : 5.400 BHP “Caterpillar 3612”

Putaran Mesin : 2.100 rpm

Kamar Mesin : Di Belakang

LWL : 96.19

BRT : 3200 Ton

NRT : 1900 Ton

11