Engine Propeller Matching Zabri

M. SABRI SAPANGALLOD331 08 256

TUGAS MATA KULIAH DESAIN KAPAL VI

ENGINE – PROPELLER MATCHING

TIPE KAPALTANKER

OLEH :

Nama : M. SABRI SAPANGALLOStambuk : D 331 08 256

PROGRAM STUDI TEKNIK SISTEM PERKAPALAN JURUSAN PERKAPALAN FAKULTAS TEKIK

UNIVERSITAS HASANUDDIN MAKASSAR

2013

DESAIN KAPAL IV “ENGINE –PROPELLER MACHING”


LEMBAR PENGESAHAN

Mata kuliah “Desain Kapal VI “

“ENGINE – PROPELLER MATCHING“

Menyatakan bahwa tugas mata kuliah yang diberikan kepada :

Nama : M. SABRI SAPANGALLO

Stambuk : D 331 08 263

Fakultas Teknik Jurusan Perkapalan Program Studi Teknik Sistem Perkapalan

Telah diperiksa dan disetujui, oleh dosen pembimbing mata kuliah, sebagai

persyaratan untuk lulus dalam mata kuliah tersebut.

Makassar, 201

Mengetahui

Koordinator

Baharuddin, ST. MT

NIP. 19750202 1998 02 1001

Dosen Pembimbing

Dr. A. Haris Muhammad, ST. MT

NIP. 19690404 2000 03 1002

Bismillahirrahmanirrahim



LEMBAR PENILAIAN

Mata kuliah “DESAIN KAPAL VI “

“ ENGINE – PROPELLER MATCHING “

Menyatakan bahwa tugas mata kuliah yang diberikan kepada :

Nama : M. SABRI SAPANGLLO

Stambuk : D 331 08 256

Fakultas Teknik jurusan Perkapalan Program Studi Teknik Sistem Perkapalan

Berdasarkan penilaian tugas oleh dosen pembimbing mata kuliah ‘”Perencanaan

Permesinan Kapal “ adalah sebagai berikut

A B C D E

Demikian peniliaian ini diberikan kepada yang bersangkutan untuk digunakan

sebagai mana mestinya

Makassar, 2012

Mengetahui

Koordinator

Baharuddin, ST. MT

NIP. 197502021998021001

Dosen Pembimbing

Dr. A. Haris Muhammad, ST. MT

NIP. 19690404 2000 03 1002

Daftar Isi



HALAMAN SAMPUL

LEMBAR PENILAIAN

LEMBAR PENGASAHAN

Daftar isi

Bab I Pendahuluan

- Latar belakang

- Tujuan dan manfaat

- Sistematika penulisan

Bab II Landasan Teori

- Penukar kalor

- Klasifikasi penukar kalor

- Sistem pendinginan

- Mekanisme perpindahan kalor

Bab III Penyajian Data

- Data kapal

- Data main engine

- Data cooler

- Pengolahan data

- Deskripsi rancangan

Bab IV Pengolahan Data

- Laju aliran pompa air tawar pendingin pada mesin induk

- Daya pompa air tawar

- Diameter pipa air tawar pendingin mesin induk

- Tangki ekspansi air tawar pendingin mesin

- Diameter pipa dari ekspansi tank ke cooler

- Pompa air laut pendingin mesin induk

- Daya pompa air laut

- Diameter pipa air laut pendingin mesin induk

- Parameter STHE yang akan dingunakan berdasarkan data

mesin



Bab V Kesimpulan

Lampiran- lampiran



KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas kebesaran dan

kekuasaanya sehingga tugas “ENGINE – PROPELLER MATCHING ” ini dapat

diselesaikan dengan baik dan tepat pada waktunya. Referensi dan serta keterbatasan

dalam penyelesaian tugas ini timbul berbagai hambatan, mulai dari penggarapan

penunjang lain waktu materi dan biaya, tetapi semua itu dihadapi dengan sabar, tekun

dan kemauan disertai semangat yang tinggi dan tawakkal kepada Allah SWT, sehingga

tugas ini dapat diselesaikan.

Dalam tugas ini merupakan persyaratan kelulusan, maka dengan hati yang tulus

saya ingin menyampaikan penghargaan dan rasa terima kasih kepada :

Bapak Baharuddin, ST, MT. selaku ketua program studi dan kordinator mata

kuliah yang senantiasa memberikan masukan-masukan selama pengerjaan tugas

ini.

Bapak Dr. A. Haris Muhammad, ST. MT selaku dosen pembimbing tugas serta

telah banyak memberikan pelajaran selama proses pengerjaan tugas ini.

Teman – teman system perkapalan angkatan 2008 yang tidak sempat disebut

namanya satu - persatu

Tiada yang maha sempurna kecuali Allah SWT, maka sebagai manusia biasa saya

menyadari bahwa dalam laporan ini banyak kekurangan dan mungkin masih jauh dari

kesempurnaan disebabkan oleh ketebatasan dan kemampuan penulis.

Akhirnya kami berharap semoga laporan yang sederhana ini dapat memberikan

manfaat, baik bagi diri penulis sendiri maupun bagi semua pihak yang berkenan,

Semoga Allah SWT senantiasa melimpahkan rahmat dan taufik-NYA kepada kita

semua.

Amin Ya Rabbal Alamin.Wassalam.

Makassar, Mei 2012

penyusun



BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Teori Hambatan

Tahanan (resistance) pada suatu kecepatan adalah gaya fluida yang bekerja pada

kapal sedemikian rupa sehingga melawan arah gerakan kapal tersebut.

Tahanan tersebut sama dengan komponen gaya fluida yang bekerja sejajar

dengan sumbu gerakan kapal. Tahanan total diberi notasi Rt, dapat diuraikan

menjadi sejumlah komponen yang berbeda yang diakibatkan oleh bebagai macam

penyebab dan saling berinteraksi dalam cara yang benar-benar rumit.

Agar dapat menangani tahanan secara praktis, maka tahanan total harus ditinjau

secara praktis pula; untuk, tahanan total dapat dipandang sebagai suatu yang terdiri

dari komponen yang dapat saling dikombinasikan dengan memakai berbagai cara

yang berbeda. Tahanan spesifik kapal (R/0,5 V2S) sebagai fungsi angka Froude atau

Fn. Dengan memakai definisi yang dipakai ITTC, selama memungkinkan,

Komponen tersebut secara singkat dapat dijelaskan sebagai berikut:

Tahanan gesek Rf : Tahanan gesek adalah komponen tahanan yang diperoleh

dengan jalan mengintegralkan tegangan tangensial ke seluruh permukaan basah

kapal menurut arah gerakan kapal.

Tahanan sisa Rr : Tahanan sisa adalah kuantitas yang merupakan hasil

pengurangan dari tahanan total kapal, suatu tahanan gesek yang merupakan hasil

perhitungan yang diperoleh dengan memakako rumus khusus. Secara umum,

bagian yang terbesar dari tahanan sisa pada kapal niaga adalah tahanan

gelombang (Wavemaking resistance).



Tahanan Viskos, Rv : Tahanan Viskos adalah komponen tahanan yang terkait

dengan energi yang dikeluarkan akibat pengaruh viskos.

Tahanan tekanan, Rp : Tahanan tekanan adalah komponen tahanan yang

diperoleh dengan jalan mengintegralkan tegangan normal keseluruh permukaan

benda menurut arah gerakan benda.

Tahanan tekanan viskos, Rpv : Tahanan tekanan viskos adalah komponen

tahanan yang diperoleh dengan jalan mengintegralkan komponen tegangan

normal akibat viskositas dan turbulensi. Kuantitas ini tidak dapat langsung

diukur, kecuali untuk benda yang terbenam seluruhnya ; dalam hal ini, sama

dengan tahanan tekanan.

Tahanan gelombang (Wavemaking resistance), Rwp : Komponen tahanan yang

disimpulkan dari hasil pengukuran elevasi gelombang yang jauh dari kapal atau

model; dalam hal ini medan kecepatan bawah permukaan (subsurface velocity

field), yang berarti momentum fluida, dianggap dapat dikaitkan dengan memakai

yang disebut teori linear. Tahanan yang disimpulkan demikian itu tidak termasuk

tahanan pemecah gelombang (Wavebreaking resistence).

Tahanan Semprotan (Spray resistance), rs : Tahanan semprotan adalah komponen

tahanan yang terkait dengan energi yang dikeluarkan untuk menimbulkan

semprotan.

Sebagai tambahan atas komponen tahanan tersebut beberapa tahanan tambahan,

Ra, perlu pula disebutkan di sini :

Tahanan Anggota Badan (Appendages Resistance) : Ini adalah tahanan dari bos

poros, penyangga poros (Shaftbrackets), poros, lunas bilga, daun kemudi dan

sebagainya. Dalam memakai model fisik, model tersebut umumnya dilengkapi



dengan anggota badan tersebut disertakan dalam pengukuran tahanan. Umumnya

lunas bila tidak dipasang. Jika tanpa anggota badan, maka tahanannya disebut

tahanan polos (hare resistance).

Tahanan kekasaran : Tahanan ini adalah tahanan akibat kekasaran, misalnya

kekasaran akibat korosi dan fouling (pengotoran)pada badan kapal.

Tahanan udara : Tahanan ini dialami oleh bagian dari badan utuma kapal yang

berada diatas permukaan air dan bangunan kapal (superstructure) karena gerakan

kapal yang juga menyusuri udara.

Tahanan kemudi (steering resistance) : untuk mempertahankan kelurusan

lintasan, koreksi kedudukan umumnya dilaksanakan dengan memakai daun

kemudi. Pemakaian daun kemudi menyebabkan timbulnya komponen tahanan

tambahan yang disebut tahanan kemudi.

2.2 Perhitungan Hambatan Kapal Dengan Metode Yamagata

Metode perhitungan hambatan kapal ini diperkenalkan oleh Dr. Yamagata.

Pada metode ini banyak menggunakan diagram sama halnya dengan metode

guldhammer.

Metode tahanan Yamagata banyak di gunakan pada kapal-kapal yang

berukuran kecil serta komponen-komponen tahanan yang diperhitungkan juga

terbatas dimana hanya diperhitungkan tahanan gesek dan tahanan sisa, sedangkan

tahanan tambahan lainya seperti tahanan angin, bulbous LCB dan lain-lain.

Menurut Yamagata dalam menentukan tahanan kapal diberikan format

sebagai berikut :



1. Estimasi kecepatan dalam satuan knot.

2. Menentukan kecepatan kapal dalam satuan m/s

3. Menentukan angka Reynold (Rn)

Rn = Vs. Lwl/ υ Dimana υ : 0,884 x10-6 m2/s, Pada suhu 28OC

4. Menentukan koefisien hambatan gesek (Cf),

Cf = 0, 0075/ (log10 (Rn-2)2

5. Menentukan nilai tahanan gesek (Rf)

Rf = 0, 5.Cf. .V2.S

6. Menentukan nilai tahanan gesek (Rf) dalam satuan kg.

7. Menentukan nilai Froude (Fn)

Fn = V/

8. Menentukan nilai harga B/L -0,135

9. Menentukan nilai harga B/T -2,25

10. Menentukan harga dari (∆rR'.B/L)/(B/L-0,135)

11. Menentukan harga dari (∆rR'.B/T)/(B/T-2,25)

12. Menentukan harga dari (∆Rr” .B/L)

(∆Rr” .B/L) = B/T -2, 25 x (DrR'.B/T)/ (B/T-2, 25)

13. Menentukan harga dari (∆Rr” .B/T)

(∆Rr” .B/T) = (DrR'.B/L) / (B/L-0,135) fig.5.3.2 x (∆Rr” .B/L)

14. Menentukan koefisien tahanan sisa (rRo)



15. Menentukan koefisien tahanan sisa (rR’)

rR’ = (∆Rr” .B/T) + (∆Rr” .B/L) + (rRo)

16. Menentukan hambatan sisa (RR), dengan persamaan 2.4

RR = (0, 5 x ρ x Δ2/3 x V2)

17. Menentukan hambatan total (Rx)

Rx = RR + Rf

18. Hambatan total kapal.

RT = Rx + 20%.Rx

19. EHP (Effective Horse Power)

EHP = RT x Vs /75

2.3. Teori Momentum

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



1). Tahanan akibat gesekan daun baling-baling dan

2). 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.

2.4. Teori Elemen Daun

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 ini adalah Fn.

Akibat gesekan , muncul pula gaya Ft. Resultan dari gaya Ft 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 dinyatakan sebagai berikut ;

Lift : dL = C1 ½p V 2 dA

Drag : dD = Cd . ½p V

Dimana :

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 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 torque dengan sempurna adalah sbb

;

Air yang melalui aerofil (sebagai bagaian dari baling – baling ) telah

mendapatkan percepatan seperti telah diterangkan pada teori momentum.

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

daun berikutnya saling berdekatan.

2.5. Teori Sirkulasi

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

2.6. Efisiensi propulsi

Tenaga yang dihasilkan oleh mesin induk ditransmisi sampai

menghasilkan daya dorong pada baling-baling mengalami beberapa

proses.Sehubungan dengan hal tersebut beberapa defenisi yang erat kaitannya

dengan efisiensi propulsi, dipaparkan sebagai berikut (Mansyur Hasbullah:

2000):

a) BHP (Brake Horse Power) adalah tenaga yang digunakan pada saat

pengereman mesin.

b) SHP (Shaft Horse Power) adalah tenaga dari poros (shaft) propeller yang

diterima dari BHP.

c) DHP (Delivery Horse Power) adalah tenaga yang diteruskan ke propeller.

d) THP (Thrust Horse Power) adalah daya yang dorong yang digunakan oleh propeller

untuk menggerakkan kapal.

e) EHP (Effective Horse Power) adalah besarnya tenaga yang digunakan untuk

menggerakkan kapal.


SHP

IHP


Dalam penilaian efisiensi propulsi, diperhitungkan faktor teknis lainnya akibat

bekerjanya baling-baling maupun bentuk kapal, sehingga efisiensi propulsi dapat di

tinjau dari beberapa bagian adalah sebagai berikut:

1. Efisiensi lambung (hull effisiency)

2. Efisiensi baling-baling (propeller effisiency)

3. Efisiensi relative rotatif

2.6.1 Efisiensi lambung (hull effisiency)

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 perkalian tahanan total kapal RT dengan kecepatan kapal Vs merupakan

tenaga kuda efektif kapal . Hasil perkalian tahanan total ini disebut efektif horse

power ( EHP ).


BHP

EHP

DHP

THP

IHP BHP SHP DHP THP EHP


Harga perbandingan EHP dengan THP disebut hull efisiensi/efisiensi

lambung /efisiensi badan kapal.

Hull effisiensi = ηh =

EHPTHP

=(1−t )(1−w )

t = thrust deduction;

w = wake faction menurut Taylor

Harga ηh biasanya lebih dari satu sebab untuk kapal – kapal type biasa dan

berbaling baling tunggal harga w lebih dari t merupakan fungsi dari w.

2.6.2 Efisiensi baling-baling (Propeller effisiency)

Kerugian energi baling-baling disebabkan oleh dua faktor utama, yaitu :

1). 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 %.

2). 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 pada besar dengan propeller tunggal

Propeller effisiensi didefinisikan sebagai berikut :

ηp= EHP

DHP

DHP (Delivered horse power) yaitu tenaga kuda yang ditransmisikan dari

poros kepropeller. DHP diukur dengan percobaan open water test. Propeller dicoba

tanpa dipasang pada model kapal. Besarnya DHP ini berbeda dengan DHP

sesungguhnya./ Perbandingan antara kedua DHP yang berbeda tersebut

menghasilkan relative rotative efficiency (err).

2.6.3 Efisiensi relative rotatif

Baling-baing yang bekerja di belakang kapal (behind the ship) tidak sama

dengan pada kondisi percobaan model, pada percobaan model, penyebaran aliran

tidak dipengaruhi oleh wake.

Nilai antara coeffisien propulsi dengan efisiensi propulsi adalah berbeda,

karena adanya nilai pengaruh interaksi propeller dengan badan kapal. Ini dibedakan

dalam 2 kondisi, adalah sebagai berikut:

a) Open water test effisiensi, yaitu efisiensi yang diukur pada saat propeller bekerja

dan ditempatkan bukan dilokasi buritan kapal tetapi dibagian depan kapal.

Kondisi ini dapat dirumuskan sebagai berikut:



ηo =

b) Behind the ship condition test, yaitu efisiensi yang diukur pada posisi propeller

diburitan kapal.

Kondisi ini dapat dirumuskan sebagai berikut:

ηB = =

Perbandingan bekerjanya baling-baling pada kedua kondisi tersebut dinyatakan

sebagai efisiensi relative rotative (ηrr)

ηr =

Dimana nilai efisiensi relative rotative berkisar antara:

0, 95 – 1, 0 untuk kapal twin screw.

1, 0 – 1, 1 untuk kapal single screw.

Dalam perhitungan ini bukan hanya tugboat yang objek tapi juga harus

diperhatikan tahanan yang ditarik yaitu Tongkang, pada saat kapal tugboat

beroperasi atau menarik, maka hambatan yang akan dialaminya adalah hambatan

kapal dan hambatan yang ditarik (objek). Pada perhitungan tahanan nantinya akan

dihitung 5 kecepatan tarik.

Tahanan total kapal harus dapat diatasi oleh Thrust (daya dorong) untuk

mendapatkan Vs (kecepatan dinas) kapal dan Thrust tergantung pada karakteristik

propeller bersama dengan penggerak mula.

Beberapa faktor penyebab perbedaan antara Vs dan Va adalah sebagai berikut

(Mansyur Hasbullah: 2000):



1. Pada proses bekerjanya propeller menyebabkan air disekitar buritan kapal

mendapatkan percepatan.

2. Propeller yang bekerja di daerah kecepatan yang berpotensi (potensial velocity

field) diburitan kapal.

3. Dengan bekerjanya propeller menyebabkan system ombak diburitan kapal akan

mempengaruhi tahanan gelombang kapal.

Demikian pula terhadap bekerjanya propeller sangat tergantung terhadap system

gelombang pada saat berlayar (feedback affects)

2.7 Propulsive Coefficient ( PC )

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=EHPBHP ;

PC=EHPSHP

atau QPC = ηp. ηh. ηrr

Dimana:

ηp = Efisiensi Propulsi

ηh = Efisiensi Lambung

ηrr = Efisiensi Relative Rotative



2.8 Karakteristik Baling-Baling Kapal

Secara umum karakteristik dari baling-baling kapal pada kondisi open water test

adalah seperti yang direpresentasikan pada Diagram KT – KQ – J (gambar 2.1).

Setiap tipe dari masing-masing baling-baling kapal, memiliki karakteristik kurva

kinerja yang berbeda-beda. Sehingga kajian terhadap karakteristik baling-baling

kapal tidak dapat di-generalised untuk keseluruhan bentuk atau tipe dari baling-

baling. Model persamaan untuk karakteristik kinerja baling-baling kapal adalah

sebagai berikut : (W.Adji, 2005).

KT= T

ρ . n2 . D4 (2.25)

KQ= Q

ρ .n2 . D5 (2.26)

Dimana :

KT = Koefisien Gaya Dorong (Thrust) Baling-baling

KQ = Koefisien Torsi Baling-baling

n = Putaran Baling-baling

D = Diameter Baling-baling

TProp = Gaya Dorong Baling-baling (Propeller Thrust)

Qprop = Torsi Baling-baling (Propeller Torque)

ρ = Massa Jenis Fluida (Fluid Density)



Gambar 2.1. Diagram Kt-Kq-J Open Water Test ( W. Adji 2005)

2.8.1 Karakteristik Beban Baling-Baling (Propeller Load Characteristics)

Didalam mengembangkan ‘trend’ karakteristik beban propeller, variabel yang

terlibat adalah propeller torque dan propeller speed. Untuk propeller torque

merupakan hasil pengolahan secara grafis dari hull & propeller interaction, yaitu KQ

dan KQ – SM ; yang kemudian dikembangkan seperti persamaan dibawah ini,

QPr op =KQ x ρ x np

2 x D5

(2.27)

Dan

Q¿Pr op =K Q−SM

x ρ x np2 x D5

(2.28)

Jika KQ ; KQ-SM ; ρ ; D adalah konstan, maka Pers. (2.25) dan Pers. (2.26) dapat

ditulis kembali sebagai berikut,

QPr op =γ x np

2 = f 1 (n2 ) (2.29)



Q¿Pr op =γ∗ x n

p2 = f 2(n2) (2.30)

Dari kedua Pers. (2.26) dan Pers. (2.27) tersebut diatas, maka trend karakteristik

propeller power ( ∞ Propeller Load ) dapat diperoleh sebagai berikut:

[Power] = [Torque] * [Speed]

PPr op = QPr op x n p = γ x np3 = f 1 (n

p3 ) (2.31)

Dan

P¿Pr op = Q

¿Pr op x np = γ ¿ x n

p3 = f 1 (n3 ) (2.32)

Tahap berikutnya adalah mentabulasikan Persamaan (2.28) dan Persamaan (2.29)

dengan inputan “propeller speed”, yang diperoleh dari “engine speed” setelah

diturunkan oleh mechanical gears (perhatikan gears ratio-nya). Gambar 2.11 dan

2.12 mengilustrasikan tentang tabulasi dan trend dari propeller power yang

dikembangkan.

Tabel Perhitungan PProp

np (np)3 PProp P*Prop

Min

……

……

……

……

Max

Gambar 2.2 Tabel Perhitungan PProp (W. Adj, 2005)



2.9 Proses Engine Matching

Matching point merupakan suatu titik operasi dari putaran motor penggerak kapal

(engine speed) yang sedemikian hingga tepat (match) dengan karakter beban baling-

baling, yaitu titik operasi putaran motor dimana power yang di-absorb oleh

propeller sama dengan power produced oleh engine dan menghasilkan kecepatan

kapal yang mendekati (sama persis) dengan kecepatan servis kapal yang

direncanakan. Karakteristik Propeller adalah seperti yang telah ditunjukkan pada

Gambar 2.12. Untuk dapat menyamakan kedua trendline tersebut ke dalam satu

sarana plotting yang sama, maka terlebih dahulu harga kedua trendline dijadikan

dalam persen (%) seperti yang digambarkan pada kurva berikut ini;


Gambar 2.3 – Karakteristik Beban Baling-Baling (W. Adji 2005)


Pada engine speed, n, adalah merupakan titik operasi putaran motor penggerak yang

sesuai dengan kondisi beban propeller, sebab, daya yang dihasilkan oleh motor

penggerak adalah sama dengan daya yang diabsorb oleh propeller, P. Hal ini

tentunya akan memberikan konsekuensi yang optimal terhadap pemakaian konsumsi

bahan bakar dari motor penggerak kapal terhadap kecepatan servis kapal yang

diinginkan. Seperti diketahui bersama bahwa di kapal yang dapat dilihat adalah

indikator engine speed (rpm, atau rps) dan kecepatan kapal (knots, atau

Nmile/hour). Sehingga penetapan putaran operasi dari motor penggerak, merupakan

“kunci” kesuksesan dalam operasional sistem propulsi kapal secara keseluruhan


Gambar 2.4 – Matching Point Engine & Propeller (W. Adji, 2005)

BAB III

PENYAJIAN DATA1. UKURAN UTAMA KAPAL

DWT : 9500 m

LBP : 97.00 m

LWL : 99,425 m

B : 18 m

H : 7.99 m

T : 6,29 m

Cb : 0.76

Cm : 0.99

Cw : 0.84

Cph : 0.77

Cpv : 0.905

2. DATA HASIL PERHITUNGAN TAHANAN

V = 12 knot = 6,1728m/s

RT = 407 KN

EHP = 2638 KW

Adapun variasi 5 kecepatannya sebagai berikut :

Vs (knot) VS (m/s)tahanan kapal

(RT) (KN)daya efektif EHP (KW)

10 5.144 297 160511 5.6584 351 208512 6.1728 407 263813 6.8672 465 326914 7.2016 526 3983

BAB IV

PEMBAHASAN

DESAIN KAPAL IV

KT seatrial =J2

IV. 1 Karakteristik tahanan kapal dan pembebanan propeller

Dari Tabel di penyajian data apabila diplotkan dalam grafik akan

diperoleh hubungan tahanan dan kecepatan kapal pada kondisi sarat penuh

sehingga dibuat grafik karakteristik tahanan sebagai dasar perhitungan

pembebanan propeller.

5 6 7 8150170190210230250270290

f(x) = 0.442156450635832 x² + 45.7590074080417 x − 94.4939961473311R² = 0.999999537504527

GRAFIK HUBUNGAN KECEPATAN KAPAL DAN TAHANAN TOTAL

Series2Polynomial (Series2)Polynomial (Series2)Polynomial (Series2)Polynomial (Series2)Polynomial (Series2)

KECEPATAN KAPAL (m/s)

TO

TA

L R

ESI

STA

NC

E (

kN)

Gambar 1 . kurva hubungan tahanan kapal dengan kecepatan

Untuk mendapatkan harga konstanta α maka dilakukan perhitungan atau

analisa regresi grafik tersebut di atas agar didapat hubungan :

y = 0.442x2 + 45.75x – 94.49

a1 = 0.442

a2 = 45.75

c = - 94.49

Hubungan tahanan kapal dan kecepatan kapal ini akan diimplemetasikan

ke dalam bentuk hubungan kwadrat antara KT dan J

DESAIN KAPAL IV

α1 + α2 (1- w)/Va + C ( 1- w) 2 / Va 2

( 1- t ) ( 1-w)2.ρ.D2

Maka, KT sea trial = K x J2

Dimana :

w = 0.5 cb – 0.05

= 0.35

t = k x w = 0.231 nilai k antara 0.7-0.9 dan diambil nilai k=0.7

Va = vs (1-w)

= 8.71 knot

= 4,01232 m/s 1 knot = 0.5144 m/s

Sehingga :

KT seatrial = 1.1037 J2

Hubungan KT dan J di atas adalah hubungan pada kondisi trial (ideal),

untuk mendapatkan pada kondisi service maka harga sea margin harus pula

diperhitungkan, kondisi sea margin ini akan mempengaruhi besarnya tahanan,

oleh karena itu maka hubungan KT dan J juga akan berubah. Besarnya sea

margin yang sesuai dengan daerah pelayaran kapal (Asia Timur) adalah 15%-

20%. Pengaruh penambahan sea margin tersebut akan ditunjukkan sebagai

berikut :

KT sea margin = 1.1584 +( 1.1584 x 20%) x J2

= 1.3244 J2

Hubungan KT dan J2 pada kondisi trial (ideal) maupun untuk kondisi

service ini kemudian akan diplotkan pada kurva open water propeller untuk

mendapatkan titik operasi propeller.

DESAIN KAPAL IV

Harga KT dan J2 yang didapat dari perhitungan rumusan di atas akan

terlihat pada tabel berikut ini :

Tabel : penentuan nilai KT seatrial dan KT sea margin

J Kt seatrial Kt sea Margin

0 0 0

0.1 0.01 0.01

0.2 0.05 0.06

0.3 0.10 0.13

0.4 0.19 0.22

0.5 0.29 0.35

0.6 0.42 0.50

0.7 0.57 0.68

0.8 0.74 0.89

0.9 0.94 1.13

1 1.16 1.39

1.1 1.40 1.68

1.2 1.67 2.00

1.3 1.96 2.35

1.4 2.27 2.72

1.5 2.61 3.13

1.6 2.97 3.56

DESAIN KAPAL IV

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 20

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Seatrial

Seatrial

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.80

0.51

1.52

2.53

3.54

seamargin

seamargin

Gambar 2 . Grafik Hubungan KT dan J

Lalu dibuat kurva KT- J. Kurva ini merupakan interaksi lambung kapal

dengan propeller Lalu kurva KT - J lambung tersebut diplotkan ke kurva open

water propeller untuk mendapatkan titik operasi propeller.

DESAIN KAPAL IV

IV. 2 penentuan grafik open water test untuk propeller

kecepatan dinas kapal

Vs = 12 knot

= 6.1728 m/s

diameter max propeller "tahanan dan propulsi kapal" hal. 137

Dp = 2/3 T

= 4.19333 m

jarak sumbu poros ke lunas (E) "principle of naval architecture vol II" hal. 159

E = 0.045T + 0.5Dp

= 2.379 m

tinggi air di atas propeller "tahanan dan propulsi kapal" hal. 199

h= h ‘ + 0.0075Lbp

= (T – E ) + 0.0075Lbp

= 4.64491 m

arus ikut atau wake fraction (w) "basic ship design" hal. 23

W = 0.5 Cb – 0.05

= 0.35

Fraksi pengurangan gaya dorong atau thrust deduction fraction ( t )

T = K x w

dimana :

K =koefisien yang besarnya tergantung dari bentuk buritan, tinggi kemudi

dan kemudi kapal

=0,5 ~ 0,7 (untuk kemudi yang stream line dan mempunyai konstruksi

belahan pada tepat segaris dgn sumbu baling-baling)

= 0,7 ~ 0,9 (untuk kemudi yang stream line biasa)

= 0,9 ~ 1,05 (untuk kapal-kapal kuno yang terdiri dari satu lembar pelat lempeng)

K = 0.7

sehingga :

t = 0,245

DESAIN KAPAL IV

Gaya dorong atau thrust (T) "principle of naval architecture" hal. 152

T =Rt / ( 1 – t )

= 539.7129 kN

Nilai Ae/Ao ( Rasio luas bentang daun propeller )

Ae/Ao = [((1,3+(0.3 x Z) x T)/(Po-Pv) x Dp2)] + k

dimana :

K = ( 0,1 ~ 0,2 ) untuk kapal dengan single screw

= 0,1

sehingga :

Ae/Ao = 0.4

Karena Ae/Ao adalah 0,4 maka 0,4 x 100 = 40

DESAIN KAPAL IV

Gambar 3 : kurva open water

Dari kurva open water test untuk B4-40 dengan memotongan KT sea

margin dengan Kt sea trial, sehingga di dapat harga J dan dari perpotongan

tersebut kita buat garis vertikal untuk mendapatkan harga KT, 10KQ dan

effisiensi.

= 0,52

J = 0,41

KT = 0,21

KQ = 0,027

DESAIN KAPAL IV

P/D = 0,8

IV. 2 PERHITUNGAN DAYA MOTOR INDUK

Secara umum kapal yang bergerak di media air dengan kecepatan tertentu, maka

akan mengalami gaya hambat (resistance) yang berlawanan dengan arah gerak

kapal tersebut. Besarnya gaya hambat yang terjadi harus mampu diatasi oleh gaya

dorong kapal (thrust) yang dihasilkan dari kerja alat gerak kapal (propulsor).

Daya yang disalurkan (PD ) ke alat gerak kapal adalah berasal dari Daya Poros

(PS), sedangkan Daya Poros sendiri bersumber dari Daya Rem (PB) yang

merupakan daya luaran motor penggerak kapal.

1. Perhitungan Speed of Advance (Va)

Keberadaan lambung kapal didepan propeller mengubah rata-rata kecepatan

lokal dari propeller. Jika kapal bergerak dengan kecepatan V dan akselerasi air di

bagian propeller akan bergerak kurang dari kecepatan kapal tersebut. Akselerasi

air tersebut bergerak dengan kecepatan Va, diketahui sebagai Speed of Advance.

Perhitungannya adalah sbb:

DESAIN KAPAL IV

Va = (1-w) Vs

=7.8 knot

= 4.01232 m/s(Edwar V. Lewis. Principles of Naval Architecture. Figur 21 Hal 161)

2. Pehitungan Efisiensi Propulsif

a. Efisiensi Lambung (ηH)

Efisiensi lambung (ηhull) adalah rasio antara daya efektif (PE) dan daya dorong

(PT). Efisiensi Lambung ini merupakan suatu bentuk ukuran kesesuaian

rancangan lambung(stern) terhadap propulsor arrangement-nya, sehingga

efisiensi ini bukanlah bentuk power conversion yang sebenarnya. Maka nilai

Efisiensi lambung sebagai berikut

η H = (1-t)/(1-w)

= 1.16154

(Edwar V. Lewis. Principles of Naval Architecture. Tabel 5 Hal 160)

b. Efisiensi Relatif Rotatif (ηrr)

Nilai dari ηrr untuk single screw ship antara 1.0 – 1.1. Diambil : 1.1

(Edwar V. Lewis. Principles of Naval Architecture. Hal 152)

c. Efisiensi Open Water (ηo)

Nilainya hasil dari pembacaan grafik Waganigen yaitu 0.52

d. Efisiensi Shaft (ηs)

Untuk kapal dengan perletakan kamar mesin yang berada di belakang kapal,

kerugian mekanisnya sebesar 2%. Akan tetapi apabila perletakan kamar mesin

tersebut berada di tengah kapal maka kerugian mekanis yang ditimbulkan adalah

3%. Dalam perencanaan ini, kamar mesin kapal akan diletakkan di belakang

kamar mesin, sehingga menggunakan nilai kerugian mekanis sebesar 2%.

Maka Efisiensi Shaft yaitu 0.98

e. Perhitungan Thrust Horse Power (THP)

DESAIN KAPAL IV

Adapun perhitungan THP sebagai berikut :

THP = EHP / ηH

= 2679,74 / 1,16154 = 2307,058 Hp

f. Perhitungan Deliovered Horse Power (DHP)

Adapun perhitungan DHP sebagai berikut :

DHP = THP / ηo. ηrr

= 2307,058 / (0,52 x 1.1 ) =4033,318 Hp

g. Perhitungan Brake Horse Power (BHPcsr)

Adapun perhitungan BHP sebagai berikut

BHPscr = DHP / ηs

= 2500 / 0.98 = 4115,631 Hp

h. Perhitungan Brake Horse Power (BHPmcr)

BHP mcr

BHP-SCR adalah daya output dari motor penggerak pada kondisi Continues

Service Rating (CSR), yaitu daya motor pada kondisi 80 - 85% dari Maximum

Continues Rating (MCR)-nya. Artinya, daya yang dibutuhkan oleh kapal agar

mampu beroperasi dengan kecepatan servis VS adalah cukup diatasi oleh 80 -

85% daya motor (engine rated power) dan pada kisaran 100% putaran motor

(engine rated speed).

BHPmcr = BHPscr/0,85

= 4115,631 / 0,85 = 4841,918 Hp

(Surjo Widodo Adjie, Daya motor yang diinstal,Engine Propeller Matching)

Oleh karena itu, kapal ini akan menggunakan mesin:

Jenis :Caterpillar

Type : 6 M 32 C

Daya Max : 4023.06 HPJml.Sylinder : 6Bore : 320 mmPiston Stroke : 480 mmRPM : 600 RPM

DESAIN KAPAL IV

MEP : 25.9 BarSFOC : 179

g/kwh

DimensiPanjang : 5931 MmLebar : 2369 Mm Tinggi : 4645 Mm

PEMBEBANAN PROPELLER

Q Prop = KQ x ρ x np2 x D5

P Prop -= Q Prop x np

np(engine) = Laju Putaran Engine

= (Rpm /Ratio Gearbox)/60 (Rps)

np(prop) = Laju Putaran Baling – baling

= Va/(D.J) (Rpm)

Tabel 9. Karakteristik Beban Propeller

% Rpm

Rpm engine Rps engine

Rps eng / g.b np Rps (np)propeller2 Q Prop P Prop

40% 240 4.00 1.00 1.00 1.00 49.2 49.2

50% 300 5.00 1.25 1.25 1.56 76.9 96.160% 360 6.00 1.50 1.50 2.25 110.7 166.170% 420 7.00 1.75 1.75 3.06 150.7 263.7

80% 480 8.00 2.00 2.00 4.00 196.8 393.690% 540 9.00 2.25 2.25 5.06 249.1 560.5100% 600 10.00 2.50 2.50 6.25 307.5 768.8

Dari tabel diatas apabila diplotkan dalam grafik akan diperoleh sebagai berikut:

DESAIN KAPAL IV

1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.500.0

200.0

400.0

600.0

800.0

1000.0

1200.0

Karakteristik Beban Propeller

Series1

Rpm

P prop

Rpm

P prop

Gambar 4. Gambar Karakteristik Beban Propeller

Dari gambar diatas terlihat adanya hubungan antara persentase putaran

baling – baling (Rps prop) dengan Propeller Power (Pprop) yaitu makin tinggi

persentase putaran baling – baling maka Propeller Power menjadi makin besar.

3 Karakteristik Motor Penggerak Kapal

Karakteristik motor diesel sebagai motor penggerak pada sistem propulsi

dapat dinyatakan bahwa hubungan torque dan power adalah fungsi dari kecepatan

(engine speed) dengan asumsi penginjeksian massa bahan bakar dalam silinder

perputaran adalah tetap.

Berdasarkan perhitungan dengan persamaan:

BMEP = BHP / (K x rps)

Dimana :

K = konstanta yang besarnya ½ langkah

BMEP = Brake mean effective pressure

DESAIN KAPAL IV

Sehingga berdasarkan persamaan diatas BMEP yang dihasilkan adalah konstan

pada tiap kecepatan. Hal ini dapat dilihat pada tabel 10 yang merupakan hasil

perhitungan dengan data mesin

Tabel 10. Karakteristik Motor Penggerak dan perhitungan BMEP

% Rpm eng Rps eng BHP (Kw) BHP (HP) BMEP ( bar )40% 240 4.00 1200 1609.2 10.450% 300 5.00 1500 2011.5 13.060% 360 6.00 1800 2413.8 15.570% 420 7.00 2100 2816.1 18.180% 480 8.00 2400 3218.4 20.790% 540 9.00 2700 3620.8 23.3100% 600 10.00 3000 4023.1 25.9

5 Engine Propeller Matching

Sehubungan dengan engine propeller matching, untuk kapal yang

digerakkan dengan mesin diesel masalah matching harus digambarkan, dimana

karakteristik pembebanan mesin diesel harus seimbang pada sebuah hubungan

power-speed yang diperoleh dari tahanan kapal dan karakteristik propeller, dan

untuk mesin diesel diasumsikan karakteristik gerakan torque adalah konstan.

Berdasarkan perhitungan hubungan power-speed yang diperoleh dari

tahanan kapal dan karakteristik propeller pada kondisi 80% MCR dengan

perkiraan 20% adalah engine margin. Dengan berdasarkan putaran propeller oleh

adanya rasio gearbox sebesar 4:1 maka dapat diperoleh harga dari pembebanan

propeller.

Tabel 11 . harga pembebanan propeller

DESAIN KAPAL IV

%BMEP%BMEP (40%)

%BMEP (50%)

%BMEP (60%)

%BMEP (70%)

%BMEP (80%)

%BMEP (90%)

%BMEP (100%) P prop

60 24 30 36 42 48 54 60 21.670 28 35 42 49 56 63 70 34.380 32 40 48 56 64 72 80 51.290 36 45 54 63 72 81 90 72.9100 40 50 60 70 80 90 100 100

Dari tabel 11 diatas maka grafik karakteristik pembebanan propeller –

mesin dapat digambarkan untuk melihat kesesuaian (matching) keduanya

sehingga titik temu dari prosentase pembebanan propeller – mesin dapat diketahui

sebagai berikut :

Dari tabel diatas jika diplotkan dalam grafik maka akan diperoleh grafik

sebagai berikut :

60 70 80 90 1000

20

40

60

80

100

120

%BMEP (50%)%BMEP (60%)%BMEP (70%)%BMEP (80%)%BMEP (90%)%BMEP (100%)P prop

%BMEP

%Power

Propeller

Gambar 5. Grafik Matching Point Antara Pembebanan Dan Daya

DESAIN KAPAL IV

DESAIN KAPAL IV

Engine Propeller Matching Zabri

Documents

Transcript of Engine Propeller Matching Zabri