P3 Skripsi 2012 Alfan.ppt - ITS Institutional...

40
TUGAS AKHIR Oleh : Alfan Dicky. F (4210 105 019)

Transcript of P3 Skripsi 2012 Alfan.ppt - ITS Institutional...

TUGAS AKHIR

Oleh :Alfan Dicky. F (4210 105 019)

Latar belakang

1. Kebutuhan akan sistem propulsi yang efektifdigunakan pada kapal yang beroperasi denganbeban mesin yang bervariasi.

2. Pengembangan dunia industri maritim Indonesia,dengan membuat CPP produksi dalam negeri.

3. Kajian perancangan blade Controllable PitchPropeller menggunakan metode B Screw series.

Perumusan Masalah

1. Cara mendesign blade (daun propeller) untuk diterapkan pada propulsor jenis CPP.

Batasan Masalah

1. Analisa difokuskan pada perancangan desain blade untuk CPP unit.

2. Tidak menganalisa efektifitas aliran di sekitar propeller.

3. Tidak menganalisa kekuatan propeller.

Tujuan Masalah

• Mengetahui desain blade yang optimum untuk diterapkan pada aplikasi unit CPP.

• Membuat design CPP produksi dalam negeri

Tinjauan Pustaka

OPV80 VesselKapal OPV80 adalah kapal dengan panjang 80m yang

digunakan oleh tim penyelamat (SAR) untuk melakukanpenyelamatan apabila ada bencana maupun kecelakaanditengah perairan. Kapal tersebut bisa mengangkut satu buahhelikopter untuk menunjang proses evakuasi sehingga padageladak kapal dilengkapi dengan helipad untuk pendaratanhelikopter.

Gambar 1. Kapal OPV80

Screw PropellerScrew propeller merupakan bentuk alat penggerak kapal yangpaling umum. Jumlah daun pada screw propeller bermacam-macam mulai dari tiga sampai enam daun yang posisinyamenjorok dari hub propeller. Daun propeller tersebutmerupakan bagian yang dapat menyatu dengan hub atau bisadilepas dan dipasang pada hub.

Gambar 2. Screw Propeller

Controllable Pitch Propeller Adalah suatu jenis propulsor screw propeller. Baling-baling

CPP menyediakan ekstra dalam tingkat ‘derajat kebebasan’melalui kemampuan perubahan pitch pada daun baling-balingnya. Hal tersebut bisa terjadi karena didalam unit CPPterdapat suatu mekanisme yang memungkinkan daunpropeller bisa diputar sudut pitchnya. Pada umumnyamekanisme yang digunakan adalah mekanisme hydrolis.Dengan mengaplikasikan propulsor jenis ini, maka seluruh

daya mesin diharapkan akan dapat diserap dengan baik,sekalipun dalam kondisi beban propeller yang berbeda-beda.

Gambar 3. Pull Push rod system

Gambar 4. Hub Piston System system

Keuntungan CPP

Keuntungan• Dapat dipakai untuk mempercepat,

menghentikan, dan mengolah gerakkan kapal dengan baik.

• Ekonomis untuk kapal bekerja dengan kecepatan dan kondisi beban yang berbeda-beda.

• Mesin penggerak yang arah putarannya tidak bisa dibalik dapat dipakai secara optimal.

Cont. Keuntungan CPP

• Laju kecepatan dapat diubah-ubah tanpa harus mengubah laju kisaran propeller, yaitu cukup dengan jalan mengendalikan daun pitch propeller hingga mendapatkan langkah uir yang sesuai untuk menghasilkan kecepatan kapal yang dikehendaki.

• Jika generator dihubungkan langsung dengan mesin induk maka laju putaran mesin induk tersebut harus dipertahnakan agar selalu tetap. Pemakaian CPP mampu memenuhi kebutuhan ini.

Kekurangan CPP

Kekurangan• Konstruksi CPP cukup rumit.• Harganya relatif tinggi dibanding harga

propeller biasa.• Memerlukan lebih banyak perhatian dalam hal

perawatan daripada propeller biasa. Hal tersebut disebabkan oleh rumitnya konstruksi hub dan adanya sistem hidrolis.

Propeller Pitch

Semua jenis propeller sebagai penggerak, baikuntuk kapal maupun pesawat, pasti dikenalsuatu istilah yang disebut pitch propeller. Pitchpropeller adalah besaran displacement yangdibuat oleh propeller dalam satu revolusiputaran (360o)[6]. Hal itu dikarenakanpropeller memiliki blade yang memiliki sudutkemiringan dengan sudut axis kemiringan yangtegak lurus dengan axis dari rotasi propeller.

Metodologi Penelitian

Perhitungan Tahanan Kapal

• Dari perhitungan dengan metode holtrop didapatkan nilai tahanan kapal pada kondisi design dan kondisi service berikut :

Perhitungan Tahanan Kondisi DesignRTdesign = 0,5xρxVs2xStotx{Cfx(1+k)+Ca}+

Rw= 271,088 kN

Cont. Perhitungan Tahanan

Perhitungan Tahanan Service• Tahanan service adalah besaran tahanan kapal

yang telah ditambahkan sea margin sebagaiinterpretasi dari kondisi kapal saat berada dilaut (service).

Sea Margin = 10% - 15% (untuk perairan Asia Tenggara). Sea margin diambil sebesar 15%. Sehingga,

RT SERVICE = (1 + 15%) RT

= 311,75 kN

Perhitungan Daya Mesinberikut adalah urutan daya yang harus dihitung, yaitu : (i) Daya Efektif (EffectivePower-EHP); (ii) Daya Dorong (Thrust Power-THP); (iii) Daya yang disalurkan(Delivered Power-DHP); (iv) Daya Poros (Shaft Power-SHP); dan (v) Daya Rem(Brake Power-BHP). Dari perhitungan, di-dapatkan nilai dari daya-daya diatassebagai berikut ;EHP = RTservice x Vs

= 3528,03 kWDHP = EHP/Pc (Pc = Propulsive Coefficient)

= 6588,288 kWSHP = DHP/ηsηb (ηsηb = losses pada poros)

= 6722,743 kWBHPscr = SHP/ηG (ηsG = efisiensi Gear Box)

= 6859,9 kWBHPmcr = BHPscr/0,80 (0,80 = output max mesin)

= 8574,93 kW (1 kW = 0,7455 HP)= 11499,16 HP

Pemilihan MesinMaker : MTUTipe : 20V 4000 M93L

Gear box spec.

Pemiihan PropellerPada tugas akhir kali ini, dilakukan pembacaan diagram BP-δ pada tipe propeller

yang berdaun 3, 4, dan 5. Karena kebanyakan jenis CPP yang ada di pasaran adalahberdaun 3, 4, dan 5. Kemudian hasil pe di dapat propeller yang memenuhi syaratdengan efisi-ensi tertinggi adalah tipe propeller B-4.650. Dengan spesifikasisebagai berikut :Tipe : B-4.650Ae/Ao : 0,650Jumlah daun : 4Db : 6,02 ft = 1,83 mP/D : 0,852η : 0,569

Engine Propeller MatchingSesuai dengan permasalahan yang diangkat pada tugas akhir kali ini, maka untuk

perhitungan Engine Propeller Matching (EPM) antara mesin utama dan propellerWageningen B-Screw Series. Perhitungan EPM menggunakan metode EPM denganmelakukan variasi P/D dari propeller. P/D adalah rasio perbandingan antara pitchpropeller dengan diameter propeller.

Cont. Engine Propeller MatchingMembuat Kurva Open Water Propeller

Pada diagram open water tersebut nantinya juga diplotkan diagram KT-J propelleryang dipilih untuk mengetahui interseksi antara KT propeller kondisi dibelakangbadan kapal dan kondisi pada saat open water. Dari perpotongan titik perpotonganKT tersebut nantinya akan didapat harga J. Dari harga J tersebut kemudian dibuatgaris vertikal yang mana akan didapat nilai Koefisien Thrust (KT), Koefisien Torque(KQ) dan Efisiensi propeller. Harga-harga tersebut didapatkan dari perpotonganantara garis J dengan grafik KT, KQ, dan Efisiensi propeller pada open waterdiagram.

P/DKondisi Design

KT KQ η0,5 0,102 0,111 0,4370,55 0,110 0,120 0,4620,6 0,119 0,158 0,4810,65 0,150 0,182 0,4920,7 0,165 0,208 0,4970,75 0,185 0,241 0,5000,8 0,200 0,275 0,500

0,872 0,228 0,319 0,503

P/DKondisi Service

KT KQ η0,5 0,120 0,137 0,425

0,55 0,124 0,142 0,4480,6 0,121 0,160 0,462

0,65 0,159 0,188 0,4710,7 0,172 0,218 0,480

0,75 0,194 0,250 0,4790,8 0,209 0,283 0,489

0,872 0,238 0,336 0,482

Cont. Engine Propeller Matching

• Menggambar Kurva Beban PropellerDi dalam mengembangkan karakteristik beban propeller, variabel

yang terlibat adalah propeller torque dan propeller speed. Untuk propellertorque(Q) merupakan hasil pengo-lahan secara grafis dari hull & propellerinteraction, yaitu Koefisien Torque (KQ) pada kondisi design dan service.Kemudian dari nilai torque tersebut dapat diketahui besarnya daya yangditransmisikan ke propeller.

Kemudian dapat diketahui besarnya nilai BHP dari mesin padakondisi design dan service. Pada kurva engine operating diagram,kemudian diplotkan kurva beban propeller untuk kondisi design danservice pada masing-masing variasi P/D propeller yang akan digunakan.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

% P

ower

% Rpm

EPM Design Condition

Eng. Envelope P/D 0,5 P/D 0,55 P/D 0,6 P/D 0,65

P/D 0,7 P/D 0,75 P/D 0,8 P/D 0,872

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

% P

ower

% Rpm

EPM Service Condition

Eng. Envelope P/D 0,5 P/D 0,55 P/D 0,6 P/D 0,65

P/D 0,7 P/D 0,75 P/D 0,8 P/D 0,872

Speed Power PredictionDiketahui, bahwa kapal ini dioperasikan pada dua kondisi kecepatan,yaitu Vs

pada saat landing helikopter dan saat melakukan pertolongan yaitu 10 knot danpada kecepatan penuh kapal yaitu 22 Knot. Sehingga diambil nilai variasikecepatan antara 10 -22 Knot dan dihitung untuk setiap variasi P/D pada kondisiservice.

Vs (knot) P/D BHP RPM+GBEng. RPM BHP (%) Rpm (%)

10

0,5 315,62 346,55 1239,61 7,3400 59,0290,55 315,56 327,62 1171,90 7,3386 55,8050,6 316,04 315,00 1126,76 7,3497 53,6550,65 315,61 298,38 1067,31 7,3398 50,8240,7 315,57 284,00 1015,87 7,3388 48,3750,75 315,66 271,35 970,62 7,3408 46,2200,8 315,61 260,35 931,27 7,3397 44,346

0,872

14

0,5 866,06 485,17 1735,45 20,1409 82,6410,55 866,08 458,70 1640,77 20,1415 78,1320,6 866,02 440,80 1576,74 20,1401 75,0830,65 865,96 417,72 1494,18 20,1386 71,1520,7 865,99 397,61 1422,25 20,1393 67,7260,75 866,02 379,87 1358,79 20,1401 64,7050,8 866,09 364,50 1303,82 20,1417 62,087

0,872 865,95 344,21 1231,24 20,1385 58,630

Cont. Speed Power Prediction

18

0,50,550,6 1840,68 566,75 2027,26 42,8066 96,536

0,65 1840,60 537,08 1921,14 42,8047 91,4830,7 1840,62 511,22 1828,63 42,8052 87,078

0,75 1840,57 488,40 1747,01 42,8039 83,1910,8 1840,49 468,62 1676,25 42,8021 79,822

0,872 1840,77 442,58 1583,11 42,8086 75,386

22

0,50,550,6

0,650,7

0,750,8 3360,74 572,78 2048,83 78,1567 97,564

0,872 3360,65 540,92 1934,87 78,1546 92,137

Characteristic Diagram CPP

Pitch Decreases

Ship Speed

Optimum Pitch

Pitch Increases

Blade DesignBlade Flange Calculation

Beban pada propeller dapat dihitung dengan rumus Thrust prop. Pada posisi pitch terbesar yaitu pada P/D 0,872 T = KT x ρ x D4 x n²

= 2594565,33 N Karena jumlah blade propeller yang digunakan ada 4, maka beban tersebut di bagi rata pada ke 4 blade tersebut, jumlah blade = 4. Sehingga, P = T/4

= 648641,33 N l = Propeller radius = 0,91728909 m = 917,2891 mm

Perhitungan momenM = P x l = 594991620 Nmm = 594991,62 Nm

Propeller direncanakan menggunakan material NiAl-bronze denganmechanical properties berikut ini :σy min. = 250 N/mm2 ; Added Safety Factor SF = 1,5

Cont. Blade Design Modulus flange

S = Mσy

= 3569949,72 mm3 = 0,00356995 m3

Sehingga, dimensi flange direncanakan sebagai berikut : Diameter = 280 mm = 0,28 m A = 61544 mm2

Thickness = 60 mm = 0,06 m Modulus (S) = 3692640,00 mm3

Cont. Blade Design • Expanded Area

Cont. Blade Design • Projected & Developed Area

Cont. Blade Design • Side View

Kesimpulan

• Propeller Wageningan B-Screw Series, dapat diterapkan padaunconventional propeller jenis Controllable pitch Propeller(CPP), dengan melihat diagram karakteristik CPP padapembahasan.

• CPP yang akan digunakan pada kapal OPV 80 di design denganrange pitch dari nilai pitch ratio terendah (P/D) sama dengan0,5 sampai nilai pitch ratio tertinggi yaitu sama dengan 0,872.

Cont. Kesimpulan

• Pitch ratio 0,872 adalah pitch optimum dari dari CPP yangdirancang ini. Hal tersebut dapat dilihat pada engine propellermatching dimana pada pitch ratio tersebut adalah karakteristikbeban propellernya memiliki matching point yang paling bagus.Pada titik operasi putaran motor dimana power yang diserapoleh propeller sama dengan power scr yang diproduksi olehengine dan menghasilkan kecepatan kapal sesuai dengan yangdirencanakan.

• Propulsor yang didesign dalam tugas akhir ini mampu untukdibuat di Indonesia dan mengem-bangkan industri maritimIndonesia.

Saran

• Penelitian tentang screw propeller untuk penerapannya padaunconventional propeller ini bisa diteruskan menjadi pene-litian berikutnya dengan pembahasan yang berbeda, misalnyaseperti penerapan screw propeller pada jenis unconventionalpropeller lainnya.

• Melakukan penelitian lanjutan terhadap efektivitas aliran dariCPP yang dibahas pada tugas akhir ini dengan menggunakansoftware berbasis Compu-tational Fluid Dynamic (CFD) yangcanggih.

Sekian,Terima Kasih!

Daftar Pustaka• Harvald, Aa.1992. Tahanan dan Propulsi Kapal, Airlangga University

Press, Surabaya.• Gerr, Dave.2001. Propeller Handbook, International Marine,

Camden Maine. USA.• Carlton, J.S.2007. Marine Propellers and Propulsion, Elsevier,

Oxford. United Kingdom.• Wartsila. 2011. Wartsila Propeller, Wartsila, Helsinki. Finlandia.• W.Adji Surjo.2006. Pengenalan Sistem Propulsi Kapal, Institute

Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.• W.Adji Surjo.2005. Engine Propeller Matching, Institute Teknologi

Sepuluh Nopember, Surabaya.