USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

34
USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD) Oleh: Hanifuddien Yusuf NRP. 4211106011 JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014

Transcript of USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Page 1: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

USULAN BIDANG

MARINE MANUFACTURE AND DESIGN

(MMD)

Oleh:

Hanifuddien Yusuf

NRP. 4211106011

JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN

FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2014

Page 2: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

PENDAHULUAN

TINJAUAN PUSTAKA

• METODOLOGI

• ANALISA DAN PEMBAHASAN

• KESIMPULAN DAN SARAN

• DAFTAR PUSTAKA

Page 3: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Latar belakang masalah : Kebutuhan akan kapal cepat untuk menjaga wilayah perairan

di Indonesia Mayoritas kapal cepat dalam operasinya memanfaatkan

propulsor submerged propeller, surface propeller, propellersuper kavitasi atau waterjet.

Perumusan masalah: Bagaimanakah membuat bentuk lambung dengan tahanan

yang paling rendah dengan nilai displacement yang paling tinggi untuk missile boat kecepatan 70 knot berdasarkanmodel kapal perang Iran?

Bagaimana cara menentukan waterjet yang tepat untuk missile boat?

Berapakah nilai efficiency propulsive pada waterjet yang dipilih?

Page 4: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Batasan masalah : Menghitung besarnya efficiency propulsive hanya pada

penggunaan waterjet sebagai sistem propulsi pada kapal missile boat berkecepatan 70 knot.

Analisa hanya dilakukan pada sistem propulsi yang menggunakan waterjet pada kapal missile boat berkecepatan 70 knot.

Tujuan penulisan: Mengetahui cara kerja waterjet sebagai sistem propulsi kapal. Menentukan sistem propulsi yang tepat pada missile boat

dengan membandingkan nilai efisiensi propulsif dari waterjet dengan nilai efisiensi propulsif dari propeller super kavitasi.

Mengetahui cara memilih waterjet pada perancangan kapal.

Page 5: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Manfaat : Memberikan solusi dalam perancangan sistem

propulsi pada kapal cepat.

Mengetahui cara menentukan kebutuhanwaterjet yang sesuai dengan kecepatan 70 knot.

Dapat dijadikan acuan dalam perancangansistem propulsi kapal – kapal cepat.

Page 6: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Secara umum kapal yang bergerak di media air dengan kecepatan tertentu, maka akanmengalami gaya hambat (resistance) yang berlawanan dengan arah gerak kapal tersebut. Besarnya gaya hambat yang terjadi harusmampu diatasi oleh gaya dorong kapal (thrust) yang dihasilkan dari kerja alat gerak kapal(propulsor).

Page 7: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Daya efektif (PE)Daya Efektif (PE) adalah besarnya daya yang dibutuhkan untuk mengatasi gaya hambatdari badan kapal (hull), agar kapal dapatbergerak dari satu tempat ke tempat yang lain dengan kecepatan servis sebesar VS.

Daya dorong (PT)Daya Dorong (PT) adalah besarnya dayayang dihasilkan oleh kerja dari alat gerakkapal (propulsor) untuk mendorong badankapal.

Page 8: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Daya yang disalurkan (PD)Daya yang disalurkan adalah daya yang diserap oleh baling-baling kapal gunamenghasilkan Daya Dorong sebesar PT, ataudengan kata lain, PD merupakan daya yang disalurkan oleh motor penggerak ke baling-baling kapal (propeller) yang kemudiandirubahnya menjadi Daya Dorong kapal (PT).

Daya poros (PS)Daya poros adalah daya yang terukur hinggadaerah di depan bantalan tabung poros (stern tube) dari sistem perporosan penggerak kapal.

Page 9: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Efisiensi pada sistem waterjet:

Efisiensi waterjet

Perbandingan antara output energi terhadapinput energi pada sistem propulsi waterjetdisebut effisiensi jet (ηj)

Efisiensi pompa

Perbedaan daya inlet dengan outlet karenabentuk konstruksi pompa dan adanya losses akibat bersentuhan dengan bagian – bagianpompa.

Page 10: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Efisiensi sistem transmisiKarena daya penggerak utama ditransmisikanmelalui perlengkapan – perlengkapantransmisi maka akan timbul kerugian –kerugian daya yang dikeluarkan olehpenggerak utama hingga sampai kepompanya.

Efisiensi lambung kapalSeperti pada kapal – kapal pada umumnya, efisiensi lambung kapal dapat ditentukan dariwake efektif (w) dan thrust deduction factornya (t).

Page 11: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Efisiensi propulsif keseluruhan (OPC)

Kemampuan sistem propulsi menyeluruhdiperhitungkan sebagai efisiensi propulsifoverall (Overall Propulsive Coefficient) yang ditinjau dari energi yang diberikan penggerakpompa, kerugian transmisi sampai padakeluaran daya efektif yang berguna untukmenggerakkan kapal.

Page 12: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Identifikasi dan Perumusan Masalah

Studi Literatur

Pengumpulan Data

Perancangan Lambung

Penentuan Main Engine

Perhitungan Eficiency Propulsive Total

Penentuan Spesifikasi Water jet

Penarikan Kesimpulan dan Saran

Page 13: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Analisa sistem penggerak

Saran Saran

Selesai

Penentuan waterjet

Perhitungan OPC

Perancangan kapal

Perancangan daya engine minimal

Studi literatur

Identifikasi dan perumusan masalah •Data kapal

•Spec Main

Engine

•Spec

Waterjet

Pengumpulan data

•Buku•Jurnal•Artikel•Paper•Tugas akhir•Internet

Identifikasi dan perumusan masalah

Mulai

Page 14: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Perancangan model kapal.

Data kapal pembanding 1

Nama Kapal : Zolfaqar

Top Speed : 70 knot

Page 15: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Pada lambung kapal yang diperoleh dari permodelandengan menggunakan foto – foto missile boat milik Iran. Sehingga dapat diketahui nilai tahanan awal pada missile boat tersebut. Dan juga didapatkan bentuk lambungsebagai berikut :

Lpp : 20.653 meter Lwl : 21.273 meter B : 4.2 meter H : 2.2 meter T : 1.2 meter Cb : 0.388 Vs : 70 knots Disp : 39.8 ton Rt : 103.41 kN

Page 16: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Pada perancangan selanjutnya hasil dari perancangan awaldimodifikasi sedemikian rupa sehingga memperoleh nilaidisplacement yang tinggi tanpa ada kenaikan nilaitahanan. Sehingga didapat bentuk lambung kapal sebagaiberikut :

Lpp : 20.653 meter Lwl : 21.273 meter B : 5 meter H : 2.5 meter T : 1.2 meter Cb : 0.434 Vs : 70 knots Disp : 51.7 ton Rt : 102.95 kN

Page 17: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Lines Plan

Page 18: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Untuk mendapatkan nilai daya total yang dibutuhkan maka perlu menginput beberapaparameter yaitu:

Bentuk lambung hasil perancangan di maxsurf Metode yang digunakan, dalam hal ini

menggunakan savitsky planing. Kecepatan kapal Efisiensi, dalam perencanaan ini menggunakan

effisiensi 85% Nilai 1+k, yang didapat dari:

(1+k1) + (1+k2)

Page 19: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Untuk mendapatkan nilai daya total yang dibutuhkan maka perlu menginput beberapaparameter yaitu:

Bentuk lambung hasil perancangan di maxsurf Metode yang digunakan, dalam hal ini

menggunakan savitsky planing. Kecepatan kapal Efisiensi, dalam perencanaan ini menggunakan

effisiensi 85% Nilai 1+k, yang didapat dari:

(1+k1) + (1+k2)

Page 20: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Grafik Power vs Speed

Page 21: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Dari grafik di atas didapat dari data berikut :

Maka dari tabel di atas dapat diketahui nilai tahanan total untukmodel lambung yang sudah dirancang tersebut. Pada kecepatan 70 knot tahanan totalnya adalah sebesar 102.95 kN.

Speed

(knot)Savitsky pre-

planning

resist (kN)

Savitsky pre-

planing power

(HP)

Savitsky

planing

Resist. (kN)

Savitsky

planing

Power.

(HP)

Holtrop

Resist (kN)

Holtrop

Power

(HP)

63 -- -- 90.55 3935.54 239.07 10390

64.75 -- -- 93.47 4175.34 248.69 11109

66.5 -- -- 96.51 4427.68 258.44 11856

68.25 -- -- 99.67 4692.93 268.3 12633

70 -- -- 102.95 4971.45 278.29 13439

Page 22: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Dari nilai tahanan tersebut, langkah selanjutnya yaitu:1. Perhitungan daya efektif kapal (EHP) (3707.31kW)2. Perhitungan gaya dorong yang dibutuhkan kapal (51.48 kN)3. Perhitungan BHP awal dengan OPC 0.5 (@ 3707.31 kW)4. Perhitungan SHP (3633.17 kW)5. Perhitungan fraksi arus ikut (w) (0.05)6. Perhitungan laju aliran massa (m) (3814.38 kg/s)7. Perhitungan efisiensi jet ideal dan efisiensi jet aktual (nj ideal

=0.86 ; nj aktual = 0.618)8. Perhitungan Overall Propulsive Coefficient (OPC) (0.58)9. Kebutuhan Power Engine pada kecepatan maksimal

a. Perhitungan DHP (3218.79 kW)b. Perhitungan SHP (3284.48 kW)c. Perhitungan BHPscr (3351.51 kW)d. Perhitungan BHPmcr (3351.51 kW)

Page 23: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Daya keluaran pada kondisi maksimum dari motor induk, dimana besarnya10%-20%atau menggunakan engine margin sebesar 0. Daya BHPscr diambil 100%BHPmcr = BHPscr/1

= 4494.45 HP= 3351.51 KW

Maka dipilih turbin gas VERICOR TF40 dengan Continous power 2983 kW, Boost power 3430 kW. Sedangkan untuk pemilihan waterjet berdasarkanbesar DHP sebesar 3218.79 kW, yang diplot pada diagram sebagai berikut :

Page 24: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Spesifikasi turbin gas :Merk : VERICOR Tipe : TF40 Continous power : 2983 kWBoost power : 3430 kWPutaran : 15400 RPM

Spesifikasi waterjet:Merk : WartsillaTipe : 910 sizeTipe pompa : 8, axial flowPutaran max : 2200 RPMPower min : 2100 kW pada 15 KnotPower max : 5400 kW pada 45 Knot

Page 25: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Engine Waterjet Matching

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 500 1000 1500 2000

BH

P (kW

)

RPM

Power vs Speed waterjet

max

Limit of MCR ME

Manouvering Astern

Waterjet

Manouvering Ahead

Waterjet

Nominal Power 100%

Normal Operation Waterjet

Page 26: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Untuk penentuan kecepatan service kapal, dengan mengunakan nilai BHP pada matching point yaitu sebesar 818.67 kW dan putaran dari gearboxsebesar 1155 RPM. Dengan pengurangan akibat losses pada shaft dansistem waterjet., sehingga diketahui nilai Vs :Metode SavitskyVs = 27 Knot

Page 27: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Untuk perhitungan dalam kemungkinan terjadinya kavitasi dapat dilakukandengan mengetahui nilai Nss (Putaran spesifik hisap) yang tidak bolehmelebihi 13400. Pada perancangan waterjet yang dipilih menggunakangearbox dengan rasio 1 : 8. Sehingga nilai Nss tidak melebihi batas, sepertiberikut.

Page 28: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Untuk memastikan bahwa displacement kapal yang dirancang sudah memenuhipersaratan terhadap berat kapal beserta muatannya, maka dilakukan perhitungan:Perhitungan LWTUntuk mengetahui nilai LWT yaitu dengan mengetahui nilai dari parameter –parameter berikut :1. Berat baja kapal (Wst)2. Berat outfit dan akomodasi (Woa)3. Berat Instalasi permesinan (Wm)4. Berat Cadangan (Wres)

LWT = Wst+Woa+Wm+Wres= 32.65 ton

Perhitungan DWTPerhitungan DWT untuk kapal missile boat ini berdasarkan kebutuhan muatanconsumable yang terdiri dari :1. Kebutuhan bahan bakar MDO2. Kebutuhan minyak pelumas3. Kebutuhan air tawar (Wfw)4. Berat muatan missileDWT = Berat bahan bakar + Berat minyak pelumas + Berat air tawar + Berat missile

= 15.86 tonSelisih Displ. = 51.7 ton - 48.51 ton

= 3.19 ton

Page 29: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Dalam pemilihan gearbox menggunakan rasio 1 : 8, dimana pemilihannya dengancara memesan di produsen gearbox. Perencanaan awal dalam pemesanan adalah :Penentuan nilai rasio dan torsi gearbox pada gearbox 1Ratio perencanaan = 1 : 2Diameter gear = 1 mDiameter pinion = 0.5 mTorsi yang bekerja = 9779.65 NmPenentuan nilai rasio dan torsi gearbox pada gearbox 1Ratio perencanaan = 1 : 4Diameter gear = 1 mDiameter pinion = 0.3 mTorsi yang bekerja = 39118.61 Nm

Page 30: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Hasil perancangan :

Page 31: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Pada perancangan lambung awal didapat nilai tahanan sebesar 103.41 kN dengan displacement 39.8 ton. Lalu pada bentuk lambung yang barudidapat nilai tahanan sebesar 102.95 kN dengan nilai displacementsebesar 51.7 ton. Penambahan nilai displacement tersebut dikarenakanpelebaran lambung di daerah parallel middle body, sedangkan untukmencegah bertambahnya nilai tahanan maka di bagian haluandiperuncing.

Power yang dibutuhkan sebesar 3351.51 kW pada kecepatan 70 Knot. Dengan nilai daya yang dibutuhkan Main Engine tersebut, pemilihanMain Engine yang sesuai adalah turbin gas, karena bobotnya yang ringan, getaran yang ditimbulkan kecil dan ruangan untuk instalasi yang lebih kecil dibanding dengan diesel engine dan turbin uap.

Turbin gas yang dipilih menghasilkan putaran tinggi. Sedangkan untukmengatasi putaran tinggi yang dihasilkan, dapat menyebabkan kavitasidi impeller pompa, maka untuk mengatasi hal tersebut, digunakanlahgearbox yang dapat mereduksi putaran dengan perbandingan 1 : 8.

Untuk sistem penggeraknya menggunakan Wartsilla waterjet 910 size. Dengan nilai OPC (Efficiency overall) waterjet sebesar 58%. Penentuanukuran nozzle pada catalog Wartsilla waterjet tersebut diperoleh darinilai OPC asumsi untuk mengetahui nilai SHP, yaitu sebesar 50%.

Page 32: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Kesimpulan

1. Dalam perancangan lambung, nilai tahananyang kecil dapat dicapai dengan bentuk lambungyang runcing di bahian haluan, dan bentuklambung planning hull yang dapat mengurangitahanan di kecepatan tinggi.

2. Dalam pemilihan waterjet yang perludiketahui adalah nilai daya pada shaft, yang nantinya akan disalurkan ke poros pompawaterjet.

3. Nilai OPC (efficiency overall) dari waterjetyang dipilih yaitu sebesar 58%.

Page 33: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

4. Pada turbin gas memiliki putaran sebesar 15400 RPM, sedangkan pada pompa waterjet putaran max sebesar2200 RPM. Sehingga memerlukan gearbox dengan rasio 1 : 8 untuk menurunkan putaran menjadi 1925 RPM.

5. Untuk sistem transmisinya menggunakan 2 buah gearbox yang berfungsi untuk menyatukan daya kedua engine danmembaginya untuk kedua waterjet serta mereduksi putaran dariME.

6. Karena nilai efisiensi propulsif dari propeller super kavitasilebih besar dari nilai efisiensi waterjet, maka penggerak yang sesuai untuk missile boat berkecepatan 70 knot adalah propeller super kavitasi.

SaranUntuk selanjutnya dapat dikembangkan dengan mensimulasikanterjadinya planning pada kapal tersebut, untuk dapatmengetahui apakah desain step hull pada kapal missile boat tersebut sudah berfungsi atau belum.

Page 34: USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD

Adji, S.W., 2006. Pengenalan Sistem Propulsi Kapal. Morley S. Smith, Speed Boat Developments from the

Past Into the Future H. Poehls, Lectures on Ships Design & Ship

Theory, Rina 1977

Adji, S.W., 2005. Engine Propeller Matching. D.G.M. Watson (1998). Practical Ship Design, British

Library Cataloguing in Publication Data, ISBN: 0-08-044054- I, Netherlands

Haris Ari, 2010. Menghitung EfisiensiPropulsif, Tehnik Sistem PerkapalanITS, http://www.scribd.com/doc/59317371/29/II-3-10-5-MENGHITUNG-EFISIENSI-PROPULSIF