BAB V PERENCANAAN POROS DAN PERLENGKAPAN PROPELLER
5.1 Perhitungan Poros 5.1.1 Daya Perencanaan 1. Daya poros SHP
= 2098,45 HP = 1564,814 kW
2. Faktor koreksi daya (fc) a. fc
= 1,2 - 2,0
(Daya maksimum)
b. fc
= 0,8 - 1,2
(Daya rata – rata)
c. fc
= 1,0 - 1,5
(Daya normal)
Diambil fc = 1,3 Sehingga DHP
= fc x SHP = 1,3 x 2098,45 = 2727,985 HP = 2034,258 kW
5.1.2. Momen torsi (T) T
= 9,74 x 105 x (DHP / N ) = 9,74 x 105 x (2034,258 / 119,5854) = 1,657 x 107 Kgm
5.1.3 Tegangan Geser yang diijinkan (A) Bahan Poros Bahan poros yang digunakan adalah S45 C dengan B = 58 Kg/mm2 Faktor keamanan 1. sf1
=6
2. sf2
= 1,3 - 3
Diambil sf2 = 2
Sehingga, Tegangan geser yang diijinkan (A): A
= B / ( sf1.sf2) = 58 / (6x2) = 4,833 Kg/mm2
5.1.4 Faktor Konsentrasi Tegangan Kt
= 1,0
( Tumbukan halus )
Kt
= 1,0 - 1,5
( Sedikit tumbukan )
Kt
= 1,5 - 3,0
( Tumbukan kasar )
Diambil Kt
= 1,5
5.1.5 Faktor Beban Lentur Cb
=1
( Tidak mengalami lenturan )
Cb
= 1,2 – 2,3
( Mengalami lenturan )
Diambil Cb
=2
Sehingga, Diameter poros yang direncanakan (Ds) (Sularso) : Ds = [ ( 5,1 / A ) x Kt x Cb x T ]1/3 = [ ( 5,1 / 4,833 ) x 1,5 x 2 x 1,657 x 107]1/3 = 374,33 mm ~ 375 mm Pemeriksaan Persyaratan Syarat (tegangan yang terjadi pada poros) A
= ( 5,1.T ) / ds3 = ( 5,1 x 1,657 x 107) / 375 3 = 1,6025 Kg/mm2
(memenuhi)
Karena A, maka diameter poros dapat dinyatakan memenuhi syarat. 5.1.6 Perhitungan Persyaratan Pembanding Menurut Peraturan Biro Klasifikasi Indonesia Volume III tahun 1996 sec 4.C.2 1. Faktor untuk semua instalasi F
= 100
2. Faktor untuk tipe poros K
= 1,15
3. Daya yang ditransmisikan poros SHP
= 1564,814 kW
4. Faktor material Cw
= 560 / (Rm + 160)
Cw
= 0,769
; Rm = B x g = 58 x 9,8= 568,4
5. Putaran poros N = 119,58 RPM Sehingga: Ds
F x K ( SHP x Cw/N )1/3 100 x 1,15 x ((1564,814 x 0,769)/ 119,58)1/3 248,28 mm
Diameter poros memenuhi syarat. 5.1.7 Tebal Sleeve Sleeve atau selubung poros dipakai sebagai perlindungan terhadap adanya korosi
0,03 Ds + 7,5
S
( 0,03 x 375) + 7,5 18,75 mm Tebal sleeve yang direncanakan adalah sebesar 20 mm (BKI, 1996) 5.2 Perhitungan Poros Menurut Aturan BKI 5.2.1 Minimum diameter
Pw xC w
FxKx
d
>
3
d nx 1 i da
4
d
(mm)required outside diameter of shaft
di
(mm)diameter of shaft bore, where present. If the bore in the shaf is <= 0,4xd the expression
d 1 i da
da
4
1,0 may be applied.
(mm)actual shaft diameter
Pw (kW)rated power transmitted by shaft N
(rpm)rated shaft speed
F
factor for the typ of propulsion installation
Cw material factor=
560 = Rm 160
Rm (N/mm2)tensie strength of the shaft material k
factor for the type of shaft
Pw xC w
FxKx
d
>
3
d nx 1 i da
> 100 x1x 3
4
1564,81x 2,568 119 ,58 x1
> 322,7 mm Pada perencanaan ini dipakai diameter propeller sesuai perhitungan soelarso yaiti 375 mm. 5.3 Perencanaan Boss Propeller 5.3.1 Diameter Boss (Db) Diameter boss berkisar antara 1,8 sampai 2 kali diameter poros Diambil Db Db
= 2 Ds = 2 Ds = 2 x 375 = 750 mm
tr
= 0,045 x Dprop = 0,045 x 4295 = 193,27 mm 200 mm (Dr.Ir. W. P. A. Van Lammern, “Resistance Propulsion and Steering of Ship”)
5.3.2 Diameter Terkecil Boss Propeler (Dba) Diameter terkecil boss propeler atau Dba berkisar antara 0,85 sampai 0,9 diameter boss propeler. Diambil Dba =0,85. Db Dba
= 0.85 Db = 0,85 x 750 = 637,5 mm
5.3.3 Diameter Terbesar Boss Propeler (Dbf) Diameter terbesar boss propeler atau Dbf berkisar antara 1,05 sampai 1,2 kali diameter boss propeler. Diambil Dbf = 1,1 Db Dbf
= 1,1 Db = 1,1 x 750 = 825 mm
5.3.4 Panjang lubang dalam boss propeller (Ln) Ln/ Lb = 0,3 Ln
= 0,3 x Lb = 0,3 x 900 = 270 mm
tb/tr
= 0,75
tb
= 0,75 x tr = 0,75 x 200 = 150 mm
rf/tr
= 0,75
rf
= 0,75 x tr =0,75 x 200 =150 mm
rb/tr
=1
rb
= 1 x tr
= 200
Gambar 18 Propeller Fitting
5.4 Bentuk Ujung Poros Propeller 5.4.1 Panjang Konis Panjang konis atau Lb berkisar antara 1,8 sampai 2,4 diameter poros Diambil Lb = 2,4 Ds Lb = 2,4 Ds = 2,4 x 375 = 900 mm 5.4.2 Kemiringan Konis BKI menyarankan harga kemiringan konis berkisar antara 1/10 sampai 1/15. Diambil sebesar 1/13 1/13
= x / Lb
x
= 1/13 .Lb = 1/13 x 900 = 69,23 mm
5.4.3 Diameter Terkecil Ujung Konis (Da) Da
= Ds - 2x = 375 - ( 2 x 69,23) = 236,54 mm = 240 mm
(O’brien, T, 1962) 5.4.4 Diameter Luar Pengikat Boss Biro Klasifikasi Indonesia menyarankan harga diameter luar pengikat boss atau Du tidak boleh kurang dari 60 % diameter poros. Du
= 60% x Ds = 0,6 x 375 = 225 mm
5.4.5 Mur Pengikat Propeller Berdasarkan BKI 1988 Volume III Bab IV
Diameter luar ulir (d) Menurut BKI”78 Vol. III, diameter luar ulir(d) ≥ diameter konis yang terbesar : d ≥ 0,6 x Ds d ≥ 0,6 x 375 d ≥ 225 mm diambil d
= 230 mm
Diameter inti (di) Di = 0,8 x d = 0,8 x 230 = 184 mm Diambil 185 mm
Diameter luar mur (Do)
Do
=2xd = 2 x 230 = 460 mm
Tebal/tinggi mur (H)
Berdasarkan sularso, untuk ukuran standar tebal mur adalah 0,8 - 1 diameter konis, diambil 0,8 sehingga : H
= 0,8 x d = 0,8 x 230 = 184 mm
Gambar 19 Mur Pengikat Propeller
5.5 Perencanaan Pasak Propeller Dasar perancanaan pasak diambil dari buku Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin Ir. Soelarso Ms.Me. Dalam menentukan dimensi dan spesifikasi pasak propeller yang diperlukan, berikut ini urutan perhitungannya :
5.5.1 Momen torsi (Mt) pada pasak Mt
=
DHPx75 x 60 2xN
dimana : Mt
= momen torsi (Kg m)
DHP = delivery horse power = 3498,316 HP N
= Kecepatan putar propeller = 134,8838 RPM
Jadi : Mt
=
2727,9 x 75 x 60 2x119,59
=16345,057 (Kg m) 5.5.2 Parameter yang dibutuhkan Diameter poros (Ds) = 375 mm 5.5.3 Panjang pasak (L) antara 0,75–1,5 Ds dari buku DP dan PEM hal. 27.diambil 1,3 L
= 1,5 x Ds = 1,5 x 375 = 562,5 mm
L diambil 565 mm 5.5.4 Lebar pasak (B) antara 25 % - 30 % dari diameter poros menurut buku DP dan PEM hal. 27. diambil 27 % B
= 27 % x Ds = 27 % x 375 = 90 mm
5.5.5 Tebal pasak (t) t
=1/6 x Ds =1/6 x 375 =62,5 mm = diambil tebal pasak 63 mm
Bila momen rencana T ditekankan pada suatu diameter poros (Ds), maka gaya sentrifugal (F) yang terjadi pada permukaan poros adalah ; T
= 9,74 x10 5 x
Pd N
2034,258
5 = 9,74 x10 x 119,59
=165,68 x 105 Kg. Mm F
T
= 0,5 xDs =
165,68 x10 5 0,5 x375
=88362,67 kg
Gambar 20 Pasak Sedangkan tegangan gesek yang diijinkan (τka) untuk pemakaian umum pada poros diperoleh dengan membagi kekuatan tarik σb dengan faktor keamanan (Sf1 x Sf2), sedang harga untuk Sf umumnya telah ditentukan ; Sf1 = umumnya diambil 6 (material baja) Sf2 = 1,0 – 1,5 , (beban dikenakan secara tiba-tiba) = 1,5 – 3,0 , (beban dikenakan tumbukan ringan) = 3,0 – 5,0 , (beban dikenakan secara tiba-tiba dan tumbukan berat) Beban pada propeller yang terjadi secara tiba-tiba adalah karena gelambang laut, namun sifatnya terjadi secara lunak, maka Sf2 = 1,5. Bahan pasak digunakan S 45 C dengan harga σb = 58 kg/mm2. Sehingga : τka =
b 58 = 6 x1,5 = 6,44 kg/mm2 sf 1 xsf 2
Sedangkan tegangan gesek yang terjadi pada pasak adalah ; τk
=
F 88362,67 = = 1,74 kg/mm2 BxL 90 x565
karena τk < τka, maka pasak dengan diameter tersebut memenuhi
persyaratan bahan. 5.5.6 Kedalaman alur pasak pada poros (t1) t1
= 0, 5 x t
t1
= 0,5 x 63 = 31,5 mm = diambil kedalaman alur pasak 32 mm
Gambar 21 Kedalaman Alur Pasak 5.5.7 Jari-jari pasak (i) Diameter poros (Ds) = 375 mm rs
= 5 mm
r4 > r3 > r2 > r1 r4
= 6 mm
r3
= 5 mm
r2
= 4 mm
r1
= 3 mm
r6
= 0,5 x B
= 0,5 x 90 = 45 mm 5.6 Perencanaan Bentuk Ujung Poros Kopling 5.6.1 Panjang Konis Panjang konis atau Lk berkisar antara 1,25 sampai 1,5 kali diameter poros Diambil Lk Lk
= 1,5 Ds = 1,5 Ds = 1,5 x 375 = 562,5 mm = diambil panjang konis 563 mm (T. O’brien , Design Marine Screw Propeller)
5.6.2 Kekonisan yang Disarankan Biro Klasifikasi Indonesia menyarankan harga kekonisan ujung poros kopling adalah sebesar 1/10 dari Lk x
= 1/10 . Lk = 1/10 x 563 = 56,3 mm
5.6.3 Diameter Terkecil Ujung Poros Da
= Ds - 2x = 375 - ( 2 x 56,3 ) = 262,4 mm = diambil diameter terkecil ujung poros 263 mm
5.6.4 Diameter Lingkaran Baut yang Direncanakan Db
= 2,47 x Ds = 2,47 x 375 = 926,25 mm = diambil diameter lingkaran baut 927 mm
5.6.5 Diameter luar kopling :
Dout
= (3 – 5,8) x Ds
Diambil Dout = 3 x Ds = 3 x 380 = 1125 mm 5.6.6 Panjang Kopling Panjang kopling atau L adalah berkisar antara 2,5 sampai 5,5 dari setengah diameter poros. Diambil L
=4,8 x 0,5 x Ds = 4,8 x 0,5 x 375 = 900 mm = diambil panjang kopling 900 mm
5.6.7 Tebal Flens Tebal flens tanpa konstruksi poros menurut Biro Klasifikasi Indonesia adalah paling sedikit sebesar 25% dari diameter poros. Diambil sebesar 30% a
= 30% . Ds = 0,3 x 375 = 93,75 mm = diambil tebal flens 94 mm
5.6.8 Diameter Minimum Baut Pengikat Kopling Tenaga poros penggerak SHP
= 2098,45 HP = 1564,814 kW
Putaran poros
N
= 119,58 RPM
Jumlah baut
Z
=8
Diameter baut yang direncanakan
Db
= 926,25 mm
Kekuatan tarik material
Rm
= 500 /mm2
Sehingga
Df
10 6 P = 16 N Db Z Rm
1/ 2
10 6 1564,814 119 , 58 926 , 25 8 500
=16
1/ 2
mm
= 30,1 mm = diambil diameter baut pengikat kopling 31 mm 5.6.9 Diameter luar mur (D0) D0 = 2 x Df = 2 x 31 = 62 mm 5.6.10 Tinggi mur (H) H = (0,8 - 1) x df = 0,8 x 31 = 24,8 mm = diambil tinggi mur 25 mm 5.6.11 Diameter luar ulir poros pengikat kopling (dn) Dn
= 0,6 .Ds = 0,6 x 375 = 225 mm
5.7 Perhitungan Pasak Kopling 5.7.1 Diameter Tengah Konis Propeler Dsa
= ( Ds + Da ) / 2 = ( 375 + 266.4) / 2 =326,25 mm
5.7.2 Bahan Pasak
Bahan atau material untuk pasak dipilih yang memiliki kekuatan yang lebih rendah dari kekuatan poros. Dalam hal ini bahan pasak yang diambil adalah S 30 C dengan B = 48 Kg/mm2. 5.7.3 Tegangan Geser yang Diijinkan Faktor keamanan 1. sf1
=6
(untuk material baja)
2. sf2
= 1,3 - 3
Diambil sf2 = 1,5 Sehingga
ka
= B / ( sf1 . sf2 ) = 48 / ( 6 x 1,5 ) = 5,3 Kg/mm
F
Gaya Tangensial pada Permukaan Poros =T/(
Dsa ) 2
1,657 107 = 326,25 / 2
= 101578,5 Kg 5.7.4 Lebar pasak Lebar pasak kopling atau b berkisar antara 0,25 sampai dengan 0,85 kali diameter poros propeler. Diambil b b
= 0,3 Ds
= 0,3 . Ds = 0,3 x 375 = 112,5 mm
diambil = 115 mm 5.7.5 Panjang Pasak Bahan pasak yang diambil adalah S 30 C Tinjauan terhadap faktor keamanan
Dimana
k
= F / ( b.l )
Sehingga ka
k F / ( b.l )
l
F kaxb 101578,5
5,3 x115
166,65 mm Dalam perencanaan ini panjang pasak dibatasi berkisar antara 0,75 sampai dengan 1,5 kali diameter poros propeler. Diambil l = 0,8 Ds Sehingga l
= 0,8 Ds = 0,8 x 370 =300 mm
5.7.6 Kedalaman alur pasak Tekanan permukaan yang diijinkan Pa
10 Kg/mm2
Pa
F / ( l.t )
t
F Paxl
t
101578,5 10 x300
33,9 mm Diambil kedalaman alur pasak adalah sebesar 35 mm 5.7.7 Ukuran pasak Dimensi atau ukuran pasak propeler ini adalah Panjang
= 300 mm
Lebar
= 115 mm
Tinggi
= 35 mm
5.7.8 Mur Pengikat Kopling Direncanakan dimensi mur pengikat kopling sama dengan dimensi mur pengikat propeller yaitu :
Diameter luar ulir (d) menurut BKI ”78 Vol. III, diameter luar ulir(d) ≥ diameter konis yang besar : d
≥ 0,6 x Ds
d
≥ 0,6 x 375
d
≥ 225 mm diambil 230 mm
Dalam hal ini d diambil 230 mm
Diameter inti (di) di
= 0,8 x d = 0,8 x 230 = 184 mm
Diameter luar mur (Do) Do
=2xd = 2 x 230 = 460
Tebal/tinggi mur (H) Berdasarkan sularso untuk ukuran standar tebal mur adalah (0,8 - 1) diameter poros, sehingga: H
= 0,8 x d = 0,8 x 230 = 184 mm
5.8 Perhitungan Intermediate Kopling
Data perhitungan: Kopling flens - Putaran kerja 119,58 rpm - Diameter poros (ds) 375 mm - Diameter baut 40 mm - Bahan baja S45 C dengan B = 58 Kg/mm2 - kwalitas pembuatan biasa - perkiraan awal jumlah baut yang memenuhi adalah 8 buah DB
= d s 5d b = 375 200 = 575 mm
DB
= d B 3d b = 575 120 = 695 mm
5.8.1 Momen torsi
T
= 9,74 x10 5 x
Ps n 1564,8
5 = 9,74 x10 x 119,58
=127,5 x 105 kg/mm2 5.8.2 Jumlah gaya yang bekerja pada seluruh baut
F
=
2T DB
=
2 x127,5 x10 5 575
= 0,44 x 105 kg
5.8.3 Gaya yang bekerja pada sebuah baut
Fb
=
0,44 x10 5 8
= 0,055 x 105 kg 5.8.4 Tegangan geser yang bekerja pada sebuah baut sb
Fb = As
Fb
=1 2 xxd b
4
0,055 x10 5 =1 xx 40 2 4 = 4,41 kg/mm2 5.8.5 Tegangan kompresi yang bekerja pada sebuah baut cb
=
Fb Ac
=
Fb txd b
=
0,04 x10 5 60 x 40
= 1,67 kg/mm2 5.8.6 Tegangan yang diijinkan a
B
= sf 1xsf 2
Bahan yang digunakan adalah S45 C dengan B = 58 Kg/mm2 Faktor keamanan 1. sf1
=6
2. sf2
= 1,3 - 3
Diambil sf2 = 2 Sehingga, Tegangan geser yang diijinkan (A):
58 = 6 x2
a
= 4,833 Kg/mm2 Karena sb dan cb < a , maka kopling tersebut harus memenuhi persyaratan dan desain perhitungan tersebut dapat diterapkan.
5.9 Perhitungan Bantalan Berdasarkan Peraturan Biro Klasifikasi Indonesia. 5.9.1 Tetapan jenis bantalan Ki
= 280 ~350 ; diambil Ki = 300
Sehingga
s(Max) = Ki . Ds 1/2 = 300 x
375
= 5809,48 5.9.2 Panjang Bantalan 1. Panjang bantalan belakang atau L1 L1
= 2 Ds = 2 x 375 = 750 mm
2. Panjang bantalan muka atau L2 L2
= 0,8 Ds = 0,8 x 375 = 300 mm
c. Tebal efektif bantalan b
=
Ds x3,175 30
=
375 x3,175 30
= 39,69 mm B
=40 mm
5.9.3 Rumah Bantalan (Bearing Bushing) a. Bahan Bushing Bearing yang digunakan adalah : Manganese Bronze b. Tebal Bushing Bearing ( tb ) tb
= 0,18 x Ds = 0,18 x 375 = 67,5 mm
Diambil 361 mm untuk menyesuaikan dengan stern tube. 5.9.4 Jarak maximum yang diijinkan antara bantalan/bearing (Imax) Imax = k1 x Ds Dimana : k1 = 450 (untuk pelumasan dengan minyak) Imax = 450 x (375)0,5 = 8714,2 mm Pada perencanaan ini digunakan sebuah bearing yang diletakkan pada intermediet shaft. 5.10 Perhitungan Bagian Buritan Perhitungan Tabung Poros 5.10.1 Panjang Tabung Poros Ketentuan panjang maksimum perhitungan jarak gading di belakang sekat buritan adalah 600 mm. Sehingga Lst
= 1974,5 mm (dari Tugas Rencana Umum)
5.10.2 Tebal Tabung t
= ( Ds / 20 ) + ( 0,75 x 25,4 ) = (375/ 20 ) + ( 0,75 x 25,4 ) = 37,8 mm
Diambil t
= 38 mm
5.10.3 Penebalan tabung poros b
= 1,6 t = 1,6 x 38 = 60,8 mm =61 mm
5.11 Perhitungan Stern Post dan Sekat Buritan 5.11.1 Tebal Minimum Sekat Buritan Tebal minimum sekat buritan menurut Biro Klasifikasi Indonesia untuk sekat selain sekat tubrukan. Dimana Cp
= 2,9
(untuk sekat selain collision Bulkhead)
a
= 0,75 m
(jarak stiffener)
h
= 100 Ton/m (untuk poros dengan bantalan kayu pok)
k
=1
(faktor material untuk baja)
tk
= 1,5
(ketebalan material terhadap korosi)
Sehingga
p
= Cp.a.( h.k )1/2 + tk = 2,9 x 0,75 x ( 100 x 1 )1/2 + 1,5 = 23,25
p diambil
= 30 mm
stern post
ketebalan
oil in
rumah bantalan
sleeve bantalan
stern tube pipe
propeller shaft
Gambar 22 Stern Post
5.11.2 Tebal stern post Untuk kapal dengan panjang kurang dari 120 m Tsp
= 1,4.Lpp + 90 = ( 1,4 x 96 ) + 90 = 224,4 mm
tsp diambil sebesar 225 mm 5.11.3 Penebalan stern post b
= 1,6.Lpp + 1,5 = ( 1,6 x 96) + 1,5 = 155,1 mm
b diambil 156 mm 5.11.4 Tebal dinding boss dari propeller post t
= 0,6 x b = 0,6 x 177 = 106,2
t diambil 107 mm
5.11.5 Perencanaan Rope guard Perencanaan gambar untuk guard adalah sebagai berikut : Panjang guard
= 291 mm
Tebal guard
=15,5 mm
rope guard
Gambar 23 Rope Guard
5.12 Perencanaan Inlet dan outlet Pipe Sistem sirkulasi minyak pelumas berdasarkan gaya gravitasi, saluran inlet pipe pada stern tube dan outlet pipe direncanakan satu buah dengan diameter luar pipa sebesar 30 mm.
inlet pipe
inlet pipe
outlet pipe
outlet pipe
Gambar 24 Perencanaan Pipa Pelumasan
